CN212846108U

CN212846108U - 一种光谱共焦镜头

Info

Publication number: CN212846108U
Application number: CN202021856731.3U
Authority: CN
Inventors: 刘柱
Original assignee: Suzhou PTC Optical Instrument Co Ltd
Current assignee: Suzhou PTC Optical Instrument Co Ltd
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2030-08-31

Abstract

本发明属于光学检测元件领域，尤其涉及一种光谱共焦镜头，该镜头从物侧到像测依次包括：光阑、具有负光焦度的第一镜片，正光焦度的第二镜片，正光焦度的第三镜片，正光焦度的第四镜片。本发明光路从左向右传播，物面发出的光线经过上述镜片后，最终在像面成像，其中，第一镜片至第四镜片的口径均小于29mm，镜头总长不大于32.5mm，成像质量好、检测范围大且安装使用方便，减小镜片的加工成本的同时有利于进一步缩小检测设备整机尺寸，具有广阔的应用前景。

Description

一种光谱共焦镜头

技术领域

本发明属于光学检测领域，尤其涉及一种光谱共焦镜头。

背景技术

在物体轮廓、厚度测量的精密测量领域，存在着两种测量方式，一种是以机械探针为主的接触式的探测技术，另外一种是以光学探测技术为主的非接触式的方式。机械探针的发展历史更为久远，精度和适应力也更强。而光学探测最主要的优势就是不损伤工件表面，真正做到了无损探测。光谱共焦位移传感器是一种新型的具有超高精度和超高稳定性的非接触光电式位移传感器，与激光三角法相比，光谱共焦位移传感器由于采用了光谱共焦技术，因此具有更高的分辨力，而且对被测物表面纹理、倾斜和周围环境的杂散光等因素不敏感，因而得以广泛应用。光谱共焦镜头是位移测量系统中的关键元件，现有光谱共焦镜头测量范围一般小于3mm，不仅测量范围小还存在着镜头长的问题，进而会影响位移测量整机的使用范围和成本。

发明内容

鉴于以上，本发明一种结构设计合理、操作使用便利、制造成本低、测量范围大、成像质量好、测量精度高的光谱共焦镜头，而且能解决现有光谱共焦镜头存在的镜头长、大等结构复杂的问题，进一步缩小整机尺寸和加工成本。

具体技术方案如下：

一种光谱共焦镜头，其特征在于，从物侧到像侧沿光轴依次包括：

具有负光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片；

其中，第一镜片物侧一方的表面为弯向物侧的球面，像侧一方的表面为弯向像侧的球面；

第二镜片物侧、像侧方的表面均为弯向物侧的球面；

第三镜片物侧一方的表面为弯向像侧的球面，像侧一方的表面为弯向物侧的球面；

第四镜片物侧、像侧方的表面均为弯向像侧的球面。

进一步，光阑位于第一镜片物侧一方的表面。

进一步，所述光谱共焦镜头的总长度小于32.5mm。

进一步，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片的通光口径最大不大于29mm。

进一步，所述光谱共焦镜头的工作F#为3.28。

进一步，所述光谱共焦镜头的物方NA为0.18。

本发明的有益效果是，由于本发明光谱共焦镜头从物侧到像侧沿光轴依次包括光阑、具有负光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片，成像时物侧处物面发出的光线依次经过上述镜片，最终在像侧处的像面成像，结构设计合理，镜头总长短，有利于缩小检测设备整体尺寸，便于安装调试，在使用白光光源波长范围在450-700nm时测量范围可达到8.9mm，镜头成像质量好，测量精度高。

附图说明

图1为本发明光谱共焦镜头的光路结构示意图；

图2为本发明光谱共焦镜头在白光工作环境中的450nm波长点列图；

图3为本发明光谱共焦镜头在白光工作环境中的580nm波长点列图；

图4为本发明光谱共焦镜头在白光工作环境中的700nm波长点列图；

图5为本发明光谱共焦镜头在波长450nm条件下的系统MTF图；

图6为本发明光谱共焦镜头在波长580nm条件下的系统MTF图；

图7为本发明光谱共焦镜头在波长700nm条件下的系统MTF图；

其中，1为物面，2为第一镜片，3为第二镜片，4为第三镜片，5为第四镜片，6为波长450nm的像面，7为波长580nm的像面，8为波长700nm的像面，9为成像像面。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

