一种光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器制造技术

本发明专利技术属于光学测量相关技术领域，其公开了一种光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器，其中测量镜头包括从像方至物方依次排列设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组；所述第一透镜组的焦距为正，所述第二透镜组的焦距为正，所述第三透镜组的焦距为负。本发明专利技术通过从像方至物方依次沿光轴设置焦距为正的第一透镜组、焦距为正的第二透镜组以及焦距为负的第三透镜组，整体采用正光焦度镜组在前、负光焦度镜组在后的摄远物镜结构，有利于得到大的色散范围，同时在正光焦度镜组中通过两组焦距分别为正的第一透镜组和第二透镜组，能够分担正光焦度从而减小球差，最终得到具有较好色散线性度，同时色散范围大且球差校正良好的色散物镜。镜。镜。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器


[0001]本专利技术属于光学测量相关
，更具体地，涉及一种光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器。

技术介绍

[0002]光谱共焦测量技术，具有非接触，适合各种非透光材质如金属、陶瓷、塑料等，对于表面纹理、倾斜、杂散光等因素不敏感，测量速度快的优点，广泛应用于三维轮廓扫描、粗糙度测量、微位移测量等领域。作为光谱共焦测量技术核心部件的测量镜头，其色散大小影响测量范围，色散随波长变化的线性度决定了测量范围内灵敏度或分辨力的一致性。因此，色散镜头的设计力求得到较大范围且具有良好线性的色散。
[0003]目前，色散物镜的类型主要分为衍射式和折射式两类。衍射式色散物镜主要利用衍射光学元件产生与波长成线性关系的轴向色差，但其自身具有的球差需要增加折射透镜来校正。折射式色散物镜一般采用玻璃材料的组合实现线性色散，其设计难点在于选取合适的玻璃材料组合以产生大的轴向色散范围。
[0004]目前大多数具有较好色散线性度的光谱共焦测量镜头均存在色散范围较小，在数百微米
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十数毫米范围内的问题；极少数镜头的线性色散范围能够达到30mm，但镜头的结构非常复杂，所用镜片数量多，成本高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器，解决了目前大多数具有较好色散线性度的光谱共焦测量镜头均存在色散范围较小，在数百微米
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十数毫米范围内的问题，实现了具有较好色散线性度，同时色散范围大且球差校正良好的色散镜头，且镜头结构简单，实用性强。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种光谱共焦测量镜头，包括从像方至物方依次排列设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组；所述第一透镜组的焦距为正，所述第二透镜组的焦距为正，所述第三透镜组的焦距为负。
[0007]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第一透镜组的焦距为f1，所述第二透镜组的焦距为f2，所述第三透镜组的焦距为f3，其中3.06<f2/f1<21.03，
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18.58<f2/f3<
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3.43，
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1.18<f3/f1<
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0.82。
[0008]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第一透镜组包括从像方至物方依次设置的第一透镜和第二透镜；所述第一透镜和所述第二透镜的焦距均为正。
[0009]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第一透镜为双凸透镜，所述第一透镜的焦距范围为48.13mm
‑
52.51mm；所述第二透镜为双凸透镜，所述第二透镜的焦距范围为54.56mm
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75.65mm。
[0010]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第二透镜组包括从像方至物方依次设置的第三透镜以及第四透镜；所述第三透镜的焦距为正，所述第四透镜的焦距为负。
[0011]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第三透镜为双凸透镜或弯向像方的弯月形正透镜，所述第三透镜的焦距范围为33.58mm
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44.26mm；所述第四透镜为双凹透镜，所述第四透镜的焦距范围为
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46.05mm
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43.96mm。
