CN111077636B - 紫外光成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外光成像镜头，包括6组光学镜片，每组含1片透镜，共6片透镜，其中第一、四、五组镜片为两面曲率半径不同的双凸透镜，第二、三组镜片为两面曲率半径不同的双凹透镜，第六组镜片为平凹透镜，镜头有效通光孔径为16mm，焦距为70mm，在270nm‑290nm波段整体透过率>85％。本发明的紫外光成像镜头，能够实现在紫外光谱波段对物体成像，该镜头工作中心波长为280nm，在270nm‑290nm的紫外光谱波段范围内可实现高精度成像。
Description
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，特别是涉及一种紫外光成像镜头。
背景技术
利用光学成像镜头，可将测物体发射的荧光或其反射的照明光精确成像到CCD或CMOS探测器上，以判断被测物质对相应波段光谱的吸收和发射特性，从而对被测物的物质组成进行定量分析。目前已有的成像镜头大部分工作波段为可见光波段(480nm～680nm)或部分可见光到近红外波段(680～1100nm)但还没有出现可以在紫外光谱波段实现清晰成像，进行物质测量分析的镜头。
发明内容
为了解决紫外光成像问题，本发明提供了一种工作中心波长为280nm，在带宽±10nm的范围内可实现高精度成像的紫外光成像镜头，其光学成像系统包括6组光学镜片，从光束入射端依次排列：第一组镜片为两面曲率半径不同的双凸透镜，曲率半径较小的一面为光束入射面，通光口径为22mm；第二组镜片为两面曲率半径不同的双凹透镜，曲率半径较小的一面与第一组镜片(1)曲率半径较大的一面相对，为光束入射面，通光口径为16mm；第三组镜片为两面曲率半径不同的双凹透镜，曲率半径较大的一面与第二组镜片曲率半径较大的一面相对，为光束入射面，通光口径为16mm；第四组镜片为两面曲率半径不同的双凸透镜，曲率半径较大的一面与第三组镜片曲率半径较小的一面相对，为光束入射面，通光口径为22mm；第五组镜片为两面曲率半径不同的双凸透镜，曲率半径较大的一面与第四组镜片曲率半径较小的一面相对，为光束入射面，通光口径为22mm；第六组镜片为平凹透镜，凹面与第五组镜片曲率半径较小的一面相对，为光束入射面，通光口径为20mm；镜头焦距为70mm，有效通光孔径为16mm。该紫外光成像镜头能够实现对紫外光谱波段的物体成像，特别是在270nm～290nm光谱波段的物体成像。
在第二组镜片与第三组镜片间放置圆形孔径光阑，光阑的通光口径为12.4mm。
第一组镜片用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；第一组镜片的光束入射面为外凸球面，曲率半径为26.24mm；另一面为曲率半径为45.973mm的外凸球面。
第二组镜片制作材料为熔融石英，焦距为-39.02mm，中心厚度为3.0mm，通光孔径为16.0mm；其中第二组镜片光束入射面为内凹球面，曲率半径为25.49mm；其另一面为曲率半径为62.96mm的内凹球面。
第三组镜片制作材料为熔融石英，焦距为-37.83mm，中心厚度为3.0mm，通光孔径为16.0mm；其中第三组镜片光束入射面为内凹球面，曲率半径为45.37mm；另一面为曲率半径为28.83mm的内凹球面。
第四组镜片用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；其中第四组镜片光束入射面为外凸球面，曲率半径为45.973mm；另一面为曲率半径为26.24mm的外凸球面。
第五组镜片用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；其中第五组镜片光束入射面为外凸球面，曲率半径为45.973mm；另一面为曲率半径为26.24mm的外凸球面。
第六组镜片为平凹透镜，制作材料为熔融石英，焦距为-50.82mm，中心厚度为4.0mm，通光孔径为20.0mm；其中第六组镜片光束入射面为内凹球面，曲率半径为-23.38mm；另一面为平面。
第一组镜片、第六组镜片的表面均镀270nm～290nm波段增透膜，单面透过率>99％，镜头整体的透过率>85％。
