[发明专利]一种光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于光学测量相关技术领域，更具体地，涉及一种光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器。

背景技术

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。

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。

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-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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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-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。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，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。

根据本发明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3.06f₂/f₁21.03，-18.58f₂/f₃-3.43，-1.18f₃/f₁-0.82。

根据本发明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。

根据本发明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-75.65mm。

根据本发明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。

根据本发明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-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-46.05mm--43.96mm。

根据本发明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。