一种烟叶品质光谱检测的探头的制作方法

发明领域

本发明涉及红外光谱探测领域，特别是涉及一种特别用于烟叶品质光谱的光学探头结构。

背景技术：

目前使用的光学探头并没有针对应用领域，特别是可能出现的光谱特征峰进行优化，而光学探头为了适应多波段探测的需要，往往从紫外光至红外光波段并没有针对某个波段有特殊的优化处理。而如果没有针对某一波段进行优化处理，则会给光学系统带来较大的色像差。例如：探测光为可见光时和红外光时，因波长差异较大，其色像差也较大；这样造成的结果是在焦平面成像模糊，从而造成成像分辨率的下降。现有的探测探头大都用于成像光谱兼用于光谱探测，而且成像光谱多是顾及到的是可见光光谱，因此有针对可见光光波段的色像差的优化，而对于红外波段区间并没有特殊的消除色像差处理。因此当这样的探头用于红外波段探测时，往往会出现较大的色像差，影响探测结果。另外，目前的探头，特别是针对光谱检测用的探头，往往在第一面镜头制备成凸面的结构，这是探头加工的需要，这样可以收集更多的受激光；使位于探头边缘区域的受激光能够被收集进探头。但这一方式使透镜突出，一方面容易使镜头表面暴露在外，而易被碰撞而有损伤，从而影响成像；另一方面当探测的是液体时，因探头要尽可能的与待测液体相邻近，这样会增加与待测液体相接触的风险。

技术实现要素：

本发明针对上述存在的问题，提出一种探头，这种探头是针对烟叶品质光谱检测而特殊定制的光学探头，该光学探头充分考虑了烟叶品质光谱的波长特性，是一种针对烟叶品质光谱特征峰优化后的光学探头；另一方面，本发明公开的光学探头，其第一面镜是凹面镜，经过参数设计，同样提供了与普通的探头同样的na(数值孔径)，同时还减少了与待测物不希望的相接触的风险。

本发明的一个方面是提供一种探头光学系统，其沿光轴方向依次由：第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜，第六透镜，第七透镜，第八透镜，第九透镜，第十透镜，第十一透镜组成；其中所述第一透镜和第三透镜为负光焦度透镜；满足：其中所述探头的光学系统的等效焦距为f；所述第一透镜的焦距为f1；所述第三透镜的焦距为f3；所述d9是指所述光学系统的光圈sto在光轴上离所述第五透镜像侧的距离；所述d10是所述光圈sto离所述第六透镜l6物侧的距离d10。

优选的，所述第三透镜为非球面透镜。

优选的，所述第一透镜的物侧面为凹面。

本发明的发明点和优点在于：

1)采用本发明所设计的探头，具体是指具有上述光学设计的镜头，其是针对烟叶品质光谱检测环节中出现的几个特征峰而特别设计的镜头，对于这几个特征峰所对应的波长有很好的色像差改进，这有利于使用该探头在进行光谱检测的同时进行实时的红外成像。目前探头很少有针对多个波长有特别的定制，特别是针对烟叶品质检测这一检测小项。而采用本发明的镜头，不仅可以对烟叶品质检测有较高的检测精度，同时还有效的减少色差，有利于红外成像。

2)本发明的光学设计在保证色差的同时对于增加收集光线的能力有所提高，即通过减少探头光学系统的总焦距，对于数值孔径有所提升。这一点对于烟叶品质检测这一散射光较弱的情况尤其有用。

3)本发明的第一透镜的物侧面采用的是凹面，从而避免了采用凸面容易与待测液体产生不必要的接触的风险。同时与较大的数值孔径连用，这样也不会为使用凹面带来收集光线能力减少而担忧。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明的探头的光学镜头的结构示意图；

