一種日盲紫外成像光學鏡頭和系統的制作方法
本發明屬于光學儀器技術領域，尤其涉及一種日盲紫外成像光學鏡頭和系統。
背景技術：
紫外傳感成像系統主要用于生物醫藥分析、臭氧監測、海上油監、太陽照度監測、電暈放電探測、刑事偵察、森林防火、空間觀測、染病谷物剔除、水銀燈消毒控制和災害天氣監測及預報等。由于太陽光穿透地球大氣層時，在220nm—280nm紫外波段輻射被大氣中的臭氧層強烈吸收，近地表范圍的紫外普通光學玻璃的透明區域一般在350nm—2400nm之間，輻射很微弱，存在所謂的“太陽光譜盲區”。在該波段對紫外目標探測時，來自自然環境的干擾就非常弱。因此，日盲紫外成像系統的研究受到了國內外的廣泛關注。
由于紫外探測系統屬于弱光探測領域，要求日盲紫外成像光學鏡頭和系統具有大相對孔徑、大視場角，從而使得像面照度均勻性較高。
但是現有技術中在得到上述具有大相對孔徑、大視場角的日盲紫外成像光學鏡頭和系統時，通常采用數量較多(數量在10片以上)的透鏡來獲得，因此，造成日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸較大且結構復雜，增加了光學系統的設計難度。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明提供一種日盲紫外成像光學鏡頭和系統，以解決現有技術中日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸較大且結構復雜，增加了光學系統的設計難度的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種日盲紫外成像光學鏡頭，包括：
沿所述日盲紫外成像光學鏡頭的光軸，由物側到像側依次排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡；
所述第一透鏡為正光焦度透鏡，所述第二透鏡為正光焦度透鏡，所述第三透鏡為負光焦度透鏡，所述第四透鏡為正光焦度透鏡。
優選地，
所述第一透鏡為雙凸透鏡；
所述第二透鏡為凹凸透鏡，所述第二透鏡的凸面朝向所述第一透鏡；
所述第三透鏡為平凹透鏡，所述第三透鏡的凹面朝向所述第四透鏡；
所述第四透鏡為雙凸透鏡。
優選地，所述日盲紫外成像光學鏡頭的焦距為f，所述第一透鏡和所述第二透鏡的組合焦距為f12，f與f12符號相同，并且滿足下列不等式：0.5f＜f12＜0.8f；
所述第三透鏡的焦距為f3，f與f3符號相反，并且滿足下列不等式：0.4f＜|f3|＜0.7f；
所述第四透鏡的焦距為f4，f與f4符號相同，并且滿足下列不等式：0.7f＜f4＜0.9f。
優選地，所述日盲紫外成像光學鏡頭的全視場角大于10度。
優選地，所述日盲紫外成像光學鏡頭的孔徑大于50mm。
優選地，所述日盲紫外成像光學鏡頭的光圈數f值小于2。
優選地，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的光學表面均為球面。
本發明還提供一種日盲紫外成像光學系統，包括上面任意一項所述的日盲紫外成像光學鏡頭和探測器；
其中，所述探測器的探測面位于所述日盲紫外成像光學鏡頭的焦平面內。
優選地，日盲紫外成像光學系統還包括紫外濾光片；
所述紫外濾光片位于所述第四透鏡和所述探測器之間。
優選地，所述紫外濾光片的中心波長為260nm，帶寬為40nm。
經由上述的技術方案可知，本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統，僅設置了四個透鏡，光學元件少，因此能夠減小日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸，簡化結構，從而降低了日盲紫外成像光學系統的設計難度。另外，由于光學元件數量大大減少，從而能夠提高光能利用率。
進一步地，本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統全視場角可大于10度，孔徑大于50mm，光圈數的f值小于2，系統成像質量高，擁有較強的光電探測能力，可適用于電力部門的電暈放電檢測。日盲紫外成像光學鏡頭和系統結構簡單、外形尺寸小、加工和制造難度低、成像質量可滿足電暈放電檢測的需要。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種日盲紫外成像光學系統的光路結構示意圖；
