光纤阵列耦合光谱观测镜头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光纤阵列耦合光谱观测镜头，所述光纤阵列耦合光谱观测镜头自近物端依次设置有第一组镜片、第二组透镜以及第三组透镜，在第三组透镜后方像面处放置光纤阵列端面，所述第一组透镜、第二组透镜和第三组透镜均为正光焦度透镜组。本发明仅用了三组镜片和光纤阵列端面就组成了光学系统，镜片的数量少，加工方便且便于调试，从而减小了系统误差，系统折射后的光线在像面上的能量分布均匀，且像面边缘区的耦合效率与中心区的耦合效率相差很小，因此整个像面的耦合效率得到提高，可达到90%以上，结构简单，工艺性好，方便高效，成本低廉，适于广泛推广使用。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光纤阵列耦合光谱观测镜头。 光纤阵列耦合光谱观测镜头
【背景技术】
[0002] 光纤阵列耦合光谱观测镜头在众多领域均有应用，目前常见的像面耦合光纤的系 统是一根光纤进行耦合或者一簇光纤束进行耦合，用一根光纤束进行耦合效率高但是耦合 面积小，而用一簇光纤束进行耦合时，耦合面积大但是存在能量不均和效率不高等问题。而 且现有耦合光纤的系统在环境恶劣，如高温、核辐射等环境下，镜头的成像质量很不稳定， 且现有系统加工非常复杂，操作调试过程繁琐，系统误差较大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种光纤阵列耦合光谱观测镜 头。
[0004] 实现本发明目的的技术方案是：一种光纤阵列耦合光谱观测镜头，所述光纤阵列 耦合光谱观测镜头自近物端依次设置有第一组镜片、第二组透镜以及第三组透镜，在第三 组透镜后方像面处放置光纤阵列端面，所述第一组透镜、第二组透镜和第三组透镜均为正 光焦度透镜组。
[0005] 进一步的，所述的第一组镜片是一片折射率大于1. 65正透镜；所述的第二组镜片 由两片透镜组成，其中，正透镜设置在靠近第一组镜片的一侧，两面均为凸面，负透镜设置 在远离第一组透镜的一侧，两面均为凹面；所述的第三组镜片由两片透镜组成，其中，正透 镜设置在靠近第二组镜片的一侧，两面均为凸面，负透镜设置在远离第二组透镜的一侧，两 面均为凹面。
[0006] 进一步的，所述第一组镜片的正透镜远物方一面为平面或者近似平面，近物方一 面为凸面，曲率满足如下关系：2f/3>Rl/(n-l)>f/4,其中R1为透镜近物方曲率,η为透镜材 料折射率，f为系统焦距；所述第二组镜片焦距f2满足如下关系：2f/3>f2>f/4 ;所述第三 组镜片焦距f3满足如下关系：4f/3>f3>f/2。
[0007] 进一步的，所述第二组镜片和第三组镜片的正透镜都采用阿贝系数为5(Γ90的光 学玻璃，负透镜都采用阿贝系数2(Γ50的光学玻璃。
[0008] 进一步的，所述第二组镜片和第三组镜片的正透镜和负透镜之间间隔都小于3mm。
[0009] 本发明具有积极的效果：仅用了三组镜片和光纤阵列端面就组成了光学系统，镜 片的数量少，加工方便且便于调试，从而减小了系统误差，系统折射后的光线在像面上的能 量分布均匀，且像面边缘区的耦合效率与中心区的耦合效率相差很小，因此整个像面的耦 合效率得到提高，可达到90%以上，本发明结构简单，工艺性好，方便高效，成本低廉，适于 广泛推广使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对 本发明作进一步详细的说明，其中 [0011] 图1为本发明的结构示意图。
[0012] 图2为本发明实施例的光线追迹示意图。
