基于梯度折射率透鏡的工業(yè)內(nèi)窺鏡設(shè)計.pdf

1、梯度折射率光學(xué)亦稱非均勻介質(zhì)光學(xué)，梯度折射率介質(zhì)亦稱為非均勻介質(zhì)或變折射率介質(zhì)或者漸變折射率介質(zhì)，其介質(zhì)內(nèi)的折射率是按某種規(guī)律變化的。因此，英文稱作Gradient Index(Grin)。梯度折射率材料的使用，使得光學(xué)系統(tǒng)得以簡化，同時也減小了體積、重量和光能損失。梯度折射率透鏡的獨特性能，可以用于顯微系統(tǒng)增大其景深。
　　 隨著工業(yè)技術(shù)不斷的發(fā)展，工業(yè)管道及設(shè)備日益增多。為保證工業(yè)管道的正常使用和各種設(shè)備的安全運行要經(jīng)常對其

2、檢測維修，而工業(yè)內(nèi)窺鏡的出現(xiàn)，正解決了受工作環(huán)境影響無法直接對工業(yè)管道進行內(nèi)部檢測維修的難題。
　　 本文設(shè)計的工業(yè)內(nèi)窺鏡是由梯度折射率透鏡、顯微物鏡、轉(zhuǎn)像透鏡和接收裝置共同組成的特殊光學(xué)系統(tǒng)。顯微物鏡的倍率越大其測試精度就越大，但是景深就越小。設(shè)計中利用由梯度折射率透鏡的光傳播的正弦曲線特性導(dǎo)致梯度折射率透鏡具有較大景深的獨特性能，使梯度折射率透鏡的焦深與顯微物鏡的景深相匹配，擴大了光學(xué)系統(tǒng)的景深，滿足了對工業(yè)管道測試的大景深

3、要求。
　　 針對工業(yè)管道的測試要求設(shè)計一個4倍顯微物鏡，顯微物鏡的幾何景深為0.018nm，在此物鏡前加一梯度折射率透鏡，其幾何景深為1.75mm，增大了約100倍。物理景深原為0.055mm，加梯度折射率透鏡后變?yōu)?.5mm，增大了100倍，總景深約為原景深的200倍。從而擴大了工業(yè)內(nèi)窺鏡的測試范圍，并且可以準(zhǔn)確清晰地觀察管道內(nèi)表面不同部位的情況。設(shè)計后所有視場的最佳像點形成一條近似球面的曲線，故可測試的最佳表面為球面。利用