[發明專利]一種寬波段光纖-CCD耦合成像鏡頭

有效

• 申請號: 201410625756.5
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104360457A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 周毅;劉俊伯;鄧欽元;司新春;胡松;高洪濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/22;G02B1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術領域

本發明涉及一種寬波段光纖-CCD耦合成像鏡頭，屬于光纖成像的光機系統設計領域。

背景技術

隨著各行各業對成像光纖的需求不斷擴大，如何實現成像光纖清晰成像也成為各行各業關注的焦點。而目前對成像光纖與CCD的耦合研究并不多，通常將成像光纖直接成像于CCD的靶面，其輸出的成像質量將會很差，得到的圖像很模糊，從而無法到達預期的效果。成像光纖與CCD耦合可以提高CCD的成像質量，如何實現光纖-CCD耦合成像迅速成了各行業關注的焦點，對光纖-CCD耦合成像也提出了更高的要求，主要體現在對光纖-CCD耦合成像鏡頭分辨力的要求越來越大，對光波波長范圍的要求也越來越寬，同時鏡頭的成像質量必須得到保證。這樣可以有效地提升成像光纖的使用價值。

美國專利US2010315723-A1公布了一種CCD耦合成像鏡頭，鏡頭總體是由4個鏡頭單元，每個鏡頭單元包含5塊鏡片，總共20塊鏡片組成，能實現一部分可見光的耦合成像，能實現較寬視場成像，成像對比度較好，但是其波寬范圍很有限，整個鏡頭鏡片過多，體積較大。

由于目前國內大多采用光纖面板,但由于各光纖透過率的差異,會導致入射到CCD光敏面上的光場存在差異，利用光纖錐則無法實現寬波長光的變換，且會嚴重影響圖像的分辨率。通過光纖-CCD耦合成像鏡頭實現耦合，能實現像差小，圖像清晰，高分辨率的圖像變換。但是用鏡頭作為耦合器件，達到對更寬范圍波長光線的耦合一直是CCD耦合成像鏡頭繼續突破的難題。

發明內容

為了解決上述難題，本發明設計了一種寬波段光纖-CCD耦合成像鏡頭，可以有效地校正各類像差，達到較高的分辨率和較高的圖像對比度，實現寬波段光線的CCD耦合。

本發明采用的技術方案為：一種寬波段光纖-CCD耦合成像鏡頭，其特征是：從物面沿光軸方向開始，共有8塊鏡片，依次為L1～L8，其中物面到光闌之間有5塊鏡片，光闌到像面之間有3塊鏡片，本鏡頭8塊鏡片中，L2、L5、L8為負透鏡，其余為正透鏡，同時為更好地平衡像差，L2與L3設計成膠合透鏡。

進一步的，光學物像共軛總長為l＝71.5mm，物方工作距l_物＝14mm，像方工作距l_像＝8.7mm。

進一步的，光學系統為縮小成像，放大倍率M＝-0.4×。

進一步的，光路為物方遠心光路，物方遠心度均控制在±0.5度。

進一步的，其中物方視場8mm×8mm，物方數值孔徑NA＝0.063，成倒像于英寸CCD靶面上且成像質量較好，分辨力σ能達到10μm。

進一步的，鏡片材料采用成都光明光電有限公司的玻璃材料，牌號分別為H-ZF1，H-ZLAF56B，H-K9L，ZF7L，H-ZLAF52，可以很好的適用于各波段光纖與CCD的耦合，體積較小同時又能降低成本。

進一步的，應用國產玻璃優化設計之后，該成像鏡頭分辨力σ接近10μm，該鏡頭設計工作波段為460nm到近紅外1064nm，能完成對可見光波段的耦合，同時也能對近紅外光線實現CCD耦合，達到寬波段光纖-CCD耦合成像要求。

本發明的原理詳述如下：

該耦合成像鏡頭光學結構為物方遠心，物像共軛總長為L＝71.5mm，鏡片整體設計再整合優化。

第一組鏡頭單元主要是成像光纖輸出光信號，其中鏡頭通過隔圈來調整實際物方距離。

第二組鏡頭單元含有一枚物鏡，為一枚正透鏡，鏡筒通過螺紋精密連接入光鏡頭與成像鏡頭，同時也能保證鏡片間的中心距離；

第三組鏡頭單元包含7枚鏡片，其中光闌到像面之間有3塊鏡片，第L2、L5、L8為負透鏡，其余為正透鏡。同時L2與L3設計成膠合透鏡。

三組鏡頭組成物方遠心結構，鏡頭兩端用壓圈進行精密固定，有效校正多種像差，尤其是的畸變和場曲。

本發明寬波段光纖-CCD耦合成像鏡頭總共包含8枚鏡片。在使用同廠家同牌號玻璃的情況下可以有效提高透過率。同時也能保證更換成對應的國產玻璃時，鏡頭的透過率接近國外的設計方案。

該鏡頭為縮小成像，其中物方視場8mm×8mm，物方數值孔徑NA＝0.063，縮小倍率M＝-0.4×，即縮小2.5倍成倒像于1/3英寸CCD靶面上。

光路為物方遠心光路，成倒像于1/3英寸CCD靶面上且成像質量較好，分辨力σ能達到10μm。物方遠心度均控制在±0.5度。