一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置的制作方法

本实用新型涉及耐辐照摄像机的光学成像技术和防辐射技术，尤其是一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置。

背景技术：

现有在核环境中使用的耐辐照摄像机，摄像镜头直接对着目标，由于CCD摄像机防护辐射能力的限制，很难在高射线剂量环境中应用。

CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

CCD摄像机的工作方式是：被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在系统时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

CMOS称为互补金属氧化物半导体，CMOS实际上只是将晶体管放在硅块上的技术，没有更多的含义。传感器被称为CMOS传感器只是为了区别于CCD传感器，与传感器处理影像的真正方法无关。

目前的主流CCD、CMOS耐辐照摄像机均采用了射线屏蔽+反射成像相结合的方式来提升耐辐照性能，增加屏蔽壳的厚度可以提升摄像机的耐辐照性能，采用反射成像方式可以避免射线直接损害屏蔽壳内的电子元件。

这种普通射线屏蔽+反射成像结构的视角限制和盲区的示意图如图1和2所示。

图1中，摄像机101和镜头102的前方设有一与入射光呈45°夹角的反射镜30，受此结构的限制，过大的镜头102视角会被屏蔽壳103遮挡或超出反射镜30的范围，因此摄像机101所能达到的视角很难超过45°。

图2示意了通过反射镜30反射后的阴影区域成为取景盲区，其中以标识的A,B分别示意两个区域，其中，标示A的区域表示，当已有反射式成像的镜头102的视角过大(如图中的50°)，则需面积更大的反射镜，此处示意过大的反射镜30会超出摄像机101的屏蔽壳103保护范围，也不便于实际应用。

标示B的区域表示，当已有反射式成像的镜头102的视角过大(如图中的50°)，则在反射成像时会受到遮挡，不能完整成像。

在此，A区域和B区域也是一对矛盾的存在，若反射镜30抬得更高，则B区域会减小，但A区域会突出外壳更多；反之，若反射镜30降得更低，A区域会回到屏蔽壳103内，但B区域遮挡的会更多。故这一矛盾在已有产品中无法解决。

而且，大多数采用这种射线屏蔽+反射成像结构的摄像机，其镜头102通常不是由耐辐照玻璃制成，这些镜片通常在10^2Gy累积辐照后即会发生褐变，影响视觉观察。

这些摄像机采用的通用镜头体积较大，侵占了屏蔽层空间，对摄像机的整体耐辐照性能影响较大。

技术实现要素：

应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本公开提供进一步的解释。

针对上述问题，本实用新型通过二次成像延长镜头的光学长度，使各镜组和镜片间的距离增大，以便在光路中增加反射镜，使镜头形成潜望式结构。根据镜头中加入的反射镜的数量不同，可形成L形、Z形、M形弯折的不同结构的潜望镜头。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，设置在包括摄像机本体、摄像机视窗和屏蔽壳的摄像机内，其特征在于，包括：

一次成像镜组，包括近所述摄像机视窗的广角镜组和聚焦镜片；

第一反射镜，呈第一角度斜向设置在所述一次成像镜组的光路后；

二次成像镜组，设置在所述第一反射镜经第一次弯折的光路后，包括第一组二次成像镜组。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

第二反射镜，呈第二角度斜向设置在所述第一组二次成像镜组的光路后；

所述二次成像组进一步包括：

第二组二次成像镜组，所述第二组二次成像镜组设置在所述第二反射镜经第二次弯折的光路后。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

所述第一组二次成像镜组包括第一组二次成像前镜组、第一组二次成像中继镜和第一组二次成像后镜组，所述第二组二次成像镜组包括第二组二次成像前镜组、第二组二次成像中继镜和第二组二次成像后镜组。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，其特征在于，所述第二反射镜设置在所述第二组二次成像中继镜与所述第二组二次成像后镜组之间。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

第三反射镜，呈第三角度斜向设置在所述第二组二次成像中继镜和所述第二组二次成像后镜组之间；

其中，所述第二反射镜设置在所述第二组二次成像前镜组和所述第二组二次成像中继镜之间。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，其特征在于，所述第一、第二、第三反射镜包括平面反射镜和棱镜。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，其特征在于，所述第一、第二、第三角度分别为入射光和第一、第二、第三反射镜之间的夹角，所述夹角范围0°～90°。

比较好的是，本实用新型进一步提供了一种具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，其特征在于，所述广角镜组、所述聚焦镜片、所述第一组二次成像前镜组、所述第一组二次成像中继镜、所述第一组二次成像后镜组，所述第二组二次成像前镜组、所述第二组二次成像中继镜和所述第二组二次成像后镜组的材料包括JGS1、K509、ZF506耐辐照玻璃。

本实用新型通过在潜望式镜头的前部设计和增加广角镜组，增大潜望式镜头的视角，从而使得整个装置最终实现了60度～180度的广视角观察。

此外，本实用新型的装置还通过设计减小镜头口径，为耐辐照摄像机屏蔽结构优化提供空间和便利，使得制造轻便型高耐辐照CCD、CMOS摄像机成为可能。

本实用新型的一次、二次成像镜组在设计中选用耐辐照玻璃镜片，使镜头在高剂量辐照下不发生褐变。

附图说明

现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1是现有技术中耐辐照摄像机的结构示意图(示意取景方向)；