第一组镜片与第二组镜片中心间距为4.48mm；第二组镜片与光阑中心距为3.38mm；光阑与第三组镜片中心距为3.51mm；第三组镜片与第四组镜片中心间距为3.63mm；第四组镜片与第五组镜片中心间距为1mm；第五组镜片与第六组镜片中心间距为3.45mm；像面距第六组镜片中心为82.35mm。
本发明的紫外光成像镜头，镜头有效通光孔径为16mm，焦距为70mm，能够实现在紫外光谱波段对物体成像，特别是对270nm-290nm紫外光谱波段可精确成像。
附图说明
图1是本发明的紫外光成像镜头结构示意图；
图2是本发明的紫外光成像镜头的成像光学传递函数图；
图3是本发明的紫外光成像镜头的成像包络圆能量图。
图中：1-第一组镜片，2-第二组镜片，3-第三组镜片，4-第四组镜片，5-第五组镜片，6-第六组镜片，7-像面，8-光阑。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。然而应当理解，附图与实施例的提供仅为了更好地理解本发明，不应该理解为对本发明的限制。
如图1所示的紫外光成像镜头，包括共6片光学镜片组成的6组镜片，镜片结构组合如图1所示：从光束入射端依次排列：第一组镜片1、第二组镜片2、第三组镜片3、第四组镜片4、第五组镜片5及第六组镜片6，其中：
第一组镜片1为两面曲率半径不同的双凸透镜，其光学材料为CaF2晶体，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；第一组镜片1的光束入射面为外凸球面，曲率半径为26.24mm；另一面为曲率半径为45.973mm的外凸球面，透镜表面镀270nm～290nm波段增透膜；
第二组镜片2为两面曲率半径不同的双凹透镜，制作材料为熔融石英，焦距为-39.02mm，中心厚度为3.0mm，通光孔径为16.0mm；其中第二组镜片2光束入射面为内凹球面，曲率半径为25.49mm；其另一面为曲率半径为62.96mm的内凹球面；
第三组镜片3为两面曲率半径不同的双凹透镜，制作材料为熔融石英，焦距为-37.83mm，中心厚度为3.0mm，通光孔径为16.0mm；其中第三组镜片3光束入射面为内凹球面，曲率半径为45.37mm；另一面为曲率半径为28.83mm的内凹球面；
第四组镜片4为两面曲率半径不同的双凸透镜，用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；其中第四组镜片4光束入射面为外凸球面，曲率半径为45.973mm；另一面为曲率半径为26.24mm的外凸球面；
第五组镜片5为两面曲率半径不同的双凸透镜，用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；其中第五组镜片5光束入射面为外凸球面，曲率半径为45.973mm；另一面为曲率半径为26.24mm的外凸球面；
第六组镜片6为平凹透镜，制作材料为熔融石英，焦距为-50.82mm，中心厚度为4.0mm，通光孔径为20.0mm；其中第六组镜片6光束入射面为内凹球面，曲率半径为-23.38mm；另一面为平面，透镜表面镀270nm～290nm波段增透膜；
在第二组镜片2与第三组镜片3间放置圆形孔径光阑，光阑的通光口径为12.4mm；
第一组镜片1与第二组镜片2中心间距为4.48mm；第二组镜片2与光阑8中心距为3.38mm；光阑8与第三组镜片3中心距为3.51mm；第三组镜片3与第四组镜片4中心间距为3.63mm；第四组镜片4与第五组镜片5中心间距为1mm；第五组镜片5与第六组镜片6中心间距为3.45mm；像面7距第六组镜片6中心为82.35mm，当物体与第一组镜片1中心距为175mm时，在270nm-290nm的紫外光谱波段范围里，在像面7上可得到物体清晰的成像。
