一种带光谱共焦测量功能的多功能装置的制作方法

1.本发明涉及光学测量与平面成像领域，尤其涉及一种带光谱共焦测量功能的多功能装置。


背景技术：

2.目前市场上的光谱共焦镜头通常只能测量高度，无法用来平面成像。但随着技术的发展，单纯测量高度或平面影像已经满足不了需求。如果想要这两种功能，目前通常是将测量高度的光谱共焦镜头和平面成像镜头并列安装。该方案的缺点首先是两个测量镜头不同轴，容易造成误差，其次是分两次测量，中间要跑位导致测量效率低。
3.也有方案使用显微镜物镜或成像物镜，在后端安装色散光路，但该方案由于需要针对专门的物镜来设计光路，不利于更换，而且光谱共焦镜头分辨率达纳米级，对镜片和机械安装精度要求极高，光谱共焦光线要经过物镜成像，普通物镜很多都达不到要求，而且搭配来用也不容易保证精度；并且物镜通常是消色差，而光谱共焦是要扩色差，这样也导致光路扩色差效率低；且不同厂家生产的物镜差异很大，很难统一搭配色散模块。除了平面成像外，市场上还有诸如激光打标、切割、焊接等各种功能需求，都比较难用之前的方案解决。诸多原因导致这些方案几乎没有在市场上流行。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种带光谱共焦测量功能的多功能装置，既能够测量高度又能够平面成像。
5.本发明的技术方案如下：一种带光谱共焦测量功能的多功能装置，包括：光孔径、色散部以及第二功能部；
6.所述光孔径用于供从光源发射的宽带光通过，或者将反射的光输送往光测量部，或者同时具有上述两种功能；
7.所述色散部用于将来自光孔径的光色散，使得不同波长的色散光聚焦在不同位置；
8.所述第二功能部用于成像、检测或加工，其拍摄的焦平面位于色散光的量程范围内；
9.至少一组色散光的聚焦焦点的分布轴线与至少一条第二功能部成像、检测或加工的轴线同轴，且色散部和第二功能部之间，互相没有实现功能必须的光线通过对方至少一片镜片的带光焦度的区域。
10.进一步地，所述色散部的至少一片带光焦度的镜片上设有色散部开孔，所述色散部开孔用于供所述第二功能部的光线或部件通过，或用于容纳第二功能部的部分或全部。
11.进一步地，所述第二功能部的至少一片带光焦度的镜片上开设有第二功能部开孔，所述第二功能部开孔用于供所述色散部的光线或部件通过，或用于容纳色散部的部分或全部。
12.进一步地，本带光谱共焦测量功能的多功能装置还包括反射镜，所述反射镜将所述光孔径部分或全部光线反射向所述色散部，或将所述第二功能部的部分或全部光线反射向所述色散光轴线方向。
13.进一步地，所述光孔径与所述色散部位于一条直线上，所述第二功能部位于所述色散部的旁侧。
14.进一步地，所述第二功能部与所述色散光色散轴线位于一条直线上，所述光孔径位于所述色散部的旁侧。
15.进一步地，所述色散部开孔/第二功能部开孔上设有平面镜片以将所述色散部开孔/第二功能部开孔密封。
16.进一步地，所述色散部的外部设有色散部壳体，所述色散部壳体上设有开窗，所述开窗供所述第二功能部或光孔径的光线通过。
17.进一步地，所述第二功能部的外部设有第二功能部壳体，所述第二功能部壳体上设有开窗，所述开窗供来自光孔径的光线通过。
18.进一步地，本带光谱共焦测量功能的多功能装置还包括连接部，所述连接部用于连接所述色散部和第二功能部，确定色散部和第二功能部的空间位置。
19.采用上述方案，本发明既能够测量高度又能够平面成像或做其它检测、加工，且两者的光线同轴，从而减小误差，可以用于显微镜成像对焦以让显微镜高度调节到合适的位置，也可以使用平面成像确定需要测量高度的位置，也可以用于其它加工装置，提高检测或加工的精度。还可以减少在光谱共焦测量和其它功能之间来回跑位浪费的时间，提高检测或加工效率。
20.本发明还解决了光谱共焦功能或其它功能部需要经过对方光路的问题，让两者很好地解耦，从而可以随意组合，便于更换型号、倍率、生产设计厂商，而不需要担心不兼容，或者担心其中一个功能部的带光焦度的镜片质量影响另外一个功能部精度的问题，一个色散部可以搭配多种其它镜头或加工部，大幅度减少品种规格，降低成本。本发明解决了应用的痛点和难点，易用性和兼容性大幅度提升，具有广阔的市场前景。
附图说明
21.图1为本发明实施例1的结构示意图。
22.图2为本发明实施例2的结构示意图。
23.图3为本发明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