参考图1，本发明光谱共焦镜头的一种光路结构示意图，本发明实施例的光谱共焦镜头从物侧到像测依次包括：具有负光焦度的第一镜片2，正光焦度的第二镜片3，正光焦度的第三镜片4，正光焦度的第四镜片5。其中，光阑5位于第一镜片2的前表面，即第一镜片2物侧一方的表面。本发明光路从左向右传播，物面1发出的光线经过上述镜片后，最终在像面9成像，其中，第一镜片2至第四镜片5的口径均小于29mm，镜头总长不大于32.5mm，成像质量好、测量范围大且安装使用方便，有利于进一步缩小检测设备整机尺寸。

本发明更为具体的实现方式以下作具体展开：

第一镜片2物侧一方的表面为弯向物侧的球面，像侧一方的表面为弯向像侧的球面；第二镜片3物侧、像侧方的表面均为弯向物侧的球面；第三镜片4物侧一方的表面为弯向像侧的球面，像侧一方的表面为弯向物侧的球面；第四镜片5物侧、像侧方的表面均为弯向像侧的球面。本发明光谱共焦镜头各光学元件参数满足下表：

值得一提的是，在上表中，第一面对应第一镜片2物侧一方的表面，第二面对应第一镜片2像侧一方的表面，第三面对应第二镜片3物侧一方的表面，第四面对应第二镜片3像侧一方的表面，第五面对应第三镜片4像侧一方的表面，第六面对应第三镜片4像侧一方的表面，第七面对应第四镜片5物侧一方的表面，第八面对应第四镜片5像侧一方的表面， R为对应各光学元件表面的曲率半径，T为对应各光学元件的空气间隔，Nd为对应各光学元件对d光的折射率，Vd为对应各光学元件材料的阿贝数。

其表1中物方工作距离24.5mm，系统的工作F#为3.28，优选工作波长为450nm、580nm及700nm的设计波长。该镜头最大口径不大于29mm。点列图是通过到达像面的光线的集中度来研究系统的成像质量，结合图2、图3、图4，系统到达像面的光线都在艾里斑范围内，该镜头在450nm、580nm及700nm波长下的RMS RADIUS最大值0.58μm，小于衍射极限值2.92μm。

光学系统的传递函数（ MTF）如图5、图6、图7 所示，由图可知，系统 MTF 值接近衍射极限。

本实施例的光谱共焦镜头优选适用白光光源，如图1所示，像面在设计的三个波长下的焦距沿光轴方向“一”字分布，顺次沿光轴方向依次为波长450nm的像面6, 波长580nm的像面7, 波长700nm的像面8,本实施例中三个波长下对应的后焦距分别为57.917mm、63.882mm、66.835mm，这三个焦点间最大距离为光谱共焦镜头的测量范围，即测量范围可为8.918mm。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims

1.一种光谱共焦镜头，其特征在于，从物侧到像侧沿光轴依次包括：

第二镜片物侧、像侧方的表面均为弯向物侧的球面；

第四镜片物侧、像侧方的表面均为弯向像侧的球面。

2.根据权利要求1所述的光谱共焦镜头，其特征在于，光阑位于第一镜片物侧一方的表面。

3.根据权利要求1所述的光谱共焦镜头，其特征在于，所述光谱共焦镜头的总长度小于32.5mm。

4.根据权利要求1所述的光谱共焦镜头，其特征在于，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片的通光口径最大不大于29mm。

5.根据权利要求1所述的光谱共焦镜头，其特征在于，所述光谱共焦镜头的工作F#为3.28。

6.根据权利要求1所述的光谱共焦镜头，其特征在于，所述光谱共焦镜头的物方NA为0.18。