圖2為圖1所示的日盲紫外成像光學系統的成像點列圖；
圖3為本發明實施例提供的另一種日盲紫外成像光學系統的光路結構示意圖；
圖4為圖3所示的日盲紫外成像光學系統的成像點列圖。
具體實施方式
正如背景技術部分所述，現有技術中通常采用數量較多(數量在10片以上)的透鏡來獲得統大相對孔徑、大視場角的日盲紫外成像光學鏡頭和系統。由于透鏡數量較多，造成了現有技術中大相對孔徑、大視場角的日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸較大且結構復雜，增加了光學系統的設計難度。
基于此，本發明提供一種日盲紫外成像光學鏡頭，包括：
沿所述日盲紫外成像光學系統的光軸，由物側到像側依次排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡；
所述第一透鏡為正光焦度透鏡，所述第二透鏡為正光焦度透鏡，所述第三透鏡為負光焦度透鏡，所述第四透鏡為正光焦度透鏡。
本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統，僅設置了四個透鏡，光學元件少，因此能夠減小日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸，簡化結構，從而降低了日盲紫外成像光學系統的設計難度。另外，由于光學元件數量大大減少，從而能夠提高光能利用率。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
如圖1所示，為本發明實施例提供的一種日盲紫外成像光學系統，所述日盲紫外成像光學系統包括日盲紫外成像光學鏡頭100和探測器5；其中日盲紫外成像光學鏡頭100包括：沿日盲紫外成像光學鏡頭的光軸，由物側到像側依次排列的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3和第四透鏡4；第一透鏡1為正光焦度透鏡，第二透鏡2為正光焦度透鏡，第三透鏡3為負光焦度透鏡，第四透鏡4為正光焦度透鏡。
本實施例中，如圖1所示，第一透鏡1為雙凸透鏡；第二透鏡2為凹凸透鏡，第二透鏡2的凸面朝向第一透鏡1；第三透鏡3為平凹透鏡，第三透鏡3的凹面朝向第四透鏡4；第四透鏡4為雙凸透鏡。
由于紫外探測系統屬于弱光探測領域，為了保證日盲紫外成像光學系統具有較高的探測靈敏度，要求日盲紫外成像光學系統具有較大的通光孔徑；同時，出于便于安裝日盲紫外濾光片的需要，要求日盲紫外成像光學系統具有較長的后工作距和較小的外形尺寸。
為滿足上述要求，本實施例中僅采用4片透鏡實現上述要求，具體的，本實施例中各透鏡組成的日盲紫外成像光學鏡頭滿足如下關系：
日盲紫外成像光學鏡頭100的焦距為f，第一透鏡1和第二透鏡2的組合焦距為f12，f與f12符號相同，并且滿足下列不等式：0.5f＜f12＜0.8f；第三透鏡3的焦距為f3，f與f3符號相反，并且滿足下列不等式：0.4f＜|f3|＜0.7f；第四透鏡4的焦距為f4，f與f4符號相同，并且滿足下列不等式：0.7f＜f4＜0.9f。
通過實驗證明，在滿足上述要求的基礎上，本實施例中提供的由4片透鏡組成的日盲紫外成像光學鏡頭的全視場角大于10度、孔徑大于50mm、光圈數f值小于2。
且需要說明的是，本實施例中提供的4片透鏡的光學表面均可以設置為球面，無需非球面元件，因此本實施例提供的日盲紫外成像光學鏡頭制造成本交底，工藝性好。
本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統還減少了日盲紫外成像光學鏡頭中透鏡的個數，僅設置了四個透鏡，光學元件少，因此能夠減小日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸，簡化結構，從而降低了日盲紫外成像光學系統的設計難度。另外，由于光學元件數量大大減少，從而能夠提高光能利用率。
具體的，在本發明的一個實施例中，提供一種日盲紫外成像光學系統，如圖1所示，包括日盲紫外成像光學鏡頭100和探測器5，其中，探測器5的探測面位于日盲紫外成像光學鏡頭100的焦平面。
本實施例中，正光焦度的第一透鏡1的焦距為f1＝119mm，正光焦度的第二透鏡2的焦距為f2＝83mm，二者的組合焦距為f12＝50mm，滿足下列不等式：0.5f＜f12＜0.8f。
