CN101435914B - 一种日盲紫外照相机镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种日盲紫外照相机镜头，它包括自物方至像方依次同轴设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第二反射镜、第一反射镜、第三透镜、紫外带通滤光片和像面；第一透镜和第二透镜为正透镜，第三透镜为负透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜的前后表面都是便于加工的球面，第二反射镜和第一反射镜的反射面都是便于加工的球面，第一反射镜中央开设有一通光孔。本发明日盲紫外照相机镜头结构简单，制作方便，通光口径大，分辨力高，适用于电晕检测。

Description

一种日盲紫外照相机镜头
技术领域
本发明涉及一种用于电晕检测的日盲紫外照相机镜头。
背景技术
高压设备、高压输电线电晕放电产生的电磁波有很大一部分属于紫外线，而且大部分波长在280～400nm，也有小部分波长在240～280nm，后者称为日盲紫外波段。对发出日盲紫外光的目标进行检测，可以避开太阳背景的干扰，准确率非常高，这是因为太阳光谱中有一段(240-280nm)被臭氧层强烈吸收，地面这个波段的太阳光基本上是缺失的。作为电晕检测用的照相机，其前端的光学成像系统即紫外照相机镜头是必不可少的。
现有的紫外照相机镜头有反射式和透射式两种。
对于透射式紫外照相机镜头，其优点是视场角可以做的很大，但其一般有三个缺点：
1.通光口径难以做大。所选透紫外材料稀少，口径过大将产生严重的色差；
2.材料均匀性难以保证，应力难以消除；
3.为了减少各种像差，保证成像质量，需要采用多片镜片组合设计，结构复杂。
对于反射式照相机镜头，其优点是镜头通光孔径可以做的较大，没有色差。其缺点是视场角大于1°时会出现严重的像差，不能象透射式镜头那样视场角可以做的很大。
因此，设计中常常结合反射和透射结构的优点，采用折反射光学结构。目前已公开的折反射结构，如专利CN 2784959Y的镜头后端采用两种材料的透镜胶合在一起，结构不是足够精简，而且所使用的4个透射镜片材料为K9和ZF1玻璃都很难透过日盲紫外，10mm的K9玻璃在280nm时透过率已经降为0.5％，10mm的ZF1玻璃在330nm时透过率降到1.5％，它们在日盲紫外波段是截至的，因此，专利CN 2784959Y的镜头结构既不精简，又不能透过日盲紫外，不能用作紫外镜头。
专利CN 101201450A虽然在一部分日盲紫外(250-280nm)是可以成像的，但是它存在两个问题：(一)次反射镜的安装固定相对困难，在地面使用时难免使得灰尘进入镜头内部，影响镜头的使用；(二)消色差校正镜组采用三片透镜组成，结构也不是足够简单。
发明内容
本发明的目的是提供一种日盲紫外照相机镜头，该镜头采用折反射结构，结构简单，通光口径大，分辨力高，适合于电晕检测。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种日盲紫外照相机镜头，其特征在于，它包括自物方至像方依次同轴设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第二反射镜、第一反射镜、第三透镜、紫外带通滤光片和像面；所述第一透镜和第三透镜为正透镜，所述第二透镜为负透镜，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的前后表面都是球面，所述第二反射镜和第一反射镜的反射面都是球面，所述第一反射镜中心开设有一通光孔；所述第二反射镜为镀在所述第二透镜的凸面中间位置上的铝膜，所述铝膜上镀有一层MgF2保护膜。
所述第一反射镜是由BK7玻璃在表面镀铝膜而在铝膜表面镀MgF2保护膜形成的。
所述第一透镜、第二透镜和第三透镜都是由熔石英材料制成。
所述紫外带通滤光片为真空干涉光学镀膜紫外滤光片，其厚度为1.5mm～2.5mm，其中心透过波长为254nm，其带宽为10nm-20nm。
所述像面为探测器或者像增强器的感光面。
本发明的优点是：
1、本发明一种日盲紫外照相机镜头，它包括自物方至像方依次同轴设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第二反射镜、第一反射镜、第三透镜、紫外带通滤光片和像面；第一透镜和第三透镜为正透镜，第二透镜为负透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜的前后表面都是便于加工的球面，第二反射镜和第一反射镜的反射面都是便于加工的球面，第一反射镜中央开设有一通光孔，使第一反射镜中央位置不至于挡光，也便于第三透镜的装配。使用时，来自物方的光(包含紫外目标和背景光)，经过光阑，进入第一透镜，再进入第二透镜，然后照射经第一反射镜反射后到达第二反射镜，再从第二反射镜反射出来，穿过第一反射镜的中心的通孔，穿过第三透镜，然后通过日盲紫外滤光片，最后在像面上紫外成像，第一透镜和第二透镜构成一对镜组，用来实现校正轴上像差和系统色差，构成无光焦度组合，同时增加了视场角，系统中视场角达到4.6°×4.6°，第三透镜用于校正场曲。由此可知，本发明日盲紫外照相机镜头结构简单，制作方便。通光口径大，分辨力高，适用于电晕检测。
2、本发明一种日盲紫外照相机镜头，其中，第二反射镜为镀在第二透镜的凸面中间位置上的铝膜，铝膜上镀有一层MgF2保护膜，第二反射镜和第二透镜连接成一体，结构简单，使本发明日盲紫外照相机镜头组装起来非常容易，并且第二反射镜和第一反射镜构成了镜头的主体，本身不会产生色差。
3、本发明一种日盲紫外照相机镜头，其中，第一反射镜是由BK7玻璃在表面镀铝膜而在铝膜表面镀MgF2保护膜形成的，来自物方的光可以大部分穿过第一透镜和第二透镜，在第一反射镜和第二反射镜上形成反射，不影响最终成像质量。
附图说明
图1为本发明之结构示意图。
图2为本发明实施例中在利用计算机仿真时紫外光路效果图。
图3为本发明实施例中的弥散斑分布图。
图4为本发明实施例中的光学传递函数OTF图
图5为本发明实施例中的垂轴像差图
具体实施方式
为便于进一步了解本发明之目的手段，兹附以较佳实施例图详细说明如后：
如图1所示，本发明一种日盲紫外照相机镜头，其特征在于，它包括自物方至像方依次同轴设置的光阑1、第一透镜2、第二透镜3、第二反射镜5、第一反射镜4、第三透镜6、紫外带通滤光片11和像面12；第一透镜2和第三透镜6为正透镜，第二透镜3为负透镜，第一透镜2的前后表面21、22、第二透镜3的前后表面31、32和第三透镜6的前后表面、61、62都是球面，第二反射镜5和第一反射镜4的反射面都是球面，第一反射镜4中心开设有一通光孔。
第二反射镜5为镀在第二透镜3的凸面中间位置上的铝膜，铝膜上镀有一层MgF2保护膜。
第一反射镜4是由BK7玻璃在表面镀铝膜而在铝膜表面镀MgF2保护膜形成的。
第一透镜2、第二透镜3和第三透镜6都是由熔石英材料制成。
紫外带通滤光片11为真空干涉光学镀膜紫外滤光片，其厚度为1.5mm～2.5mm，其中心透过波长为254nm，其带宽为10nm-20nm。
像面12为探测器或者像增强器的感光面。
本发明一种日盲紫外照相机镜头可达到以下指标：
1.工作波段240-280nm；
2.系统F数：F/2.6；
3.视场：±2.3°；
4.焦距：180mm
5.成像距离：10m到无穷远
本发明日盲紫外照相机镜头一实施例的具体结构参数如表l所示。
表1
Figure G2008102247200D00051
本实施例中紫外带通滤光片ll为真空干涉光学镀膜紫外滤光片，其厚度为2.2mm，其中心透过波长为254nm，其带宽为10nm-20nm，第一反射镜4的通光孔直径为34.5mm。在计算机仿真的时候，规定各表面与光轴7的交点为各表面的顶点，规定光阑中心位置坐标为z＝0；仿真的光路如图2所示，实际装置与仿真结果一致。
图3是光线实际通过此紫外光学系统后，在像面上聚焦光斑半径大小和光能分布状态。
图4是反映紫外光学系统传递函数数量值，在空间频率250lp/mm(每毫米明暗线对数)时其调制传递函数MTF≥0.5，系统接收器件像增强器其在50lp/mm时，MTF＝0.4，所以远大于接收器件的频率响应。传递函数反映光学系统的分辨率和反差性能。
图5是光学系统在成像面上像斑大小，纵轴是代表视场角，横轴代表不同孔径时的像斑值。

