一种带扩展的测量范围的彩色共焦点传感器光笔，包括提供增强的范围-分辨率比的多级光学构造。该光学构造包括结合成促进所述光笔的总体轴向色散的至少第一和最末的轴向色散聚焦元件。所述第一聚焦元件接收源射线并将该射线聚焦在所述多级光学构造内部的第一聚焦区，所述最末的聚焦元件接收来自所述多级光学构造内部的最末聚焦区的射线并且输出测量光束。中间聚焦元件可提供在所述多级光学构造内部的附加聚焦区。此构造提供高数值孔径、紧凑的透镜直径、扩展的感测范围的前所未有的组合。所述聚焦元件可包括折射透镜或衍射光学元件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体涉及精密测量仪器，并且更具体地涉及包括提供扩展的測量范围的多级光学构造的彩色点传感器系统。
技术介绍
受控的色差技术可用于距离感测度量应用。如G. Molesini和S. Quercioli的((Pseudocolor Effects of Longitudinal Chromatic Aberration)) J. Optics (Paris) 1986年17 ) :279-282中所述，受控的纵向色差(在此也称为轴向色散)可引入光学成像系统中，从而致使成像系统焦距随波长变化，这提供用于光学度量的方法。具体地，可设计ー种后焦距(BFL)是波长的单调函数的透镜。在白光操作中，这类透镜具有可用作距离感测应用的光谱探头的彩虹系列的轴向色散的焦点。 作为进一歩的示例，在通过引用而全文结合于此的美国专利号7，477，401中，公开ー种具有轴向色差也称为轴向或纵向色散的光学元件，该光学元件可用于将宽带光源聚焦使得到焦点的轴向距离随波长而变化。因此，仅ー种波长精确地聚焦在表面上，并且该表面的高度或轴向距离确定哪种波长被最佳地聚焦。当从所述表面反射时，所述光被重聚焦到小的检测器孔径上，例如针孔和/或光纤的端部。当从表面反射时，仅有良好地聚焦在所述表面上的波长被良好地聚焦在所述针孔和/或光纤上。所有的其它波长都不良地聚焦在所述光纤上，并且因此将不能把大部分能量耦合到光纤中。因此，对于与物体的高度对应的波长，信号等级将是最大的。在检测器处的光谱仪测量对于各波长的信号等级，这有效地指示物体的高度。ー些制作商将适合于在エ业设定范围内进行色差共焦测量的可行且紧凑的光学组件称为彩色共焦点传感器和/或光笔。測量Z高度的光笔仪器的一种示例是由法国Aix-en-Provence的STIL S. A.所制造的那些。作为具体的示例，STIL光笔模型号OP300NL测量Z高度并且具有300微米范围。用于彩色共焦点传感器和光笔的另外一种构造在共同转让的美国专利号7,626, 705 705专利)中描述，该专利全文通过引用结合于此。,705专利公开ー种提供改进的光学呑吐量和改进的点尺寸的透镜构造，相比于各种商业上可获得的构造这产生改善的测量分辨率。光笔的ー项价值是它的范围-分辨率比值，例如多用光笔应该能够以高分辨率在长范围上进行测量。通常而言，在已知的光笔中，对于高分辨率测量需要相对大的数值孔径，并且对于给定的数值孔径扩展测量范围，要求较大的笔直径。然而，期望有一种对于在各种应用中的彩色共焦点传感器光笔的紧凑设计。因此，期望ー种尺寸紧凑的、具有改进的范围-分辨率比值的光笔。
技术实现思路
本
技术实现思路
提供用于以简化的方式介绍ー些概念，这些概念将在以下详细描述中进ー步描述。此
技术实现思路
并非用于辨识权利要求主题的关键特征，也不用于辅助确定权利要求主题的范围。本专利技术涉及提供ー种光笔，该光笔提供扩展的測量范围，同时对所述光笔的光学部件使用紧凑的输出透镜直径和高的数值孔径。在各种实施例中，ー种可操作来提供可用于测量到表面距离的信号的彩色共焦点传感器光笔包括壳体；输出源射线和接收反射射线的孔径；和沿所述彩色共焦点传感器光笔的光轴配置的多级光学构造，用以接收来自所述孔径的源射线、将它向所述表面输出为具有轴向色散的聚焦的測量光束、接收来自所述表面的反射射线、以及利用轴向色散将所述反射射线聚焦到接近于所述孔径。所述多级光学构造包括多个轴向色散聚焦元件。所述多个轴向色散聚焦元件包括第一轴向色散聚焦元件，其接收源射线并将该射线聚焦在所述多级光学构造内部的第一聚焦区；和最末的轴向色散聚焦元件，其接收来自所述多级光学构造内部的最末聚焦区的射线并输出所述测量光束。至少所述第一和最末的轴向色散聚焦元件提供促进增加所述测量光束的总体轴向色散的相应量的轴向色散。 在一些实施例中，所述第一聚焦区和所述最末聚焦区可跨越沿所述光轴的共用维度(shared dimension)。这类实施例可包括两个轴向色散聚焦元件。在其它实施例中，所述多个轴向色散聚焦元件还可包括至少ー个中间轴向色散聚焦元件，该至少ー个中间轴向色散聚焦元件接收来自所述多级光学构造内部的相邻的聚焦区的射线并将该射线聚焦在所述多级光学构造内部的相应的中间聚焦区。