CN209117181U - 远心平场聚焦镜组及其影像检测装置与激光束扫描装置 - Google Patents

Abstract

本新型提出一种远心平场聚焦镜组及其影像检测装置与激光束扫描装置。远心平场聚焦镜组包含扫描镜、二抛物面镜及光栏。扫描镜，接收一平行化入射光，并以一反射角度反射该入射光。所述二抛物面镜面对面设置，以接收经反射的入射光，并依次透过该二抛物面镜而反射出去。光栏设置于该二抛物面镜之间，以排除该二抛物面镜之间的离轴光线。

Description

远心平场聚焦镜组及其影像检测装置与激光束扫描装置

技术领域

本新型是有关于一种远心平场聚焦镜组，特别是关于一种远心平场聚焦镜组及其影像检测装置与激光束扫描装置。

背景技术

目前的远心光学系统特别是关于一种远心平场聚焦光学系统往往需要复杂的光学元件组成，体积庞大且成本高。

实用新型内容

本新型实施例提出一种远心平场聚焦镜组及其影像检测装置与激光束扫描装置。

全反射式远心平场聚焦镜组包含扫描镜、二抛物面镜及光栏。扫描镜，接收一入射光，并以一反射角度反射该入射光。所述二抛物面镜面对面设置，以接收经反射的入射光，并依次透过该二抛物面镜而反射出去。光栏设置于该二抛物面镜之间，以排除该二抛物面镜之间的离轴光线。

高光谱影像检测装置包含前述全反射式远心平场聚焦镜组、狭缝元件、色散元件与感光元件。前述入射光为二维光。狭缝元件设置于全反射式远心平场聚焦镜组的后级侧，以使通过全反射式远心平场聚焦镜组的入射光的一部分穿越狭缝元件而形成该一维光，且透过扫描镜改变其反射角度，使得该一维光对应于该二维光的位置随之改变。色散元件接收该一维光，且将该一维光色散为一色散光束。感光元件感光该色散光束而取得对应该一维光的光谱信息。

根据上述的全反射式远心平场聚焦镜组，能透过简易的光学设计提供无色散效果，并可应用至高光谱影像检测装置与激光束扫描装置。

附图说明

图1为本新型一实施例的全反射式远心平场聚焦镜组的示意图。

图2为本新型一实施例的高光谱影像检测装置的示意图。

图3为本新型一实施例的全反射式远心平场聚焦镜组的作动示意图。

图4为本新型另一实施例的高光谱影像检测装置的示意图。

图5为本新型一实施例的激光束扫描装置的示意图。

其中附图标记为：

全反射式远心平场聚焦镜组100

扫描镜110

抛物面镜120a、120b

光栏130

通光孔131

消色差镜140

高光谱影像检测装置200

狭缝元件210

狭缝211

色散元件220

穿透式绕射光栅221

准直镜222

反射式绕射光栅223

光路镜组224

感光元件230

消色差镜240

激光束扫描装置300

激光头310

观测视野900

入射光L

一维光L’

色散光束L”

具体实施方式

参见图1，为本新型一实施例的全反射式远心平场聚焦镜组100的示意图。全反射式远心平场聚焦镜组100包含扫描镜110、二抛物面镜120a、120b及光栏130。

扫描镜110接收一观测视野900之光(即入射光L)，并以一反射角度反射该入射光L。所述入射光L可为一光线或一光束，在此以光束为例。在此，入射光L为平行化入射光。扫描镜110的直径为10毫米(mm)，表面镀有银层使波长适用范围涵盖450纳米(nm)至12000纳米，旋转角度为正负10度，但本新型实施例不限于此。