Claims (9)

1.一种日盲紫外照相机镜头，其特征在于，它包括自物方至像方依次同轴设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第二反射镜、第一反射镜、第三透镜、紫外带通滤光片和像面；所述第一透镜和第三透镜为正透镜，所述第二透镜为负透镜，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的前后表面都是球面，所述第二反射镜和第一反射镜的反射面都是球面，所述第一反射镜中心开设有一通光孔；所述第二反射镜为镀在所述第二透镜的凸面中间位置上的铝膜，所述铝膜上镀有一层MgF2保护膜。
2.如权利要求1所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述第一反射镜是由BK7玻璃在表面镀铝膜而在铝膜表面镀MgF2保护膜形成的。
3.如权利要求1所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜都是由熔石英材料制成。
4.如权利要求2所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜都是由熔石英材料制成。
5.如权利要求1所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述紫外带通滤光片为真空干涉光学镀膜紫外滤光片，其厚度为1.5mm～2.5mm，其中心透过波长为254nm，其带宽为10nm-20nm。
6.如权利要求2所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述紫外带通滤光片为真空干涉光学镀膜紫外滤光片，其厚度为1.5mm～2.5mm，其中心透过波长为254nm，其带宽为10nm-20nm。
7.如权利要求1所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述像面为探测器或者像增强器的感光面。
8.如权利要求2所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述像面为探测器或者像增强器的感光面。
9.如权利要求3所述的日盲紫外照相机镜头，其特征在于，所述像面为探测器或者像增强器的感光面。
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