图2a是本发明实施例1的色像差图；

图2b是本发明实施例1的场曲和畸变图；

图3a是本发明实施例2的色像差图；

图3b是本发明实施例2的场曲和畸变图；

图4a是本发明实施例3的色像差图；

图4b是本发明实施例3的场曲和畸变图。

具体实施例

以下，参照附图，对本发明的受激发射耗损显微成像装置的实施方式进行详细的说明，另外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。

烟叶吸收光谱的典型吸收峰包括有1125nm，1167nm，1310nm，1378nm，1418nm，1436nm，1520nm，1587nm。即对于烟叶光谱的典型波段在1100nm-1600nm；即对于探头的光学系统，其接收的是1100-1600nm的近红外光；设定s光为1220nm，d光为1350nm，p光为1480nm以方便对探头的光学系统进行优化。该优化的目的是扩展该探头除探测吸收光谱外的的近红外成像光谱能力。同时该探头的光学系统尽可能的增大数值孔径，减少系统的等效焦距，从而可以尽量的接近待测物。同时设置第一透镜的物侧曲面为凹面，以防止不必要的与待测物的接触。

实施例1：

本实施例的各光学透镜的参数详见表1。

表1

其中，各符号的含义如下：

s1：入射光瞳位置

r1：第一透镜l1的物侧面的曲率半径；

r2：第一透镜l1的像侧面的曲率半径；

r3：第二透镜l2的物侧面的曲率半径；

r4：第二透镜l2的像侧面的曲率半径；

r5：第三透镜l3的物侧面的曲率半径；

r6：第三透镜l3的像侧面的曲率半径；

r7：第四透镜(胶合透镜)l4的物侧面的曲率半径；

r8：第四透镜(胶合透镜)l4的像侧面的曲率半径；

r9：第五透镜(胶合透镜)l5的像侧面的曲率半径；

r10：第六透镜l6的物侧面的曲率半径；

r11：第六透镜l6的像侧面的曲率半径；

r12：第七透镜l7的物侧面的曲率半径；

r13：第七透镜l7的像侧面的曲率半径；

r14：第八透镜l8的物侧面的曲率半径；

r15：第八透镜l8的像侧面的曲率半径；

r16：第九透镜l9的物侧面的曲率半径；

r17：第九透镜l9的像侧面的曲率半径；

r18：第十透镜l10的物侧面的曲率半径；

r19：第十透镜l10的像侧面的曲率半径；

r20：第十一透镜l11的物侧面的曲率半径；

r21：第十一透镜l11的像侧面的曲率半径；

nd1是第一透镜的d光的折射率；

nd2是第二透镜的d光的折射率；

nd3是第三透镜的d光的折射率；

nd4是第四透镜的d光的折射率；

nd5是第五透镜的d光的折射率；

nd6是第六透镜的d光的折射率；

nd7是第七透镜的d光的折射率；

nd8是第八透镜的d光的折射率；

nd9是第九透镜的d光的折射率；

nd10是第十透镜的d光的折射率；

nd11是第十一透镜的d光的折射率；

vd阿贝数

v1是第一透镜的阿贝数；

v2是第二透镜的阿贝数；

v3是第三透镜的阿贝数；

v4是第四透镜的阿贝数；

v5是第五透镜的阿贝数；

v6是第六透镜的阿贝数；

v7是第七透镜的阿贝数；

v8是第八透镜的阿贝数；

v9是第九透镜的阿贝数；

v10是第十透镜的阿贝数；

v11是第十一透镜的阿贝数。

其中第三透镜为非球面镜，其非球面系数如下表所示：

本实施例依光轴方向从物侧到像侧依次为第一透镜l1，第二透镜l2，第三透镜l3，第四透镜l4，第五透镜l5，第六透镜l6，第七透镜l7，第八透镜l8，第九透镜l9，第十透镜l10，第十一透镜l11；其中第三透镜为非球面镜头。