图2是现有技术中耐辐照摄像机的结构示意图(示意取景盲区)；

图3是本实用新型的潜望式结构耐辐照广角镜头的第一较佳实施例的结构示意图；

图4是本实用新型的潜望式结构耐辐照广角镜头的第二较佳实施例的结构示意图；

图5是本实用新型的潜望式结构耐辐照广角镜头的第三较佳实施例的结构示意图。

附图标记

1――视窗

2――一次成像镜组

21――广角镜组

22――聚焦镜片

3――第一反射镜

4――孔径光阑圈

5――第一组二次成像镜组

51――第一组二次成像前镜组

52――第一组二次成像中继镜

53――第一组二次成像后镜组

6――第二组二次成像镜组

61――第二组二次成像前镜组

62――第二组二次成像中继镜

63――第二组二次成像后镜组

7――第二反射镜

8――第三反射镜

9――摄像机本体

101――摄像机

102――镜头

103――屏蔽壳

30――反射镜

A――超出外壳的反射镜区域

B――视窗内被遮挡的视角盲区

C――一次成像面

D――第一次二次成像面

E――第二次二次成像面

具体实施方式

本说明书公开了结合本发明特征的一或多个实施例。所公开的实施例仅仅例示本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附的权利要求是来限定。

说明书中引用的“一个实施例”、“一实施例”、“一示例性实施例”等等表明所述的实施例可以包括特殊特征、结构或特性，但所有实施例不必包含该特殊特征、结构或特性。此外，这些短语不必涉及相同的实施例。此外，在联系一实施例描述特殊特征、机构或特性时，就认为联系其他实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性在本领域的技术人员的知识范围之内。

此外，应理解，这里使用的空间描述(例如，之上、之下、上方、左边、右边、下方、顶部、底部、垂直、水平等等)仅用于说明的目的，且这里所描述的结构的实际实现方式可以是按任何定向或方式来在空间上排列。

第1实施例

请参见图3所示的本实用新型的具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置的组成结构，该第1实施例包含一个反射镜的L形潜望镜头。

具体涉及，包括呈L形的一次成像镜组和二次成像镜组，其中，

一次成像镜组2包括近视窗1的广角镜组21和近第一反射镜3的聚焦镜片22，其中，广角镜组21用于收缩光束、增大视角，聚焦镜片22用于矫正球差一次成像。

二次成像镜组5设置在包括屏蔽壳内(图中未图示出)，位于摄像机本体9的光路前方，从第一反射镜3向摄像机本体9方向的光路，依次包括前镜组51、中继镜52和后镜组53，其中，前镜组51与后镜组53基本对称，在实现近一倍成像的同时很好的平衡了轴外相差，补偿一次成像中的相差并很好的平场。中继镜52带正光焦度，在前、后镜组51和53之间加入中继镜52减少了光束口径并延长了光路。

该第1实施例中，采用二次成像镜组5对整个潜望式结构的光学系统来说，实际上是增加了一个二次成像面D。由此，可以将视窗1通过一次成像镜组2、第一反射镜3、孔径光阑圈4后形成的一次成像面C再继续由第一组二次成像镜组5后，于摄像机本体9的前端形成二次成像面D，这样实现光路呈L形的折弯改变并成像。

其中，第一反射镜3用于在光学系统中对光路实现改变，该反射镜3可以是平面反射镜或是棱镜。

在上述介绍的第1实施例中，一次成像镜组2用于收缩光束、增大视角，聚焦并矫正球差后一次成像。一次成像镜组2中，镜筒用于固定广角镜组21和聚焦镜片22。

第一组二次成像镜组5用于实现长光路的小口径光学系统成像，基本对称的前组及后组镜片在实现近一倍成像的同时很好的平衡了轴外相差，补偿一次成像中的相差并很好的平场。中间的正光焦度中继镜则减少了光束口径并延长了光路。

第一反射镜3用于连接一次成像镜组2与第一组二次成像第二镜组5，并通过第一反射镜3使一次成像镜组2与第一组二次成像镜组5呈90度夹角。第一反射镜3中，镜筒用于固定反射镜，通过螺纹与第一反射镜3连接，通过法兰与第一组二次成像镜组5连接。

上述镜头内仅加入了一个反射镜，形成了L形的潜望光路。若变化例的镜头中在镜组间加入两个反射镜或是更多，则可形成Z形、M形的潜望光路。以下实施例进一步介绍。

第2实施例

请参见图4给出的另一个实施例的结构示意图。

该实施例不同于第1实施例之处在于，包含一个呈Z形的潜望式镜头结构，

具体是在原来第1实施例的基础上，摄像机本体9的位置与第一组二次成像镜组5并不在同一条直线上，而是又有第二次光路的改变，通过第二组二次成像镜组6和第二反射镜7来实现。