25.请参阅图1，本发明提供一种带光谱共焦测量功能的多功能装置，包括：光孔径、色散部以及第二功能部。
26.所述光孔径用于供从光源发射的宽带光通过，或者将反射的光输送往光测量部，或者同时具有上述两种功能。
27.所述色散部用于将来自光孔径的光色散，使得不同波长的色散光聚焦在不同位置。
28.所述第二功能部用于成像、检测或加工，可以是成像镜头，其拍摄的焦平面位于色散光的量程范围内。
29.从光孔径传出的宽带光具有多个波长，该多个波长的光经由色散部转换成色散光，色散光将不同波长的光聚焦在不同的位置。至少一组色散光的聚焦焦点的分布轴线与至少一条第二功能部检测或加工的轴线同轴，以提高精度，且色散部和第二功能部之间，互相没有实现功能必须的光线通过对方至少一片镜片的带光焦度的区域，因此色散部与第二功能部两者的光路不会产生干扰。
30.所述色散部的至少一片带光焦度的镜片上设有色散部开孔，所述色散部开孔用于供所述第二功能部的光线或部件通过，或用于容纳第二功能部的部分或全部，所述色散部开孔上设有平面镜片以将所述色散部开孔密封。或者，所述第二功能部的至少一片带光焦度的镜片上开设有第二功能部开孔，所述第二功能部开孔用于供所述色散部的光线或部件通过，或用于容纳色散部的部分或全部，所述第二功能部开孔上设有平面镜片以将所述第二功能部开孔密封。
31.本带光谱共焦测量功能的多功能装置还包括反射镜，所述反射镜将从所述光孔径传输过来的部分或全部光线反射向所述色散部，或将所述第二功能部的部分或全部光线反射向所述色散光轴线方向。
32.所述光孔径与所述色散部位于一条直线上，所述第二功能部位于所述色散部的旁侧。或者，所述第二功能部与所述色散光的色散轴线位于一条直线上，所述光孔径位于所述色散部的旁侧。
33.所述色散部的外部设有色散部壳体，所述色散部壳体上设有开窗，所述开窗供所述第二功能部的光线通过或者供来自光孔径的光线通过。或者，所述第二功能部的外部设有第二功能部壳体，所述第二功能部壳体上设有开窗，所述开窗供来自光孔径的光线通过。
34.本带光谱共焦测量功能的多功能装置还包括连接部，所述连接部用于连接所述色散部和第二功能部，确定色散部和第二功能部的空间位置。
35.通过以下3个实施例来对本发明进行具体说明。
36.实施例1：
37.请参阅图1，在本实施例中，所述带光谱共焦测量功能的多功能装置包括：光孔径101、色散部104以及第二功能部114。
38.所述光孔径101用于供从光源发射的宽带光通过，或者将反射的光输送往光测量部，或者同时具有上述两种功能。所述光孔径101上设有用于传递光孔径光线的光纤115。
39.所述色散部104位于光孔径101的下方，色散部104用于将来自光孔径101的光色散，使得不同波长的色散光105聚焦在不同位置。
40.所述第二功能部112位于色散部104的下方，第二功能部112用于成像、检测或加工，可以是成像镜头，其拍摄的焦平面位于色散光105的量程范围内。
41.从光孔径101传出的宽带光具有多个波长，该多个波长的光经由色散部104转换成色散光105，色散光105将不同波长的光聚焦在不同的位置，用于光谱共焦测量。至少一组色散光105的聚焦焦点的分布轴线与至少一条第二功能部成像、检测或加工的轴线同轴，以提高精度。
42.所述色散部104和第二功能部112之间，互相没有实现功能必须的光线通过对方至
少一片镜片的带光焦度的区域，因此色散部104与第二功能部112两者的光路不会产生干扰。具体地，所述色散部104的至少一片带光焦度的镜片上设有色散部开孔103，所述色散部开孔103用于供所述第二功能部112的光线或部件通过。由于色散部104的镜片是有曲率的，也就是说色散部104的镜片是带光焦度的，如果在色散部104的镜片上开孔，第二功能部的光线会从开孔中直接通过，第二功能部光线106就不会影响色散光105。
43.所述色散部开孔103上设有平面镜片107以将所述色散部开孔103密封，可以防止灰尘、油、水等进入镜头，同时平面镜片107也不带有光焦度，不会影响光路。
44.在本实施例中，所述光孔径101与所述色散光105的色散轴线位于一条直线上，所述第二功能部112位于所述色散部104的旁侧。所述色散部104的外部设有色散部壳体108，所述色散部壳体108上设有开窗109，该开窗109位于色散部104的上方位置，所述开窗109供所述第二功能部112的光线通过。所述色散部壳体108的内部对应所述开窗109处设有反射镜a102，反射镜a102将来自第二功能部112的光线反射往色散光105轴线方向。
