[发明专利]一种用于高温燃烧炉的大视场超长镜筒监控镜头

说明书

本发明公开了一种用于高温燃烧炉的大视场超长镜筒监控镜头，包括镜头本体，所述镜头本体沿光线入射方向依次设置的镜头本体，所述光学石英玻璃平板1、负弯月型透镜2、负弯月型透镜3、双凹透镜4、正弯月型透镜5、固定光栏A、双凹透镜6‑1、双凸透镜6‑2及平凸透镜7；其中，双凹透镜6‑1和双凸透镜6‑2组成双胶合镜组6。本申请的镜头结构，最大全视场为90°，根据实际需要监控镜头焦距在满足有限距离的物像关系时，其光学结构总长超过250毫米，在全视场像高调整范围完全能够匹配规格为1/2英寸～1英寸CMOS或CCD芯片的工业成像相机。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体的是一种用于高温燃烧炉的大视场超长镜筒监控镜头。

背景技术

工业高温燃烧炉在工作时要经过送料、燃烧和清渣等工序，炉内燃烧温度一般能达到800℃左右，采取添加催化剂和加压充氧等技术措施来完成充分燃烧。专利CN208418798U公开了一种方便观察的观火孔，安装在燃烧炉预留的观火孔处，通过观火孔观察炉内燃烧情况，该结构方便快捷，可以保证炉内热量不会流失，但需要观察人员靠近火炉进行观察，观察环境温度高且观察效率低，因此采用监控镜头代替观察人员实时观察炉内燃烧情况是解决上述问题的好方法。本申请采取的监控技术方案是：工业高温燃烧炉内壁贴置耐火砖并呈圆柱形状，其直径和高度尺寸分别为10米，炉壁厚度为180毫米，炉外壳用钢板焊接成圆筒状。在炉四周半高度5米处，将炉壁对称钻穿4个同样大小的圆洞，再把已采取温度控制措施的4只广角监控镜头安装在圆洞内，使镜头中最前面的耐高温保护玻璃表面与炉内壁表面齐平，镜筒尾部穿过炉壁厚度与工业相机连接。监控镜头物距设计为5米，全视场观察炉内高度为10米，在炉壁圆洞中对称安装4只广角为90°的镜头，从而实现在燃烧高温状态下炉内区域全覆盖监控。

现有技术表明，镜头视场角越大焦距就越短，焦距的缩短有利于整个光学结构的缩短，大视场镜头所产生的轴外宽光束像差就会变大，平衡和校正广角镜头所产生的轴上和轴外象差本身就是一件非常艰难的工作。在上述燃烧炉内监控技术方案中，若监控镜头安装在炉壁圆洞内，必须使得镜筒纵向尺寸大于炉壁180毫米的厚度，穿过炉壁的镜筒尾部才能与工业成像相机连接，因此光学结构总长确定为250毫米是最基本的安装要求。将镜头焦距确定为5毫米能满足全区域监控的视场要求，那么光学结构总长至少是镜头焦距的50倍，所以此广角监控镜头具有短焦、大视场与超长镜筒的明显特征。面对炉内燃烧的高温，将镜头密封在循环水套管内装入炉壁圆洞内，通过冷冻水来降低镜头的工作温度。根据广角监控镜头大视场超长镜筒和性能方面的特殊要求，在镜头结构设计、整体像差的平衡和优化以及加工工艺方面都面临着新的挑战与创新。为此设计一种用于高温燃烧炉的大视场超长镜筒监控镜头，也是该领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明提供一种用于高温燃烧炉的大视场超长镜筒监控镜头，在确定镜头视场，焦距和孔径的条件下，将监控镜头光学结构总长设置为258毫米，光学结构总长定义为光学石英玻璃平板朝向物方的平面至像面的距离。在镜头中最前端设置耐高温光学石英玻璃平板，镜筒前部密封在循环水套管内仅露出光学石英玻璃平板表面安装在炉壁圆洞内，并且保证光学石英玻璃平板朝向物方的平面与炉壁内表面齐平，镜头尾部穿过炉壁后与工业成像相机连接。监控镜头前部通过水冷的方式，将工作温度限制在250℃以下。镜头结构充分体现了大视场超长镜筒和耐高温的明显特点，并且成像质量优秀，易于加工生产，具有监控高温燃烧炉的良好性能。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种用于高温燃烧炉的大视场超长镜筒监控镜头，包括镜头本体，所述镜头本体沿光线入射方向依次设置有光学石英玻璃平板、负弯月型透镜、负弯月型透镜、双凹透镜、正弯月型透镜、固定光栏A、双凹透镜、双凸透镜及平凸透镜；其中，双凹透镜和双凸透镜组成双胶合镜组，双凹透镜曲率绝对值小的面朝向像面，双凸透镜曲率绝对值大的面朝向像面；光学石英玻璃平板双面设置成平面，负弯月型透镜凹面朝向像面；负弯月型透镜凹面朝向像面；双凹透镜曲率绝对值小的面朝向像面；正弯月型透镜凸面朝向像面；平凸透镜平面朝向像面。