具体来说，在第1实施例的第一次二次成像面D之后的光路后方，设置第二组二次成像镜组6，该第二组二次成像镜组6类似于第一组二次成像镜组5的组成，同样包括第二组二次成像前镜组61、第二组二次成像中继镜62和第二组二次成像后镜组63，比较特别的是，在此的第二组二次成像中继镜62和第二组二次成像后镜组63并非在一条直线上，二者之间设有一第二反射镜7，通过第二反射镜7将光路做了二次弯折改变，这样在第二组二次成像后镜组63之后形成了第二次二次成像面E，该二次成像面E进入摄像机本体9中。

与第1实施例类似，第一反射镜3和第二反射镜7同样是用于在光学系统中对光路实现改变，可以是平面反射镜或是棱镜。

第3实施例

请参见5给出的第三个实施例的结构示意图。

该实施例不同于第2实施例之处在于，包含一个呈M形，即两次折弯的潜望式镜头结构。

具体是在原来第2实施例的基础上，又加入了一个反射镜8(共计三个反射镜3、7和8)，第二组二次成像前镜组61和第二组二次成像中继镜62之间设置有第二反射镜7，在第二组二次成像中继镜62和第二组二次成像后镜组63之间设有第三反射镜8，这样光路经过三个反射镜的折弯改变，最终在第二组二次成像后镜组63之后形成二次成像面E，该二次成像面E进入摄像机本体9中。

与第1实施例和第2实施例类似，第一反射镜3、第二反射镜7和第三反射镜8同样是用于在光学系统中对光路实现改变，可以是平面反射镜或是棱镜，其中，第一、第二、第三反射镜和入射光之间的夹角范围0°～90°。

需要特别说明的是，上述三个实施例中，L形、Z形、M形或更复杂的潜望式结构的形成，是依赖于镜头镜片间的反射镜改变光路方向，而并非二次成像或更多次的成像，二次成像的目的是延长光路、增加光路中镜片间的间隙，在间隙中设置反射镜，即可实现所需要的光路改变。

采用上述结构的具有潜望式结构的耐辐照广角镜头装置，较传统结构具有如下的有点：

第一，镜头镜片采用耐辐照玻璃设计和制造，解决了现有技术产品中，普通镜头在γ射线辐照应用下褐变，不耐辐照的问题。

第二，镜头采用潜望式结构，解决了现有技术产品中，视角易受屏蔽壳遮挡限制，视角普遍较小的问题。

第三，镜头具备L、Z、M等形式的反射光路，解决了现有技术产品中，无法针对特殊应用需求，扩展出多种反射光路的问题。

第四，镜头直径被控制到20mm，改善了现有技术产品中，摄像电路、镜头体积较大，侵占屏蔽壳空间导致屏蔽壳厚度不足，耐辐照性能较差的问题。

第五，通过优化光学设计，减少了耐辐照玻璃的种类，解决了国内耐辐照玻璃取材困难，制造难度大的问题。

本实用新型中采用的镜头由多种光学镜片构成，光学镜片可以包括：JGS1、K509、ZF506等各种耐辐照玻璃。

在镜片材料的选择上，JGS1为远紫外石英，耐辐射≥10⁸Gy，K509、ZF506为防辐射玻璃，耐辐射≥10⁵Gy。

其中，JGS1镜片在≥10⁸Gy的辐射下也不会发生褐变，用于制造镜头水平段镜片(即第一组二次成像镜组5)，即便暴露于摄像机视窗口的极强辐射区域，也不会发生褐变；

K509、ZF506镜片的耐辐照性能≥10⁵Gy，含有铅或一些能衰减辐射的元素，用于制造镜头的垂直段镜片(即第二组二次成像镜组6)，可避免直接暴露于辐照中，也可以为摄像机电子部件遮挡少量辐射，使镜头整体耐辐照性能进一步增强。

因此，本次设计的潜望式耐辐照镜头的耐辐照性能理论为≥10⁶Gy，现阶段，经测试试制的镜头样品在≥10⁵Gy未发生褐变。

通过设计一款具有潜望式结构的耐辐照广角镜头，镜头的广角镜组可以延伸至屏蔽壳外，因此摄像机的视角不会受到任何结构限制，可根据需要被设计为90度的广视角。

根据上述结构的耐辐照广角镜头，其广角镜组可根据实际需要定制，视角可被设计为90度，远远超出已有产品最大45度左右的视角。

而且，本实用新型的镜头由非褐变镜片制成，耐辐照性能较已有产品从10²Gy提升至10⁵Gy甚至更高。

本次设计的所有镜片的直径为Φ10-15mm，因此成功将镜头口径控制到Φ20mm，较已有产品的口径减小了20-40mm。

采用本实用新型的广角镜头，可根据实际需要调整，因此变化例镜头的视角可被设计为60-180度，可适应在此视角范围内的各种应用需求。

最佳实施例的镜头镜片材料中，K509、ZF506是500系列防辐射玻璃，耐辐照性能可达10⁵Gy，若变化例中将材料更换为700系列防辐照玻璃，则镜头的耐辐照性能可提高到10⁷Gy，结合屏蔽结构使用时，镜头的整体耐辐照性能更可以提升到10⁸Gy。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。