抛物面镜120a、120b面对面设置，以接收经反射的入射光L，并依次透过该二抛物面镜120a、120b而反射出去。也就是说，经扫描镜110反射的入射光 L先入射抛物面镜120a，经由抛物面镜120a反射后，再入射抛物面镜120b，再经抛物面镜120b反射输出。在此，光栏130设置于该二抛物面镜120a、120b 之间，以排除该二抛物面镜120a、120b之间的离轴光线。于此，光栏130为孔径光栏，具有一通光孔131。在此，通光孔131的直径为5毫米，但本新型不以此为限。入射光L经抛物面镜120a反射之后，其近轴光线会通过光栏130 的通光孔131，而离轴光线则被光栏130阻挡。因此，仅近轴光线会抵达抛物面镜120b。由于离轴光线被排出，因此可去除离轴光场所造成的像差，而可达到如同远心光学系统的效果。此外，由于抛物面镜120a、120b的特性，可让不同入射角的光线均能垂直聚焦成像在相同的焦平面上。因此，抛物面镜120a、 120b与光栏130可构成远心平场聚焦(F-θ)光学模块。藉此，在一定景深范围内(于此为正负10公分)的观测视野900中的待观测对象，可以固定的图像缩放倍率清晰成像在焦平面上。

在一些实施例中，抛物面镜120a、120b采用50.8毫米，焦距76.2毫米，以容纳扫描角度范围。抛物面镜120a、120b表面可镀有银金属层，使波长适用范围涵盖450纳米(nm)至12000纳米。

在一实施例中，全反射式远心平场聚焦镜组100更包含消色差镜140，位于扫描镜110的前级侧，且扫描镜110位于消色差镜140的聚焦平面上。消色差镜140接收入射光L，以消除不同波长的光的像差。在一实施例中，消色差镜140选用直径25毫米，焦距200毫米。

参见图2，为本新型一实施例的高光谱影像检测装置200的示意图。高光谱影像检测装置200包含前述的全反射式远心平场聚焦镜组100及狭缝元件210、色散220与感光230。在此，入射光L为二维光。狭缝210设置于全反射式远心平场聚焦镜组100的后级侧，具有一狭缝211，以使通过全反射式远心平场聚焦镜组100的入射光L的一部分穿越狭缝元件210的狭缝211而形成一维光L’。色散元件220接收一维光L’，且将一维光L’色散为色散光束L”。感光元件230感光色散光束L”而取得对应一维光L’的光谱信息。所述狭缝 211长度为10毫米，宽度为0.1毫米，但本新型不以此为限。透过旋转扫描镜 110以改变其反射角度，可使得一维光L’对应于二维光L的位置随之改变。

参见图3，为本新型一实施例的全反射式远心平场聚焦镜组100的作动示意图。当扫描镜110转动时，将改变入射光L(为清楚呈现于此以线段呈现，实质为二维光)的反射角度，使得投射至狭缝元件210上的位置不同，亦即使得入射光L投射至狭缝元件210的影像平移。因此，透过扫描镜110改变其反射角度，可使得一维光L’对应于入射光L的位置随之改变。例如，原本入射光L的中心轴是对应于狭缝元件210的狭缝211位置，当扫描镜110朝上偏转，将使得反射角变大，进而使得入射光L的中心轴投射至狭缝元件210的位置朝上位移，使得入射光L投影到狭缝元件210时，狭缝211对应于入射光L偏向下方的位置。反之，当扫描镜110朝下偏转，将使得反射角变小，进而使得入射光L的中心轴投射至狭缝元件210的位置朝下位移，使得入射光L投影到狭缝元件210时，狭缝211对应于入射光L偏向上方的位置。因此，当循序旋转扫描镜110，便可依次取得入射光L每个位置的光谱信息。

复参见图2，在一些实施例中，色散元件220包含穿透式绕射光栅221与准直镜222。准直镜222为非球面透镜，两者相贴合所构成。非球面透镜的焦距可为25毫米，光栅的光栅密度可为600刻槽/毫米(grooves/mm)，一级绕射角23度，涵盖光谱波段为400纳米至1000纳米。

