[发明专利]一种侧向照射光谱共焦镜头

说明书

本发明公开一种侧向照射光谱共焦镜头，包括：壳体、光纤固定部、光纤、轴向透镜组、径向透镜组以及反射镜，所述壳体沿轴向设有第一孔，所述光纤固定部安装固定在该第一孔内，所述光纤设于所述光纤固定部上，所述轴向透镜组安装固定在所述第一孔内壁并位于光纤固定部下方，所述反射镜设于所述轴向透镜组下方，所述壳体的壳体壁底端沿径向设有第二孔，所述第一孔与第二孔相通，所述径向透镜组安装固定在所述第二孔内，所述第一孔相对于壳体为同心孔或者偏心孔。本发明与传统的结构相比，在外径尺寸没有显著增加的情况下大幅度提高了数值孔径，或者在同等通光孔径下体积大幅度缩小。

技术领域

本发明涉及位移测量领域，尤其涉及一种侧向照射光谱共焦镜头。

背景技术

1955年M.Minsky发明了共聚焦显微镜，可以非接触地测量物体距离或位移，该原理经过几十年的发展现在已经被广泛使用。其主要原理是：一束激光经过聚焦到一个很细的焦点照射到被测物上然后反射回去，在反射光路上的焦点处放置一个极小的孔径光阑(俗称针孔)，然后移动光路的轴向距离或某镜片沿着轴向位置，来寻找信号最强的位置，该位置就是反射物和针孔同时形成焦点的位置，简称为共聚焦或共焦。

光谱共聚焦技术已经在精密非接触测量广泛使用，特别是在亚微米领域、被测物表面多样化的领域已经是极少数可行方案之一。随着世界各国越来越多专业的公司加入光谱共聚焦领域，该技术已经被广泛用于生物、半导体、元器件、文物、精密轮廓测量、精密位移反馈、手机零件或外形测量等领域，并被ISO25178标准采纳为极少数几种的非接触3D测量推荐技术之一。该技术可以向各行各业例如机械五金塑胶测量、坐标测量、医疗扫描、太阳能、材料分析、震动测量、玻璃测量、光学元件测量、食品包装、薄膜测量、液晶显示或触摸屏测量、交通能源装备、建筑路桥、化工装备测量、核能、航空航天等等领域扩展，是一项用途广泛的基础技术。

目前的光谱共焦镜头有两种，第一种结构如图1所示，其整体呈L型，包括一轴向壳体100与一径向壳体200，径向透镜组300安装在径向壳体200内。这种结构的缺点是体积大，用于内孔测量时由于其尺寸大导致无法伸入细小的孔内，如果要伸入细小孔内需将L形壳体做小，但是如果其直径会太小，刚性会严重下降，并且镜片也非常细小难以组装。

第二种结构如图2所示，壳体底部设有反射镜400，利用反射镜400将光线转折后直接照射到被测物。这种结构的缺点是，由于轴向镜片组500输出的光线需要转折后再照射到被测物，因而中间的光路长。假设壳体壁厚是外径的10％，几何上其出射光的最大角度无法超过正负22度，而其数值孔径无法做大，即在测量光亮表面时允许的被测面倾斜角不够大，在测量一些内孔特征例如内螺纹、沟槽等时，超过最大允许倾斜角的部分无法测量。另外，数值孔径小还会造成光斑大，横向分辨率降低。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种侧向照射光谱共焦镜头，减小体积并提高竖直孔径。

本发明的技术方案如下：提供一种侧向照射光谱共焦镜头，包括：壳体、光纤固定部、光纤、轴向透镜组、径向透镜组以及反射镜，所述壳体沿轴向设有第一孔，所述光纤固定部安装固定在该第一孔内，所述光纤设于所述光纤固定部上，所述轴向透镜组安装固定在所述第一孔内并位于光纤固定部下方，所述反射镜设于所述轴向透镜组下方，所述壳体的壳体壁底端沿径向设有第二孔，所述第一孔与第二孔相通，所述径向透镜组安装固定在所述第二孔内，经过反射镜反射的光进入到径向透镜组，所述第一孔相对于壳体为同心孔或者偏心孔；

当所述第一孔为同心孔时，其中心线与壳体的中心线重合，经过轴向透镜组的输出光线向轴向透镜组的光轴方向汇聚形成一圆锥形照射区域，所述径向透镜组面向反射镜一侧露出第二孔，露出部分位于所述圆锥形照射区域与壳体内壁形成的空间内；

当所述第一孔为偏心孔时，其中心线与壳体的中心线不重合，所述径向透镜组设于壳体壁较厚的一侧。