这类实施例可包括至少三个轴向色散聚焦元件。在一些实施例中，一个相应的中间聚焦区和所述最末聚焦区可跨越沿所述光轴的共用维度。在一些实施例中，所述轴向色散聚焦元件的每ー个可包括在所述轴向色散聚焦元件的每ー个中相同的至少ー个光学部件。在一些实施例中，所述轴向色散聚焦元件的每ー个可以是相同的。在一些实施例中，每个轴向色散聚焦元件可包括单个光学部件。在一些实施例中，所述轴向色散聚焦元件的至少ー个可包括至少ー个衍射光学元件。在一些实施例中，所述轴向色散聚焦元件的每ー个可包括至少ー个衍射光学元件。在一些实施例中，所述轴向色散聚焦元件的每ー个可包括小于65的阿贝数。在一些实施例中，所述轴向色散聚焦元件可包括折射率大于I. 5的折射透镜。在一些实施例中，所述彩色共焦点传感器笔可包括至多5mm的输出孔径。在ー些这类实施例中，每个轴向色散聚焦元件可由具有至多5_直径的透镜构成。在一些实施例中，所述聚焦的測量光束可包括用于所述測量光束的构成波长的数值孔径的范围并且所述范围可包括大于O. 15的数值孔径。在一些这类实施例中，可提供至少500 μ m的測量范围。在一些这类实施例中，測量范围和数值孔径范围的组合可由具有至多5mm直径的多级光学构造提供。附图说明通过结合附图參考以下详细描述，本专利技术的前述方面和诸多附属优点将变得更容易领悟以及变得更好理解，在附图中图I是在光笔中包括单级光学构造的示例的现有技术彩色共焦点传感器的方块图；图2是示出光笔中的示意表示的第一示例性多级光学构造的ー种彩色共焦点传感器的方块图；图3是示出光笔中的第二示例性多 级光学构造的ー种彩色共焦点传感器的方块图；和图4是示出光笔中的第三示例性多级光学构造的简图。具体实施例方式图I是在光笔120中包括单级光学构造的示例性彩色共焦点传感器100的方块图。彩色共焦点传感器100与共同待决的美国专利申请号11/940，214、美国专利申请号12/463，936和美国专利申请号12/946，747 (分别是‘214、‘936和‘947申请)中所述的传感器具有一定的相似性，所述三份申请全文通过引用结合于此。如图I所示，彩色共焦点传感器100包括光笔120和电子器件部分160。光笔120包括光纤连接器107、壳体130和轴向色散光学元件150。该光学构造特征在干“单级”，因为它仅包括单个轴向色散光学元件150，其中，在轴向色散光学元件150内部没有聚焦平面或聚焦区。即，对比于參考图2至图4所描述的实施例，图I的光笔120中的仅有的聚焦平面或聚焦区位于测量范围Rl中和接近于光纤孔径195。在图I所示的实施例中，轴向色散光学元件150包括第一透镜151和第二透镜152。光纤连接器107附接到壳体130的端部。光纤连接器107接收经由封装光纤的光纤缆线112的迸/出光纤(未详细示出)。该迸/出光纤经由光纤孔径195输出源射线(sourceradiation)，并且经由光纤孔径195接收反射的測量信号射线。轴向色散光学元件15本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.02.23 US 13/033,5651.ー种可操作以提供可用于测量到表面距离的信号的彩色共焦点传感器光笔，所述彩色共焦点传感器光笔包括 壳体； 输出源射线和接收反射射线的孔径；和 沿所述彩色共焦点传感器光笔的光轴配置的多级光学构造，用以接收来自所述孔径的源射线、将它向所述表面输出成具有轴向色散的聚焦的測量光束、接收来自所述表面的反射射线、以及利用轴向色散将所述反射射线聚焦到接近于所述孔径， 其中 所述多级光学构造包括多个轴向色散聚焦元件，所述多个轴向色散聚焦元件包括 第一轴向色散聚焦元件，其接收源射线并将该射线聚焦在所述多级光学构造内部的第ー聚焦区，和 最末的轴向色散聚焦元件，其接收来自所述多级光学构造内部的最末聚焦区的射线并输出所述测量光束；和 至少所述第一和最末的轴向色散聚焦元件提供促进增加所述测量光束的总体轴向色散的相应量的轴向色散。2.如权利要求I所述的彩色共焦点传感器光笔，其中，所述第一聚焦区和最末聚焦区跨越沿所述光轴的共用维度。3.如权利要求I所述的彩色共焦点传感器光笔，其中，所述多个轴向色散聚焦元件还包括至少ー个中间轴向色散聚焦元件，所述中间轴向色散聚焦元件接收来自所述多级光学构造内部的相邻聚焦区的射线并且将该射线聚焦在所述多级光学构造内部的相应的相邻中间聚焦区。4.如权利要求3所述的彩色共焦点传感器光笔，其中，所述ー个相应的相邻中间聚焦区和所述最末聚焦区跨越沿所述光轴的共用维度。5.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。