本發(fā)明屬于液體內(nèi)光學(xué)成像，尤其涉及一種用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，透明化工液體的檢測(cè)和監(jiān)控是確保生產(chǎn)安全、提高產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化工藝流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。透明化工液體廣泛應(yīng)用于化工、制藥、食品加工、材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，在某些特定場(chǎng)合，成像光學(xué)系統(tǒng)需要放置于某種透明化工液體內(nèi)進(jìn)行工作。如，對(duì)承放某種透明化工液體的大體量容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)控等。這些液體通常具有特定的光學(xué)特性，例如折射率、透明度等，這些特性對(duì)成像系統(tǒng)的性能提出了特殊要求。

2、傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)主要用于空氣或其他氣體介質(zhì)中，其光學(xué)設(shè)計(jì)和材料選擇通常針對(duì)空氣環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。然而，在透明化工液體環(huán)境中，成像系統(tǒng)面臨著諸多挑戰(zhàn)。液體的折射率與空氣不同，這會(huì)導(dǎo)致光線(xiàn)在液體中的傳播特性發(fā)生變化，從而影響成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量。目前市面上暫無(wú)相關(guān)方向光學(xué)系統(tǒng)及使用方式的研究，僅存在部分水下成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)，雖然可以在水中成像，但其設(shè)計(jì)并未考慮透明化工液體的特殊光學(xué)特性。此外，現(xiàn)有的成像系統(tǒng)在液體介質(zhì)中的視場(chǎng)角、成像質(zhì)量、光學(xué)系統(tǒng)尺寸和工作波段等方面也存在諸多限制，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)高精度、高可靠性和高適應(yīng)性的需求。

3、因此，亟需提供一種可用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)及其使用方法，為以上情況提出一種解決途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)每個(gè)透鏡的光焦度進(jìn)行優(yōu)化分配，保證系統(tǒng)在折射率為1.0~5.0的液體介質(zhì)中穩(wěn)定成像，且視場(chǎng)角達(dá)到90°以上，便于在透明化工液體內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)控。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明創(chuàng)造提供一種用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，包括沿物方至像方設(shè)置的：具有正焦度的第一透鏡組和具有正焦度的第二透鏡組；

4、其中，第一透鏡組包括沿物方至像方設(shè)置的：具有負(fù)光焦度的第一透鏡和具有正光焦度的第二透鏡；

5、第二透鏡組包括沿物方至像方設(shè)置的：具有正光焦度的膠合鏡和具有正光焦度的第五透鏡；膠合鏡包括具有負(fù)光焦度的第三透鏡和具有負(fù)光焦度的第四透鏡。

6、優(yōu)選的，還包括設(shè)置在第一透鏡組物方側(cè)的保護(hù)玻璃，保護(hù)玻璃為藍(lán)寶石晶體光學(xué)玻璃材料。

7、優(yōu)選的，用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)的工作波段包括450nm~850nm，且在折射率為1.0~5.0的液體介質(zhì)中成像視場(chǎng)角大于等于90°。

8、優(yōu)選的，第一透鏡的物方側(cè)鏡面為凸球面，像方側(cè)鏡面為凹球面；

9、第二透鏡的物方側(cè)鏡面為凸球面，像方側(cè)鏡面為凸球面；

10、第三透鏡的物方側(cè)鏡面為凸球面，像方側(cè)鏡面為凹球面；

11、第四透鏡的物方側(cè)鏡面為凸球面，像方側(cè)鏡面為凸球面；

12、第五透鏡的物方側(cè)鏡面為凸球面，像方側(cè)鏡面為凹球面。

13、優(yōu)選的，第一透鏡組和第二透鏡組的焦距關(guān)系滿(mǎn)足：

14、；

15、；

16、其中，表示用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)在空氣中的焦距，表示第一透鏡組的焦距，表示第二透鏡組的焦距。

17、優(yōu)選的，第三透鏡和第四透鏡的焦距約束條件為：

18、；

19、；

20、其中，為膠合鏡組的焦距；表示第三透鏡的焦距，表示第四透鏡的焦距。

21、優(yōu)選的，第一透鏡的材料折射率為1.60~1.70，且物方側(cè)鏡面的曲率半徑為8.8mm~37.5mm，像方側(cè)鏡面曲率半徑為3mm~5.5mm；

22、第二透鏡的材料折射率為1.64~1.75，且物方側(cè)鏡面的曲率半徑為3.1mm~7.8mm，像方側(cè)鏡面曲率半徑為-4.1mm~-23.9mm；