表2

根据非球面像高公式：

其中的k是圆锥系数，对于表面r5，k5＝1.301；对于表面r6，k6＝1.259。a4，a6，a8，a10，a12，a14，a16是非球面系数；

该光学系统的等效焦距f＝1.535cm。第一透镜的物侧面为凹面，设置第一透镜的光焦度为负，其焦距f1＝-1.205cm；设置第三透镜的光焦度为负，其焦距f3＝-2.038cm,设置探头光学系统的光圈sto离第五透镜l5像侧的距离d9＝1.136cm；光圈sto离第六透镜l6物侧的距离d10＝0.301cm。则

该实施例1各入射角情况下的色差如图2a所示。由该图2a可以看出通过设置第三透镜为非球面镜，同时设置光圈位置参数，以及对第一透镜的参数设置，有效的改善了各入射角情况下的轴向色差。

该实施例1的畸变以及场曲如图2b所示，除了在远离光轴的位置的场曲较大外，包括畸变以及光轴区域的场曲都是在可接受的范围内。但对于红外成像光谱，其在光轴位置区域较远位置的畸变较大，但并不影响成像分辨率。

实施例2

本实施例的各光学透镜的参数详见表3。

表3

表3中所采用的字母含义同实施例1。

其中第3透镜为非球面镜，其非球面系数如下表所示：

表4

本实施例依光轴方向从物侧到像侧依次为第一透镜l1，第二透镜l2，第三透镜l3，第四透镜l4，第五透镜l5，第六透镜l6，第七透镜l7，第八透镜l8，第九透镜l9，第十透镜l10，第十一透镜l11；其中第三透镜为非球面镜头。

根据非球面像高公式：

其中的k是圆锥系数，对于表面r5，k5＝1.418；对于表面r6，k6＝1.134。a4，a6，a8，a10，a12，a14，a16是非球面系数。

该光学系统的等效焦距f＝1.521cm。第一透镜的物侧面为凹面，设置第一透镜的光焦度为负，其焦距f1＝-1.176cm；设置第三透镜的光焦度为负，其焦距f3＝-1.944cm,设置探头光学系统的光圈sto离第五透镜l5像侧的距离d9＝1.162cm；光圈sto离第六透镜l6物侧的距离d10＝0.328cm。则

该实施例2各入射角情况下的色差如图所示。由该图3a可以看出通过设置第三透镜为非球面镜，同时设置光圈位置参数，以及对第一透镜的参数设置，有效的改善了各入射角情况下的轴向色差。

该实施例2的畸变以及场曲如图3b所示，除了在远离光轴的位置的场曲较大外，包括畸变以及光轴区域的场曲都是在可接受的范围内。但对于红外成像光谱，其在光轴位置区域较远位置的畸变较大，但并不影响成像分辨率。

实施例3

本实施例的各光学透镜的参数详见表5。

表5

其中第3透镜为非球面镜，其非球面系数如表6所示：

表6

根据非球面像高公式：

其中的k是圆锥系数，对于表面r5，k5＝1.538；对于表面r6，k6＝1.170。a4，a6，a8，a10，a12，a14，a16是非球面系数。

该光学系统的等效焦距f＝1.473cm。第一透镜的物侧面为凹面，设置第一透镜的光焦度为负，其焦距f1＝-1.184cm；设置第三透镜的光焦度为负，其焦距f3＝-1.926cm,设置探头光学系统的光圈sto离第五透镜l5像侧的距离d9＝1.104cm；光圈sto离第六透镜l6物侧的距离d10＝0.321cm。则

该实施例3各入射角情况下的色差如图所示。由该图4a可以看出通过设置第三透镜为非球面镜，同时设置光圈位置参数，以及对第一透镜的参数设置，有效的改善了各入射角情况下的轴向色差。

该实施例3的畸变以及场曲如图4b所示，除了在远离光轴的位置的场曲较大外，包括畸变以及光轴区域的场曲都是在可接受的范围内。但对于红外成像光谱，其在光轴位置区域较远位置的畸变较大，但并不影响成像分辨率。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。