CN214474198U - 一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及涉及红外光学技术领域，具体公开了一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，包括物镜前组和物镜后组；所述物镜前组包括窗口、第一透镜和第二透镜，所述物镜后组包括第三透镜和第四透镜，所述窗口的物侧面为平面，像侧面为平面。本实用新型通过二次成像的方式可以达到观察的效果，既能测量高炉内部温度，又能时时监控高炉内部实际情况，有效了解高炉内部运行状态，提高生产效率；同时，本实用新型红外物镜视场大，透镜数量少，具有优良的成像质量，整体物镜的体积较小，更加便于使用操作。

Description

一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜

技术领域

本实用新型涉及红外光学技术领域，具体涉及一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜。

背景技术

高炉内部温度较高，高达300℃以上，以热辐射为主，光谱以中波红外、长波红外为主，可见光波段很少，所以高炉内部的监控主要是采用红外系统。而中波红外系统整机价格昂贵、体积大，所以采用远长波非制冷红外系统。长波非制冷红外系统，具有体积小，重量轻，价格便宜等特点。

然而传统红外摄像机适配的红外物镜均采用一次成像系统，不能适应高温环境，不便于安装制冷机构；且视场相当的情况，成像质量较差，大部分都采用消热设计，光学系统长度短，既不便于安装在高炉上，也不能适应高炉内外温差较大的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，能够解决上述现有技术中提到的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，包括物镜前组和物镜后组；所述物镜前组包括窗口、第一透镜和第二透镜，所述物镜后组包括第三透镜和第四透镜，所述窗口的物侧面为平面，像侧面为平面。

进一步的，所述窗口为平板红外窗口，能够有效密封物镜。

进一步的，第一透镜为弯月形正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为正。

进一步的，所述第二透镜为弯月形正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为正。

进一步的，所述第三透镜为负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负。

进一步的，所述第四透镜为弯月形正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

进一步的，所述第四透镜后方设置有光栏，所述物镜前组固定设置，物镜后组设置为可移动的定焦镜头。

进一步的，所述第一透镜、第二透镜和第四透镜中均采用高次非球面。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过二次成像的方式可以达到观察的效果，既能测量高炉内部温度，又能时时监控高炉内部实际情况，有效了解高炉内部运行状态，提高生产效率；同时，本实用新型红外物镜视场大，透镜数量少，具有优良的成像质量，整体物镜的体积较小，更加便于使用操作。

附图说明：

图1为本实用新型光学结构示意图。

图2为本实用新型20℃下的传递函数图。

图3为本实用新型20℃下的弥散斑图。

图4为本实用新型20℃下的畸变图。

附图标记说明：1-窗口、2-第一透镜、3-第二透镜、4-第三透镜、5-第四透镜、6-光栏。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，包括物镜前组和物镜后组；所述物镜前组包括窗口1、第一透镜2和第二透镜3，所述物镜后组包括第三透镜4和第四透镜5，所述窗口1的物侧面为平面，像侧面为平面，所述窗口1采用平板红外窗口，能够有效密封物镜，保护内部透镜，承受高炉的高温、高压，减少对内部透镜的影响；第一透镜2为弯月形正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为正，可有效收缩光线，减小镜头的尺寸；所述第二透镜3为弯月形正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为正，能有效校正场曲、畸变；通过第一透镜2和第二透镜3设置的物镜前组，把目标成像在第一个像面上，完成第一次成像；

所述第三透镜4为负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负，能有效校正场曲、球差；所述第四透镜5为弯月形正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正，可合理分配第三透镜的屈光度；物镜后组把第一个像面再次成像在探测器焦平面上，所述第四透镜5后方设置有光栏，光栏靠近像侧面设置，能够有效压缩整个物镜的光线高度，减小物镜的外形尺寸；有效利用边缘光线，减小渐晕，提高轴外视场的相对照度；所述物镜前组固定设置，物镜后组设置为可移动的定焦镜头，所述第一透镜2、第二透镜3和第四透镜5中均采用高次非球面。

在本实施例中，针对384×288，像元尺寸17μm的非制冷红外探测器，设计出本光学系统的焦距f：3.3mm，F数：1.5，视场：98°×76°；

为提高像质，改善温度变化对像质的影响，第一透镜2、第二透镜3和第四透镜5中均采用高次非球面。

下表列出了第一透镜2的表面S4，第二透镜3的表面S5，第四透镜5的表面S9的非球面系数。

表1、表面S4、S5、S9的非球面系数

表面	K	A	B	C	D
						S4	0	1.53886E-06	3.11955E-08	-9.12049E-10	9.28328E-12
S5	0	-1.58061E-05	5.12012E-08	-1.20172E-10	9.17377E-14
						S9	0	-6.26908E-06	-5.65432E-09	-3.33947E-13	4.73150E-14

偶次非球面方程定义如下：

式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。

本实施例采用3个非球面就达到了良好的成像质量，畸变小，且工艺性好，能降低成本，减少透镜数量，优化结构形式。

图2至图4为本实用新型高炉温度检测的非制冷红外物镜在20℃下的成像光学仿真数据图，其中图2为光学传递函数(MTF)曲线图，横轴为每毫米线对数(lp/mm)，纵轴为对比度值，图3为点列图，图4为畸变图。从图2至图4的图形曲线可以看出其温度为20℃下的MTF、弥散斑均方根值及畸变均在标准范围内，满足系统要求。

本实用新型针对分辨率384×288，像元尺寸17μm的非制冷型红外探测器，提供一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，该系统全视场122°，在-40℃～+50℃范围内由良好的像质。

在本说明书中所谈到的“实施例”，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：包括物镜前组和物镜后组；所述物镜前组包括窗口(1)、第一透镜(2)和第二透镜(3)，所述物镜后组包括第三透镜(4)和第四透镜(5)，所述窗口(1)的物侧面为平面，像侧面为平面。

2.根据权利要求1所述的一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：所述窗口(1)为平板红外窗口，能够有效密封物镜。

3.根据权利要求1所述的一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：第一透镜(2)为弯月形正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为正。

4.根据权利要求1所述的一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：所述第二透镜(3)为弯月形正透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为正。

5.根据权利要求1所述的一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：所述第三透镜(4)为负透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面，其屈光度为负。

6.根据权利要求1所述的一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：所述第四透镜(5)为弯月形正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面，其屈光度为正。

7.根据权利要求1所述的一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：所述第四透镜(5)后方设置有光栏，所述物镜前组固定设置，物镜后组设置为可移动的定焦镜头。

8.根据权利要求1所述的一种用于高炉温度检测的非制冷红外物镜，其特征在于：所述第一透镜(2)、第二透镜(3)和第四透镜(5)中均采用高次非球面。

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