检测硫系玻璃均匀性的物镜以及具有其的硫系玻璃均匀性检测装置

技术领域

本发明涉及物镜以及具有该物镜的检测装置。

背景技术

硫系玻璃是一种以VIA族元素S、Se、Te为主并引入一定量的其它类金属或金属 元素所形成的玻璃，硫系玻璃材料具有较小的折射率温度系数，dn/dt约为锗(Ge)单 晶的五分之一，在1μm～14μm波段有良好透过性，易于精密模压成型和大口径制备等特 点。随着焦平面阵列以及非制冷式红外探测技术的发展，硫系玻璃已成为新一代大口径 无热化红外光学镜头的优良候选材料，这种材料可与锗(Ge)、硫化锌(ZnS)和硒化 锌(ZnSe)等晶体共同应用于新型热像仪的开发。

硫系玻璃的光谱透过范围不包含可见光，所以采用常规的光学玻璃均匀性检测装置 不能检测硫系玻璃内部的条纹分布及相关缺陷(包括杂质、裂纹等)特征。国内外也未 见大尺寸(直径Φ＞50mm)的硫系玻璃光学均匀性检测装置和内部缺陷检测方法的相关 研究报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种检测硫系玻璃均匀性的物镜，以及具有该物 镜的硫系玻璃均匀性的检测装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种检测硫系玻璃均匀性的物镜， 其特征在于：包括依次间隔设置的保护玻璃、第一镜片、第二镜片、第三镜片和带通滤 光片，所述第一镜片、第二镜片和第三镜片均为正光焦度的粘合镜片，所述第一镜片由 第一双凸透镜和第一平凹透镜粘合而成，所述第二镜片由第二双凸透镜和第二平凹透镜 粘合而成，所述第三镜片由第三双凸透镜和双凹透镜粘合而成。

优选地，满足以下条件：

0.01＜f/f₁＜0.02，|f₁₁|＞|f₁₂|，0.6＜f/f₂＜0.7，f₂₁＜f₂₂，0.55＜f/f₃＜0.65，|f₃₁|＜|f₃₂|， 60＜V_d1＝V_d3＝V _d5＜65，25＜V_d2＝V_d4＝V _d6＜30；

其中f为整个物镜的焦距，f₁、f₂和f₃分别为第一镜片、第二镜片和第三镜片的焦 距，第一镜片中的第一双凸透镜和第一平凹透镜的焦距分别为f₁₁和f₁₂，第二镜片的第 二双凸透镜和第二平凹透镜的焦距分别为f₂₁和f₂₂，第三镜片的第三双凸透镜和双凹透 镜的焦距分别为f₃₁和f₃₂；V_d1、V_d2、V_d3、V_d4、V_d5、V_d6分别为第一双凸透镜、第一 平凹透镜、第二双凸透镜、第二平凹透镜、第三双凸透镜和双凹透镜的阿贝常数。

优选地，所述六片镜片均设于一镜筒内，并且所述镜筒的两端分别设有保护支架和 带通滤光片保护支架，所述保护支架和带通滤光片保护支架上分别设有保护玻璃和带通 滤光片。

为了便于固定镜片，所述第一镜片、第二镜片和第三镜片之间的镜筒以及第三镜片 的前后两端的镜筒上分别设有镜片固定环。

优选地，所述带通滤光片的带宽波长为0.95μm～1.05μm，透光率大于90％。

具有上述物镜的硫系玻璃均匀性检测装置，包括依次设置的光源、扩束准直镜、测 试样品架、物镜和探测系统，光源亮度调节器连接至所述光源并且控制所述光源的亮度， 一图像采集处理器连接至所述探测系统。

优选地，所述探测系统包括搭载了1/2英寸CMOS的红外探测器，其响应波段为 0.4μm～1.7μm，像素为1280×1040，并且该探测系统还包括x-y-z三维移动平台。

与现有技术相比，本发明的优点在于该检测硫系玻璃均匀性的物镜以及具有其的检 测装置，具有较好的光学性能，实现了硫系玻璃均匀性的检测，而且成像质量佳，性能 稳定。

附图说明

图1是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜的结构图。

图2是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的检测装置。

图3是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为0时的MTF曲线；

图4是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为19.25mm时的MTF曲 线；

图5是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为38.50mm时的MTF曲 线；

图6是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为55.00mm时的MTF曲 线；

图7a是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为0mm时的轴向子午像 差，图7b为发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为0mm时的轴向孤矢像差； 图7c是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为19.25mm时的轴向子午像 差，图7d为发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为19.25mm时的轴向孤矢 像差；图7e是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为38.50mm时的轴向 子午像差，图7f为发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为38.50mm时的轴 向孤矢像差；图7g是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为55.00mm时 的轴向子午像差，图7h为发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜在像高为55.00mm 时的轴向孤矢像差(Maximum scale:±50μm)。

图8是本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜的颜色焦距位移。

图9a、9b、9c和9d为四个样品分别在本发明实施例的检测装置检测下所成的像。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例的检测硫系玻璃均匀性的物镜，为一种近红外成像物镜，如图1所示， 包括依次设置的保护玻璃4A，第一镜片10、第二镜片20、第三镜片30和带通滤光片4B， 其中第一镜片10为正光焦度的消色差粘合镜片，第二镜片20为正光焦度的消色差粘合镜 片，第三镜片30为正光焦度的消色差粘合镜片。该第一、第二、第三镜片均采用两片镜 片粘合而成。