23、第三透鏡的材料折射率為1.65~1.85，且物方側(cè)鏡面的曲率半徑為5.2mm~20.1mm，像方側(cè)鏡面曲率半徑為1.3mm~9.1mm；

24、第四透鏡的材料折射率為1.40~1.55，且物方側(cè)鏡面的曲率半徑為1.3mm~9.1mm，像方側(cè)鏡面曲率半徑為-3.2mm~-11.7mm；

25、第五透鏡的材料折射率為1.45~1.55，且物方側(cè)鏡面的曲率半徑為1.2mm~9.6mm，像方側(cè)鏡面曲率半徑為9.2mm~37.1mm。

26、優(yōu)選的，還包括成像組件殼體和探測(cè)器，探測(cè)器設(shè)置在像面位置，通過(guò)保護(hù)玻璃將第一透鏡組、第二透鏡組和探測(cè)器密封在像組件殼體內(nèi)。

27、優(yōu)選的，還包括至少兩個(gè)照明組件，每個(gè)照明組件包括不少于4顆燈珠。

28、優(yōu)選的，照明組件通過(guò)支撐架固定在成像組件殼體的外側(cè)。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

30、本發(fā)明的成像系統(tǒng)能夠在折射率為1.0~5.0的液體介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像，覆蓋了大多數(shù)透明化工液體的折射率范圍。這使得系統(tǒng)能夠廣泛應(yīng)用于不同類(lèi)型的透明化工液體環(huán)境，無(wú)需針對(duì)每種液體進(jìn)行單獨(dú)的光學(xué)設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性。并且在1.0~5.0的液體介質(zhì)中成像視場(chǎng)角可達(dá)90°以上，能夠提供更廣闊的成像范圍，便于對(duì)容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測(cè)和監(jiān)控，減少成像盲區(qū)，提高檢測(cè)效率。

31、本發(fā)明通過(guò)合理分配各透鏡的光焦度，并結(jié)合前、后透鏡組的優(yōu)化組合，有效校正了像差，顯著提升了成像系統(tǒng)的分辨率和清晰度。本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的整體尺寸較小，具有較好的便攜性。

32、本發(fā)明還設(shè)計(jì)了多個(gè)照明組件，解決了化工液體中光線(xiàn)不足，視場(chǎng)較暗的問(wèn)題，并且通過(guò)多個(gè)照明組件從不同角度對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行照明，可以有效避免因單一光源造成的陰影區(qū)域，使得成像系統(tǒng)能夠更全面地捕捉探測(cè)區(qū)域內(nèi)的細(xì)節(jié)和特征，提高成像的完整性和準(zhǔn)確性。此外，照明組件設(shè)計(jì)了多級(jí)照明強(qiáng)度，以滿(mǎn)足不同探測(cè)環(huán)境的需求。

技術(shù)特征：

1.一種用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，包括沿物方至像方設(shè)置的：具有正焦度的第一透鏡組和具有正焦度的第二透鏡組；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第一透鏡組物方側(cè)的保護(hù)玻璃，所述保護(hù)玻璃為藍(lán)寶石晶體光學(xué)玻璃材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)的工作波段包括450nm~850nm，且在折射率為1.0~5.0的液體介質(zhì)中成像視場(chǎng)角大于等于90°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡的物方側(cè)鏡面為凸球面，像方側(cè)鏡面為凹球面；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡組和所述第二透鏡組的焦距關(guān)系滿(mǎn)足：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第三透鏡和所述第四透鏡的焦距約束條件為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡的材料折射率為1.60~1.70，且物方側(cè)鏡面的曲率半徑為8.8mm~37.5mm，像方側(cè)鏡面曲率半徑為3mm~5.5mm；

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括成像組件殼體和探測(cè)器，所述探測(cè)器設(shè)置在像面位置，通過(guò)所述保護(hù)玻璃將所述第一透鏡組、所述第二透鏡組和所述探測(cè)器密封在所述像組件殼體內(nèi)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少兩個(gè)照明組件，每個(gè)所述照明組件包括不少于4顆燈珠。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，其特征在于，所述照明組件通過(guò)支撐架固定在所述成像組件殼體的外側(cè)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及液體內(nèi)光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種用于透明化工液體內(nèi)的成像系統(tǒng)，包括：具有正光焦度的第一透鏡組和第二透鏡組，第一透鏡組由第一透鏡和第二透鏡組成，第二透鏡組由具有膠合鏡組和第五透鏡組成，通過(guò)對(duì)每個(gè)透鏡光焦度的合理化分配設(shè)計(jì)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中缺乏適用于透明化工液體環(huán)境的成像系統(tǒng)的問(wèn)題，并且該系統(tǒng)能夠在折射率為1.0~5.0的液體介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像，視場(chǎng)角不小于90°。

技術(shù)研發(fā)人員：張溪,徐暢,張?jiān)?沈永宏,孫屹偉,樸宇,李雙成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春奧普光電技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15