CN113625443A - 一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置 - Google Patents

一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置 Download PDF

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刘洋诚
单跃凡
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Abstract

本发明公开了一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，包括：正入射视窗、斜入射视窗、内窥镜物镜和内窥镜中继镜；正入射视窗在保证通光的同时将内窥镜物镜与外界高温隔离开；斜入射视窗将侧方斜入射光转变为正入射光进入物镜，同时将内窥镜物镜与外界高温隔离；内窥镜物镜位于正入射视窗或斜入射视窗之后，内窥镜物镜将视场范围内的入射光成像到内窥镜中继镜前；内窥镜中继镜将内窥镜物镜所成的像延伸，用于后续成像。通过斜入射视窗和正入射视窗相结合的方式，采用同一内窥镜物镜和内窥镜中继镜成像，实现了前向180度无死角的成像，克服了高温窑炉内部高温工况，在不影响窑炉正常工作的同时，对窑炉内部进行实时成像，及时发现窑炉内部缺陷。

Description

一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置
本申请是名为《一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2020年04月20日，申请号为202010313670.4。
技术领域
本发明涉及传统光学设计领域，特别是涉及一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置。
背景技术
高温窑炉内窥镜由于需要在窑炉内部高温环境下工作，且内窥镜需要具备一定的长度使照相设备远离高温窑炉，另外内窥镜直径也不宜过大，这使得高温窑炉内窥镜的设计需要考虑较多的材料和外形尺寸因素。
由于窑炉内部的温度极高，即使有水冷装置，内窥镜物镜也无法直接在窑炉内部工作。而照相设备对环境温度更为敏感，距离窑炉过近会导致照相设备无法正常工作。另外过大的开孔对于窑炉内部温控不利，过粗的内窥镜无法通过窑炉开孔正常工作。
因此，如何设计制造一款能够在高温条件下工作，具有较长的机械长度，并且直径较小的内窥镜系统，是业界亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的是提供一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，可解决高温窑炉在工作期间，由于内部温度较高，一般镜头难以在高温窑炉工作期间对窑炉内部成像，不能及时发现内部缺陷的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，包括：正入射视窗、斜入射视窗、内窥镜物镜和内窥镜中继镜；
正入射视窗用于通光，并将内窥镜物镜与外界高温隔离；
斜入射视窗用于将侧方斜入射光转变为正入射光，并进入内窥镜物镜，同时将内窥镜物镜与外界高温隔离；斜入射视窗的视场为相对于内窥镜物镜的光轴-90°～-40°及40°～90°视场；斜入射视窗的视场与正入射视窗的视场-40°～40°视场相衔接，构成-90°～90°的前半球视场；
内窥镜物镜位于正入射视窗或所述斜入射视窗之后；内窥镜物镜用于将相对于所述内窥镜物镜的光轴-40°～40°范围内的入射光成像到内窥镜中继镜前；
内窥镜物镜包括依次放置的第一单透镜、第二单透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜和第三单透镜；
第一单透镜与第二单透镜形成合理的光焦度分配，减少高级像差的产生；
第一双胶合透镜用于矫正色散，并引入负球差来矫正系统球差；
第二双胶合透镜用于矫正色散，并对场曲进行矫正；
第三单透镜通过矫正球差使内窥镜物镜的像差与内窥镜中继镜的像差相互抵消；
内窥镜中继镜用于将内窥镜物镜所成的像延伸，用于后续成像；内窥镜中继镜的直径为一英寸。
进一步地，正入射视窗为第一平板玻璃。
进一步地，第一平板玻璃为蓝宝石玻璃。
进一步地，斜入射视窗包括第二平板玻璃和反射镜，二者组合将斜入射光转变为正入射光进入所述内窥镜物镜。
进一步地，第二平板玻璃为蓝宝石玻璃。
进一步地，第一单透镜、第二单透镜、第三单透镜、第一双胶合透镜级第二双胶合透镜均为标准球面，且具有旋转对称性。
进一步地，内窥镜中继镜包括四片全同的双胶合透镜；
双胶合透镜分为两组，每组由两片双胶合透镜对向放置组成，双胶合透镜用于将内窥镜物镜所成的像延伸至内窥镜物镜后约一米处并与相机对接。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明所提供的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，能够克服高温窑炉内部高温工况，在不影响窑炉正常工作的同时，对窑炉内部进行实时成像，及时发现窑炉内部缺陷，保障安全生产；
(2)本发明所提供的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，可以通过较小的开孔插入高温窑炉内部，尽可能减少开孔对窑炉内部环境的干扰；
(3)本发明所提供的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，可以通过斜入射视窗和正入射视窗相结合的方式，实现前向180度无死角的成像，及时发现窑炉中任意位置的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置的结构示意图。