[0013] 其中：1、第一组镜片，2、第二组镜片，3、第三组镜片，4、光纤阵列端面。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示，本发明是一种光纤阵列耦合光谱观测镜头，自近物端依次设置有第 一组镜片1、第二组透镜2以及第三组透镜3,在第三组透镜3后方像面处放置光纤阵列端 面4,第一组透镜1、第二组透镜2和第三组透镜3均为正光焦度透镜组，第一组镜片1是一 片折射率大于1. 65正透镜，远物方一面为平面或者近似平面，近物方一面为凸面，曲率满 足如下关系：2f/3>RlAn-l)>f/4,其中R1为透镜近物方曲率，η为透镜材料折射率，f为系 统焦距；第二组镜片2由两片透镜组成，其中，正透镜设置在靠近第一组镜片1的一侧，两面 均为凸面，负透镜设置在远离第一组透镜1的一侧，两面均为凹面，第二组镜片2焦距f2满 足如下关系：2f/3>f2>f/4 ;第三组镜片3由两片透镜组成，其中，正透镜设置在靠近第二组 镜片2的一侧，两面均为凸面，负透镜设置在远离第二组透镜2的一侧，两面均为凹面，第三 组镜片3焦距f3满足如下关系：4f/3>f3>f/2。
[0015] 第二组镜片2和第三组镜片3的正透镜都采用阿贝系数为5(Γ90的光学玻璃，负 透镜都采用阿贝系数2(Γ50的光学玻璃，正透镜和负透镜之间的间隔都小于3mm。
[0016] 如图2所示，光学系统成像面处的视场的主光线与光轴的夹角小，使得光学系统 视场边缘的耦合效率与视场中心的耦合效率接近，避免了一般光学系统在像面处光纤阵列 接收能量不均匀的缺点，因此整个像面的耦合效率得到提高，可达到90%以上，而且光学系 统的畸变很小，保证了物方与像面之间位置一一对应，使得光纤的理论排列位置与实际排 列位置的误差很小，大大减少了排布光纤的难度。
[0017] 实施例
[0018] 系统使用的温度为0°C ~250°C，充满各种核辐射（X射线、gama射线等）下，检测一 个长条形区域内，等离子体作用后，其区域内个能量的变化，系统参数如表一所示，其中：S 代表自近物端算起的各种透镜镜面编号，R代表镜头系统中各相对应镜面号数的透镜面的 曲率半径，Nd代表各透镜的折射率（refractive index)，Vd代表各透镜的阿贝系数（Abbe No.)：
[0019] 表一：
[0020]
【权利要求】
1. 一种光纤阵列耦合光谱观测镜头，其特征在于：所述光纤阵列耦合光谱观测镜头自 近物端依次设置有第一组镜片（1)、第二组透镜（2)以及第三组透镜（3)，在第三组透镜（3) 后方像面处放置光纤阵列端面（4)，所述第一组透镜（1 )、第二组透镜（2)和第三组透镜（3) 均为正光焦度透镜组。
2. 根据权利要求1所述的光纤阵列耦合光谱观测镜头，其特征在于：所述的第一组镜 片（1)是一片折射率大于1. 65正透镜；所述的第二组镜片（2)由两片透镜组成，其中，正透 镜设置在靠近第一组镜片（1)的一侧，两面均为凸面，负透镜设置在远离第一组透镜（1)的 一侧，两面均为凹面；所述的第三组镜片（3)由两片透镜组成，其中，正透镜设置在靠近第 二组镜片（2)的一侧，两面均为凸面，负透镜设置在远离第二组透镜（2)的一侧，两面均为 凹面。
3. 根据权利要求2所述的光纤阵列耦合光谱观测镜头，其特征在于：所述第一组镜 片（1)的正透镜远物方一面为平面或者近似平面，近物方一面为凸面，曲率满足如下关系： 2f/3>RlAn-l) >f/4,其中R1为透镜近物方曲率，η为透镜材料折射率，f为系统焦距；所述 第二组镜片（2)焦距f2满足如下关系：2f/3>f2>f/4 ;所述第三组镜片（3)焦距f3满足如 下关系：4f/3>f3>f/2。
4. 根据权利要求2或3所述的光纤阵列耦合光谱观测镜头，其特征在于：所述第二组 镜片（2)和第三组镜片（3)的正透镜都采用阿贝系数为5(Γ90的光学玻璃，负透镜都采用阿 贝系数2(Γ50的光学玻璃。
5. 根据权利要求2或3所述的光纤阵列耦合光谱观测镜头，其特征在于：所述第二组 镜片（2)和第三组镜片（3)的正透镜和负透镜之间的间隔都小于3mm。
【文档编号】G02B6/26GK104101982SQ201310121883
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2013年4月9日
【发明者】周子元, 潘颖, 李民益, 周必方, 蒋筱如, 汪晓波 申请人:南京英田光学工程有限公司