一种空间滤波镜头及光学滤光装置

本发明涉及光学成像，尤其是涉及一种空间滤波镜头及光学滤光装置。

背景技术：

1、随着现代焊接工业自动化、智能化的不断升级，对焊接熔池图像实时采集监测的要求也在不断地提高。在焊接过程由于强弧光的干扰，焊接熔池、焊缝等细节图像无法清晰的获得。

2、尤其在精密加工制造过程中需要对工件连结部位进行实时定位和检测，这类焊接加工的空间常常比较窄小对检测精度有更苛刻的要求，因此焊接过程需要有效的减少强弧光对焊接熔池成像的影响。因此要求镜头的外形尺寸足够小，分辨率要尽可能高，采集图像的工作距离尽可能近，同时尽可能提高成像质量以满足检测需求。

3、然而，目前市面上现有的这类结构小巧紧凑的光学镜头多为监控镜头，且工作距离较远，同时工业上常用的镜头不具有的抑制强弧光的效果，熔池的成像画面不能满足精密加工制造类观察监测的应用需求。

4、因此，在焊接自动化领域，对于研发一种能够有效抑制强弧光干扰、成像清晰度高的光学镜头及光学滤光装置具有重要需求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的受弧光干扰、清晰度低的缺陷而提供一种空间滤波镜头及光学滤光装置。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种空间滤波镜头，包括由物侧到像侧依次设置的前组透镜组、高通空间滤波器和后组透镜组，前组透镜组具有正光焦度，包括由物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，第一透镜和第二透镜胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜，第三透镜具有正光焦度，第四透镜和第五透镜胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜，后组透镜组具有负光焦度，包括由物侧到像侧依次设置的第六透镜和第七透镜，第六透镜和第七透镜胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜，高通空间滤波器设置在空间滤波镜头的光阑面。

4、进一步地，空间滤波镜头的焦距为f，前组透镜组的焦距为fs1，后组透镜组的焦距为fs2，满足关系式：

5、0.65＜|fs1/f|＜1.25；1.7＜|fs2/f|＜1.8。

6、进一步地，第一透镜的前表面顶点到第七透镜的后表面顶点的距离l与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

7、|l/f|＞0.5

8、第七透镜的后表面顶点到像侧的光学后截距lbfl与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

9、|lbfl/f|＞0.5。

10、进一步地，第三透镜的焦距fg3与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

11、0.4＜|fg3/f|＜0.6。

12、进一步地，第一胶合透镜的焦距fu1与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

13、10＜|fu1/f|＜12。

14、进一步地，第二胶合透镜的焦距fu2与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

15、0.9＜|fu2/f|＜1.2。

16、进一步地，第三胶合透镜的焦距fu3与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

17、1.5＜|fu3/f|＜1.8。

18、进一步地，第一透镜、第三透镜、第四透镜和第七透镜具有正光焦度，第二透镜、第五透镜和第六透镜具有负光焦度；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为球面镜，第三透镜为半月结构，第六透镜和第七透镜为弯月结构。

19、进一步地，高通空间滤波器的形状为水滴形遮光结构，且符合焊接弧光形态，高通空间滤波器的面积s的计算表达式为：

20、

21、式中，a的取值范围为0mm＜a≤1mm，b的取值范围为2mm≤b＜3mm。

22、本发明的第二方面，一种基于如上任一的一种空间滤波镜头的光学滤光装置，其特征在于，包括由物侧到像侧依次设置的中性密度减光片、空间滤波镜头、带通滤光片和传感器。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、1)本发明由物侧到像侧依次设置前组透镜组、空间滤波器和后组透镜组，通过具有正光焦度的前组透镜组，使携带有较低频谱信息的弧光光线汇聚在光阑面的中心区域，通过高通滤波器滤除弧光光线后，再通过具有负光焦度的后组透镜组，还原图像大小，得到滤除弧光频谱信息后的图像，使得形成的镜头不仅结构简单紧凑，而且还能抑制焊接过程的强弧光，突出熔池、焊缝等细节信息，成像清晰度高，从而能够满足精密加工制造过程的观察监测需求。

技术特征：

1.一种空间滤波镜头，其特征在于，包括由物侧(5)到像侧(6)依次设置的前组透镜组(1)、高通空间滤波器(3)和后组透镜组(2)，所述前组透镜组(1)具有正光焦度，包括由物侧(5)到像侧(6)依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜和第二透镜胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜，所述第三透镜具有正光焦度，所述第四透镜和第五透镜胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜，所述后组透镜组(2)具有负光焦度，包括由物侧(5)到像侧(6)依次设置的第六透镜和第七透镜，所述第六透镜和第七透镜胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜，所述高通空间滤波器(3)设置在空间滤波镜头(4)的光阑面。

2.根据权利要求1所述的一种空间滤波镜头，其特征在于，所述空间滤波镜头的焦距为f，所述前组透镜组(1)的焦距为fs1，所述后组透镜组(2)的焦距为fs2，满足关系式：

3.根据权利要求2所述的一种空间滤波镜头，其特征在于，所述第一透镜的前表面顶点到第七透镜的后表面顶点的距离l与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

4.根据权利要求2所述的一种空间滤波镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距fg3与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

5.根据权利要求2所述的一种空间滤波镜头，其特征在于，所述第一胶合透镜的焦距fu1与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

6.根据权利要求2所述的一种空间滤波镜头，其特征在于，所述第二胶合透镜的焦距fu2与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

7.根据权利要求2所述的一种空间滤波镜头，其特征在于，所述第三胶合透镜的焦距fu3与空间滤波镜头的焦距f满足关系式：

8.根据权利要求2所述的空间滤波镜头，其特征在于，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜和第七透镜具有正光焦度，所述第二透镜、第五透镜和第六透镜具有负光焦度；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为球面镜，所述第三透镜为半月结构，所述第六透镜和第七透镜为弯月结构。

9.根据权利要求1所述的一种空间滤波镜头，其特征在于，所述高通空间滤波器(3)的形状为水滴形遮光结构，且符合焊接弧光形态，所述高通空间滤波器(3)的面积s的计算表达式为：

10.一种基于如权利要求1-9任一所述的一种空间滤波镜头的光学滤光装置，其特征在于，包括由物侧(5)到像侧(6)依次设置的中性密度减光片(7)、空间滤波镜头(4)、带通滤光片(8)和传感器(9)。

技术总结本发明涉及一种空间滤波镜头及光学滤光装置。空间滤波镜头包括由物侧到像侧依次设置的前组透镜组、高通空间滤波器和后组透镜组，前组透镜组具有正光焦度，包括由物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，第一透镜和第二透镜胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜，第三透镜具有正光焦度，第四透镜和第五透镜胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜，后组透镜组具有负光焦度，包括由物侧到像侧依次设置的第六透镜和第七透镜，第六透镜和第七透镜胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜，高通空间滤波器设置在空间滤波镜头的光阑面。与现有技术相比，本发明具有抑制弧光影响，成像清晰度高等优点。技术研发人员：曾俊冬,初凤红,胡安铎,黄琼,周望,宋小军受保护的技术使用者：上海电力大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2