该第一镜片10由第一双凸透镜G1和第一平凹透镜G2粘合而成，该第二镜片20由第 二双凸透镜G3和第二平凹透镜G4粘合而成，第三镜片30由第三双凸透镜G5和一双凹透 镜G6粘合而成。其中该六片镜片的焦距满足以下条件：0.01＜f/f₁＜0.02，|f₁₁|＞|f₁₂|，0.6 ＜f/f₂＜0.7，f₂₁＜f₂₂，0.55＜f/f₃＜0.65，|f₃₁|＜|f₃₂|。其中f为整个物镜的焦距，f₁、f₂和f₃分别为第一镜片10、第二镜片20和第三镜片30的焦距，第一镜片10中的第一双凸透镜G1 和第一平凹透镜G2的焦距分别为f₁₁和f₁₂，第二镜片20的第二双凸透镜G3和第二平凹透 镜G4的焦距分别为f₂₁和f₂₂，第三镜片30的第三双凸透镜G5和双凹透镜G6的焦距分别为 f₃₁和f₃₂。V_d1、V _d2、V_d3、V_d4、V _d5、V _d6分别为第一双凸透镜G1、第一平凹透镜G2、 第二双凸透镜G3、第二平凹透镜G4、第三双凸透镜G5和双凹透镜G6的阿贝常数，60＜ V_d1＝V_d3＝V_d5＜65，25＜V_d2＝V_d4＝V_d6＜30。优选地，其中该第一双凸透镜G1和第二双 凸透镜G3以及第三双凸透镜G5均由第一种材料制成，该第一平凹透镜G2、第二平凹透 镜G4和双凹透镜G6均由第二种材料制成，优选地，该第一种材料为H-K9L材料，该第 二种材料为H-ZF6，该保护玻璃4A也为第一种材料制成的薄片。其中带通滤光片4B的带 宽在0.95μm～1.05μm，且透光效率大于90％。

上述镜片G1-G6均设于一镜筒430内，并且镜筒430的两端分别设有保护支架410和 带通滤光片保护支架420，保护支架410和带通滤光片保护支架420上分别设有保护玻璃 4A和带通滤光片4B，第一镜片10、第二镜片20和第三镜片30依次设置在镜筒430内，并 且第一镜片10、第二镜片20和第三镜片30之间的镜筒430上以及该第三镜片30的前后两 端分别设有镜片固定环440。所述保护支架410和带通滤光片保护支架420分别与镜筒430 螺纹连接固定。

如图2所示，为具有该物镜的硫系玻璃均匀性的检测装置，该装置包括光源1、扩束 准直镜2、测试样品架3、物镜4，搭载三维移动平台的探测系统5、光源亮度调节器6和 图像采集处理器7。其中光源亮度调节器6与光源1相连接，用于调节光源的亮度，图像 采集处理器7与探测系统5连接。优选地，其中光源1包括6V/15W的普通照明灯，光源波 长为0.4μm～12μm，测试样品架3包括可移动支架和三角夹用于固定待测的样品。该物镜 4、探测系统5中的探测器、光源1均同轴设置。所述探测系统5包括搭载了1/2英寸CMOS 的红外探测器，其响应波段为0.4μm～1.7μm，像素为1280×1040，并且该探测系统5还包 括x-y-z三维移动平台。

实施例1：

该实施例中的物镜的口径为110mm，表1列出的是该物镜的口径为110mm时，具有 物镜的硫系玻璃均匀性检测装置的各参数，各片镜片的表面类型和材料，其中六片镜片 G1-G6中的厚度表示的是镜片中的该面到其后一个面之间的距离。S1、S2为第一双凸透 镜G1的两个面，依次类推。

表1：

根据表1设计的物镜，其中待检测硫系玻璃表面与物镜保护玻璃4A的距离为 4990mm；保护玻璃4A与第一镜片G1的距离为5mm；成像物镜的焦距为198mm；系 统采用一次成像方式；系统第一面到探测器的轴向空间长度为316.6mm；F数为1.83； 后焦距为65.75mm；全视场内畸变<0.02％；带通滤波片的带通范围0.95μm～1.05μm；有 效像高为4.46mm。该物镜的MTF值在分辨率为96线对/毫米处大于0.5，完全满足所 选探测器的成像规格。上述表格中的具体参数仅是示例性的，各镜片曲率半径、间隔以 及折射率的值等，不限于由上述系统所示的值，可以采取其他的值，都可以达到类似的 技术效果。

由图3、4、5和6可知，本实施例的物镜在像高为0、19.25mm、38.50mm和55.00mm 时的MTF值在探测器的极限分辨率96线对/毫米时均大于0.5；由图7a-7h可知，物镜 的轴向子午像差和轴向孤矢像差趋于平滑，起伏不大，像差小；由图8可知，物镜在消 色差波段消色差效果较好。

该具有物镜的硫系玻璃均匀性检测装置的检测方法如下，以50mm口径的物镜以 及样品为例：1)调节光源1、扩束准直镜2、测试样品架3、物镜4和探测系统5的相 对位置，使它们同轴而且等高；2)调节光源亮度调节器6，使光源1的光强落在红外探 测器的线性响应范围内；3)将待测硫系玻璃样品放置在扩束准直镜2和物镜4之间的 测试样品架3上，再次调节光源亮度调节器6，直至光源1的光强亮度能够满足硫系玻 璃成像；4)通过控制三维移动平台微调红外探测器上下左右移动，在图像采集处理器7 上获得样品在像面焦点处清晰成像。如图9a-9d，即为四个厚度为10mm、口径为50mm 的抛光圆柱形硫系玻璃样品A、B、C和D通过上述检测装置测得的像，从图上可清晰 观察抛光圆柱形硫系玻璃的内部条纹分布及相关缺陷，包括杂质、裂纹等特征。

本发明的检测硫系玻璃均匀性的物镜以及具有其的检测装置，具有较好的光学性 能，实现了硫系玻璃均匀性的检测，而且成像质量佳，性能稳定。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任 何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。