負光焦度的第三透鏡3的焦距為f3＝-43mm，滿足下列不等式：0.4f＜|f3|＜0.7f。
正光焦度的第四透鏡4的焦距為f4＝63mm，滿足下列不等式：0.7f＜f4＜0.9f。
本實施例中日盲紫外成像光學系統的利用光學波段為：240nm-280nm，包括端點值。通過實驗證明，本實施例中日盲紫外成像光學系統的全視場角為：14度(正、負7度)。日盲紫外成像光學系統的焦距為78mm，通光孔徑為55mm，光學系統總長小于100mm；光學系統留有足夠的后截距，便于濾光片的安裝與更換。本實施例中所述后截距35mm。
根據上述數據，得到如圖2所示的日盲紫外電暈探測光學系統的成像點列圖，其中，圖2中defocusing0.00000表示考察像面位置(沒有離焦)；左邊4組數表示視場的絕對值度(如0.000，5.000)和歸一化相對值(如0/7＝0.00，5/7＝0.71，7/7＝1.00)，本實施例中全視場角為14度，視場角正負7度，圖2中最大視場角為7。
需要說明的是，本實施例中提供的4片透鏡的光學表面均可以設置為球面，無需非球面元件，因此本實施例提供的日盲紫外成像光學鏡頭制造成本交底，工藝性好。
本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統還減少了日盲紫外成像光學鏡頭中透鏡的個數，僅設置了四個透鏡，光學元件少，因此能夠減小日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸，簡化結構，從而降低了日盲紫外成像光學系統的設計難度。另外，由于光學元件數量大大減少，從而能夠提高光能利用率。
在上一實施例的基礎上，本發明的另一個實施例中，提供一種日盲紫外成像光學系統，如圖3所示，包括：沿日盲紫外成像光學鏡頭的光軸，由物側到像側依次排列的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4和探測器5，與上一實施例不同的是，本實施例中還包括紫外濾光片6。其中，探測器5的探測面位于日盲紫外成像光學鏡頭的焦平面內，紫外濾光片6位于第四透鏡4和探測器5之間，用于過濾紫外光。
紫外濾光片6的中心波長為260nm，帶寬為40nm。因此，本實施例中日盲紫外成像光學系統的利用光學波段為：240nm-280nm，包括端點值。
本實施例中，各透鏡組成的日盲紫外成像光學鏡頭滿足如下關系：
正光焦度的第一透鏡1的焦距為f1＝115mm，正光焦度的第二透鏡2的焦距為f2＝99mm，二者的組合焦距為f12＝54mm，滿足下列不等式：0.5f＜f12＜0.8f。負光焦度的第三透鏡3的焦距為f3＝-40mm，滿足下列不等式：0.4f＜|f3|＜0.7f。正光焦度的第四透鏡4的焦距為f4＝72mm，滿足下列不等式：0.7f＜f4＜0.9f。
通過實驗證明，在滿足上述要求的基礎上，本實施例中提供的由4片透鏡組成的日盲紫外成像光學鏡頭的全視場角為12度(正、負6度)、日盲紫外成像光學系統的焦距為85mm，通光孔徑為60mm，光學系統總長小于110mm；光學系統留有足夠的后截距，便于濾光片的安裝與更換。
根據上述數據，得到如圖4所示的日盲紫外電暈探測光學系統的成像點列圖，圖4中各參數的含義同圖2中相同，本實施例中對此不做贅述。通過圖4可以看出，系統擁有較好的成像質量和較好的探測靈敏度，全視場范圍內，光斑直徑(rms)均在0.2mm左右，且光斑圓度較好，有利于目標的發現和定位。
需要說明的是，本實施例中提供的4片透鏡的光學表面均可以設置為球面，無需非球面元件，因此本實施例提供的日盲紫外成像光學鏡頭制造成本交底，工藝性好。
本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統還減少了日盲紫外成像光學鏡頭中透鏡的個數，僅設置了四個透鏡，光學元件少，因此能夠減小日盲紫外成像光學鏡頭和系統尺寸，簡化結構，從而降低了日盲紫外成像光學系統的設計難度。另外，由于光學元件數量大大減少，從而能夠提高光能利用率。
需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
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