符号说明：
1-正入射视窗，2-斜入射视窗，3-内窥镜物镜，4-内窥镜中继镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，通过斜入射视窗和正入射视窗相结合的方式，采用同一内窥镜物镜和内窥镜中继镜成像，实现了前向180度无死角的成像，克服了高温窑炉内部高温工况，在不影响窑炉正常工作的同时，对窑炉内部进行实时成像，及时发现窑炉内部缺陷。能够克服高温窑炉内部高温工况，在不影响窑炉正常工作的同时，对窑炉内部进行实时成像，及时发现窑炉内部缺陷，保障安全生产；可以通过较小的开孔插入高温窑炉内部，尽可能减少开孔对窑炉内部环境的干扰。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置包括：正入射视窗1、斜入射视窗2、内窥镜物镜3和内窥镜中继镜4；正入射视窗1在保证通光的同时将内窥镜物镜3与外界高温隔离开；斜入射视窗2将侧方斜入射光转变为正入射光进入内窥镜物镜3，同时将内窥镜物镜3与外界高温隔离；内窥镜物镜3将视场范围内的入射光成像到内窥镜中继镜4前；内窥镜中继镜4将内窥镜物镜3所成的像延伸，用于后续成像。
具体地，视场范围为相对于内窥镜物镜3光轴-40°～40°的范围，在这一范围内，内窥镜物镜3可以清晰成像。
具体地，斜入射视窗2的视场是指相对于内窥镜物镜3光轴-90°～-40°及40°～90°视场，与正入射视窗1的视场-40°～40°视场相衔接，构成-90°～90°前半球视场。
具体地，正入射视窗1为第一平板玻璃。
具体地，第一平板玻璃为蓝宝石玻璃。
具体地，斜入射视窗2包括第二平板玻璃和反射镜，二者组合将斜入射光转变为正入射光进入物镜。
具体地，第二平板玻璃为蓝宝石玻璃。
具体地，内窥镜物镜3包括三片单透镜与两片双胶合透镜，为依次放置的第一单透镜、第二单透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜和第三单透镜，第一单透镜与第二单透镜形成合理的光焦度分配，减少高级像差的产生，第一双胶合透镜在矫正色散的同时引入负球差来矫正系统球差，第二双胶合透镜在矫正色散的同时对场曲进行矫正，第三单透镜通过矫正球差使内窥镜物镜的像差与内窥镜中继镜的像差相互抵消，保障高温窑炉内窥镜装置的成像质量，所述内窥镜物镜3位于正入射视窗1或斜入射视窗2之后。
具体地，单透镜和双胶合透镜均为标准球面，且具有旋转对称性。
具体地，内窥镜中继镜4包括四片全同的双胶合透镜，分为两组，每组由两片双胶合透镜对向放置组成，用于将内窥镜物镜3所成的像延伸至内窥镜物镜3后约一米处并与相机对接。内窥镜中继镜4直径均为一英寸(25.4mm)。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，其特征在于，所述用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置包括正入射视窗、斜入射视窗、内窥镜物镜和内窥镜中继镜；
所述正入射视窗用于通光，并将所述内窥镜物镜与外界高温隔离；
所述斜入射视窗用于将斜入射光转变为正入射光，并进入所述内窥镜物镜，同时将所述内窥镜物镜与外界高温隔离；所述斜入射视窗的视场为相对于所述内窥镜物镜的光轴-90°～-40°及40°～90°视场；所述斜入射视窗的视场与所述正入射视窗的视场-40°～40°视场相衔接，构成-90°～90°的前半球视场；
所述内窥镜物镜位于所述正入射视窗或所述斜入射视窗之后；所述内窥镜物镜用于将相对于所述内窥镜物镜的光轴-40°～40°范围内的入射光成像到所述内窥镜中继镜前；
所述内窥镜物镜包括依次放置的第一单透镜、第二单透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜和第三单透镜；
所述第一单透镜与所述第二单透镜形成合理的光焦度分配，减少高级像差的产生；
所述第一双胶合透镜用于矫正色散，并引入负球差来矫正系统球差；
所述第二双胶合透镜用于矫正色散，并对场曲进行矫正；
所述第三单透镜通过矫正球差使所述内窥镜物镜的像差与所述内窥镜中继镜的像差相互抵消；
所述内窥镜中继镜用于将所述内窥镜物镜所成的像延伸，用于后续成像；内窥镜中继镜的直径为一英寸。
2.根据权利要求1所述的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，其特征在于，所述正入射视窗为第一平板玻璃。
3.根据权利要求2所述的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，其特征在于，所述第一平板玻璃为蓝宝石玻璃。
4.根据权利要求1所述的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，其特征在于，所述斜入射视窗包括第二平板玻璃和反射镜，二者组合将斜入射光转变为正入射光进入所述内窥镜物镜。
5.根据权利要求4所述的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，其特征在于，所述第二平板玻璃为蓝宝石玻璃。
6.根据权利要求1所述的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，其特征在于，所述第一单透镜、所述第二单透镜、所述第三单透镜、所述第一双胶合透镜及所述第二双胶合透镜均为标准球面，且具有旋转对称性。
7.根据权利要求1所述的用于高温窑炉内部成像的内窥镜装置，其特征在于，所述内窥镜中继镜包括四片全同的双胶合透镜；
所述双胶合透镜分为两组，每组由两片双胶合透镜对向放置组成，所述双胶合透镜用于将所述内窥镜物镜所成的像延伸至所述内窥镜物镜后一米处并与相机对接。
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