在一些实施例中，感光元件230可以为感光耦合元件(CCD)、互补式金属氧化物半导体(CMOS)等影像传感器。

在一些实施例中，高光谱影像检测装置200还包含消色差镜240，设置于色散元件220与感光元件230之间，可将色散光束L”的聚焦成像至同一平面，而落在感光元件230上。在一实施例中，消色差镜240可为焦距为30毫米，数值孔径为50毫米，色散值为0.16的复合玻璃材质非球面消色差透镜，可将波长为400纳米(nm)～1000纳米的光聚焦成像于感光元件230表面。

参见图4，为本新型另一实施例的高光谱影像检测装置200的示意图。色散元件220包含反射式绕射光栅223与光路镜组224。光路镜组224由多个反射镜组成，可将一维光L’导向反射式绕射光栅223而形成色散光束L”，并将色散光束L”导出。光栅的光栅密度可为300刻槽/毫米(grooves/mm)，反射角60度，涵盖光谱波段为400纳米至1200纳米。

参见图5，为本新型一实施例的激光束扫描装置300的示意图。激光束扫描装置300包含前述的全反射式远心平场聚焦镜组100及激光头310。全反射式远心平场聚焦镜组100位于激光头310的后级侧，以接收激光头310输出的激光。藉此，透过全反射式远心平场聚焦镜组100的扫描镜110，可进行微扫描激光加工。于此，激光为飞秒激光。

在一些实施例中，前述扫描镜110为二维扫描镜。

在一些实施例中，前述消色差镜140可改以一伽利略望远镜装置实现，以配合扫描镜110尺寸，而调整平行化激光束大小。

在一些实施例中，前述消色差镜140可改以一抛物面镜实现，以平行化来自观测视野900的物体光。在一实施例中，此抛物面镜可选用直径25毫米，焦距200毫米，以达到完全不包含折射光学元件的设置要求。

根据上述实施例的全反射式远心平场聚焦镜组100，能透过简易的光学设计提供无色散效果，并可应用至高光谱影像检测装置200与激光束扫描装置300。

Claims (9)

1.一种全反射式远心平场聚焦镜组，其特征在于，包含：

一扫描镜，接收一入射光，并以一反射角度反射该入射光；

二抛物面镜，面对面设置，以接收经反射的该入射光，并依次透过该二抛物面镜而反射出去；及

一光栏，设置于该二抛物面镜之间，以排除该二抛物面镜之间的离轴光线。

2.如权利要求1所述的全反射式远心平场聚焦镜组，其特征在于，更包含一消色差镜，位于该扫描镜的前级侧，该扫描镜位于该消色差镜的聚焦平面上。

3.如权利要求1所述的全反射式远心平场聚焦镜组，其特征在于，该二抛物面镜与该光栏形成一远心平场聚焦(f-θ)光学模块。

4.如权利要求1所述的全反射式远心平场聚焦镜组，其特征在于，该光栏为一孔径光栏。

5.一种高光谱影像检测装置，其特征在于，包含：

如权利要求1至4中任一项所述的全反射式远心平场聚焦镜组，其中该入射光为一二维光；

一狭缝元件，设置于该全反射式远心平场聚焦镜组的后级侧，以使通过该全反射式远心平场聚焦镜组的该入射光的一部分穿越该狭缝元件而形成一一维光，且透过该扫描镜改变其反射角度，使得该一维光对应于该二维光的位置随之改变；

一色散元件，接收该一维光，且将该一维光色散为一色散光束；及

一感光元件，感光该色散光束而取得对应该一维光的一光谱信息。

6.如权利要求5所述的高光谱影像检测装置，其特征在于，该色散元件包含一反射式绕射光栅。

7.如权利要求5所述的高光谱影像检测装置，其特征在于，该色散元件包含一穿透式绕射光栅。

8.一种激光束扫描装置，其特征在于，包含：

一激光头，输出一激光；及

如权利要求1至4中任一项所述的全反射式远心平场聚焦镜组，位于该激光头的后级侧，其中该入射光为该激光。

9.如权利要求8所述的激光束扫描装置，其特征在于，该激光为飞秒激光。