紫外光成像镜头成像光学调制传递函数MTF(Modulation Transfer Function)如图2所示，MTF>0.3@30lp/mm，MTF调制传递函数是目前分析镜头的解像比较科学的方法，镜头成像的调制度随空间频率变化的函数称为调制度传递函数MTF(Modulation TransferFunction)。对于原来调制度为M的正弦光栅，如果经过镜头到达像平面的像的调制度为M’，则MTF函数值为：MTF值＝M’/M，因此MTF值必定大于0，小于1。对点光源成像时，像点85％能量分布在小于32μm的圆域内，如图3所示。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种紫外光成像镜头，其特征在于：所述紫外光成像镜头具有屈光度的光学镜片仅有6组，从光束入射端依次排列：
第一组镜片（1）为两面曲率半径不同的双凸透镜，曲率半径较小的一面为光束入射面；
第二组镜片（2）为两面曲率半径不同的双凹透镜，曲率半径较小的一面与第一组镜片（1）曲率半径较大的一面相对，为光束入射面；
第三组镜片（3）为两面曲率半径不同的双凹透镜，曲率半径较大的一面与第二组镜片（2）曲率半径较大的一面相对，为光束入射面；
第四组镜片（4）为两面曲率半径不同的双凸透镜，曲率半径较大的一面与第三组镜片（3）曲率半径较小的一面相对，为光束入射面；
第五组镜片（5）为两面曲率半径不同的双凸透镜，曲率半径较大的一面与第四组镜片（4）曲率半径较小的一面相对，为光束入射面；
第六组镜片（6）为平凹透镜，凹面与第五组镜片（5）曲率半径较小的一面相对，为光束入射面；其中，
所述第二组镜片（2）与第三组镜片（3）间放置圆形孔径光阑（8），光阑（8）的通光口径为12.4mm；
所述紫外光成像镜头焦距为70mm，有效通光孔径为16mm；
所述第一组镜片（1）与第二组镜片（2）中心间距为4.48mm；所述第二组镜片（2）与光阑（8）中心距为3.38mm；所述光阑（8）与第三组镜片（3）中心距为3.51mm；所述第三组镜片（3）与第四组镜片（4）中心间距为3.63mm；所述第四组镜片（4）与第五组镜片（5）中心间距为1mm；所述第五组镜片（5）与第六组镜片（6）中心间距为3.45mm；所述紫外光成像镜头包括像面（7），像面（7）距第六组镜片（6）中心为82.35mm。
2.根据权利要求1所述的紫外光成像镜头，其特征在于：所述第一组镜片（1）用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；所述第一组镜片（1）的光束入射面为曲率半径为26.24mm的外凸球面；另一面为曲率半径为45.973mm的外凸球面。
3.根据权利要求1所述的紫外光成像镜头，其特征在于：所述第二组镜片（2）制作材料为熔融石英，焦距为-39.02mm，中心厚度为3.0mm，通光孔径为16.0mm；所述第二组镜片（2）光束入射面为曲率半径为25.49mm的内凹球面；另一面为曲率半径为62.96mm的内凹球面。
4.根据权利要求1所述的紫外光成像镜头，其特征在于：所述第三组镜片（3）制作材料为熔融石英，焦距为-37.83mm，中心厚度为3.0mm，通光孔径为16.0mm；所述第三组镜片（3）光束入射面为曲率半径为45.37mm的内凹球面；另一面为曲率半径为28.83mm的内凹球面。
5.根据权利要求1所述的紫外光成像镜头，其特征在于：所述第四组镜片（4）用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；所述第四组镜片（4）光束入射面为曲率半径为45.973mm的外凸球面；另一面为曲率半径为26.24mm的外凸球面。
6.根据权利要求1所述的紫外光成像镜头，其特征在于：所述第五组镜片（5）用CaF2晶体光学材料制作，焦距为39.40mm，中心厚度为6.0mm，通光孔径为22mm；所述第五组镜片（5）光束入射面为曲率半径为45.973mm外凸球面；另一面为曲率半径为26.24mm的外凸球面。
7.根据权利要求1所述的紫外光成像镜头，其特征在于：所述第六组镜片（6）为平凹透镜，制作材料为熔融石英，焦距为-50.82mm，中心厚度为4.0mm，通光孔径为20.0mm；所述第六组镜片（6）光束入射面为曲率半径为-23.38mm的内凹球面；另一面为平面。
8.根据权利要求1所述的紫外光成像镜头，其特征在于：所述第一组镜片（1）和第六组镜片（6）的表面均镀270nm~290nm波段增透膜。
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