[0012]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第三透镜组包括第五透镜；所述第五透镜的焦距为负。
[0013]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第五透镜为双凹透镜，所述第五透镜的焦距范围为
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29.38mm
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29.09mm。
[0014]根据本专利技术提供的光谱共焦测量镜头，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组中至少包括两种不同材质的镜片。
[0015]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种光谱共焦传感器，包括上述任一项所述的光谱共焦测量镜头，还包括光源和外部处理器，所述光源设在像方一侧，所述光源用于出射白光并使所述白光经过所述测量镜头后形成色散光照射至待测物体，所述外部处理器用于接收从所述待测物体反射并经过所述测量镜头传播射出的反射光。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器：
[0017]1.通过从像方至物方依次沿光轴设置焦距为正的第一透镜组、焦距为正的第二透镜组以及焦距为负的第三透镜组，整体采用正光焦度镜组在前、负光焦度镜组在后的摄远物镜结构，有利于得到大的色散范围，同时在正光焦度镜组中通过两组焦距分别为正的第一透镜组和第二透镜组，能够分担正光焦度从而减小球差，最终得到具有较好色散线性度，同时色散范围大且球差校正良好的色散物镜；
[0018]2.通过在靠近像方的第一透镜组中设置两片焦距分别为正的第一透镜和第二透镜，通过第一透镜和第二透镜能够分担大部分正光焦度以减小球差，能够提高镜头的分辨率；
[0019]3.通过第二透镜组中设置焦距一正一负且总体焦距为正的两片透镜，通过设置具有少量正光焦度的双分离透镜即通过正负光焦度分离能够进一步校正整个镜头的球差，有利于最终获得色散范围大且球差校正良好的色散物镜；
[0020]4.通过各镜片焦距参数的具体设置，实现仅采用五片全球面透镜，即能够实现在30mm的超大色散范围内具有良好色散波长线性关系的光谱共焦测量镜头，同时镜头结构紧凑、加工和装配方便、性价比高、实用性强。
附图说明
[0021]图1是本专利技术提供的光谱共焦测量镜头的光路结构图；
[0022]图2是本专利技术提供的光谱共焦测量镜头具体实例一的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术提供的具体实例一的色散与波长关系图；
[0024]图4是本专利技术提供的具体实例一经最小二乘拟合后的色散波长关系与原始数据的对比示意图；
[0025]图5是本专利技术提供的具体实例一在波长400nm光的聚焦位置的点列图；
[0026]图6是本专利技术提供的具体实例一在波长450nm光的聚焦位置的点列图；
[0027]图7是本专利技术提供的具体实例一在波长500nm光的聚焦位置的点列图；
[0028]图8是本专利技术提供的具体实例一在波长550nm光的聚焦位置的点列图；
[0029]图9是本专利技术提供的具体实例一在波长600nm光的聚焦位置的点列图；
[0030]图10是本专利技术提供的具体实例一在波长650nm光的聚焦位置的点列图；
[0031]图11是本专利技术提供的具体实例一在波长700nm光的聚焦位置的点列图；
[0032]图12是本专利技术提供的光谱共焦测量镜头具体实例二的结构示意图；
[0033]图13是本专利技术提供的具体实例二的色散与波长关系图；
[0034]图14是本专利技术提供的具体实例二经最小二乘拟合后的色散波长关系与原始数据的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱共焦测量镜头，其特征在于，包括从像方至物方依次排列设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组；所述第一透镜组的焦距为正，所述第二透镜组的焦距为正，所述第三透镜组的焦距为负。2.如权利要求1所述的光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第一透镜组的焦距为f1，所述第二透镜组的焦距为f2，所述第三透镜组的焦距为f3，其中3.06<f2/f1<21.03，
‑
18.58<f2/f3<
‑
3.43，
‑
1.18<f3/f1<
‑
0.82。3.如权利要求1所述的光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括从像方至物方依次设置的第一透镜和第二透镜；所述第一透镜和所述第二透镜的焦距均为正。4.如权利要求3所述的光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第一透镜为双凸透镜，所述第一透镜的焦距范围为48.13mm
‑
52.51mm；所述第二透镜为双凸透镜，所述第二透镜的焦距范围为54.56mm
‑
75.65mm。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括从像方至物方依次设置的第三透镜以及第四透镜；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金龙，周向东，董正琼，聂磊，黄贤文，陈宇，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：