45.本实施例中，第二功能部112的光线与光孔径101的光线平行，因此在第二功能部112的下方设有反射镜b111，反射镜b111与反射镜a102相对应，反射镜b111将第二功能部112的光线反射向反射镜a102，然后反射镜a102将光线反射向色散部104。这种结构能够节省整个装置的空间。
46.第二功能部112可以是远心镜头成像功能部、显微镜成像功能部、fa镜头成像功能部、激光打标功能部、激光切割功能部、激光焊接功能部、材料添加或减少部中的一种。
47.第二功能部112上还设有第二功能部光源113以及第二功能部成像部114，第二功能部光源113用于第二功能部112的照明。第二功能成像部114用于第二功能部成像，可以是目镜或感光芯片等。
48.色散部104与第二功能部112之间设有连接部110，用于维持色散部104与第二功能部112的相对位置，其可以设置成可拆卸更换的部件。
49.实施例2：
50.请参阅图2，本实施例相比于上述实施例1的不同之处在于，所述第二功能部112与所述色散光105的色散轴线位于一条直线上，所述光孔径101位于所述色散部104的旁侧，光孔径101上设有光纤115。
51.色散部104位于第二功能部112的下方，色散部104的至少一片带光焦度的镜片上设有色散部开孔103，第二功能部光线106直接通过色散部开孔103，第二功能部光线106用于成像、检测或加工。所述色散部开孔103上设有平面镜片107以将所述色散部开孔103密封，可以防止灰尘、油、水等进入镜头，同时平面镜片107也不带有光焦度，不会影响光路。
52.色散部104的外部设有色散部壳体108，色散部壳体108朝向光孔径101的一侧设有开窗109，以供来自光孔径101的光线通过。第二功能部112与色散部104之间设有反射镜a102，反射镜a102设于色散部壳体的开窗109处。光孔径101的光经反射镜a102反射后射向色散部104，经色散部104色散，色散后的色散光105用于光谱共焦测量。
53.第二功能部112上还设有第二功能部光源113以及第二功能部成像部114，第二功能部光源113用于第二功能部112的照明。第二功能成像部114用于第二功能部成像，可以是目镜或感光芯片等。
54.实施例3：
55.请参阅图3，在本实施例中，所述光孔径101与色散部104位于一条直线上，所述第二功能部112位于色散部的旁侧。
56.光孔径101上设有光线115，色散部104位于光孔径101的下方，色散部104用于将来自光孔径101的光色散，使得不同波长的色散光105聚焦在不同位置。
57.第二功能部112位于色散部104的旁侧，第二功能部光线116可以用于成像、检测或加工。第二功能部112的至少一片带光焦度的镜片上开设有第二功能部开孔316，所述第二功能部开孔316用于供所述色散部104的光线或部件通过，或用于容纳色散部104的部分或全部，所述第二功能部开孔316上设有平面镜片以将所述第二功能部开孔316密封。
58.第二功能部104的外部设有第二功能部壳体，所述第二功能部壳体上设有开窗，所述开窗供来自色散部104的光线通过。第二功能部光焦度镜片318上方设有反射镜c 317，反射镜c设于第二功能部壳体的开窗处，反射镜c 317将来自色散部104的光线反射往第二功能部光焦度镜片318。
59.在本实施例中，第二功能部112的光线与光孔径101的光线平行，因此在色散部的下方设有反射镜d319，反射镜d319与反射镜c317相对应，反射镜d319将色散部104的光线反射向反射镜c317，然后反射镜c317将光线反射向第二功能部光焦度镜片318。这种结构能够节省整个装置的空间。
60.第二功能部112上设有第二功能成像部114，可以是远心镜头成像功能部、显微镜成像功能部、fa镜头成像功能部、激光打标功能部、激光切割功能部、激光焊接功能部、材料添加或减少部中的一种。
61.色散部104与第二功能部112之间设有连接部110，用于维持色散部104与第二功能部112的相对位置，其可以设置成可拆卸更换的部件。
62.当然，以上仅举了3个代表性的例子，在该实施例上进行变化，还可能是色散部或第二功能部的全部或部分处于对方的开孔或开孔遮挡的光路空间的情况，均属于该原理的变化，在该发明保护范围内。
63.综上所述，本发明既能够测量高度又能够平面成像，且两者的光线同轴，从而减小误差，可以用于显微镜成像对焦以让显微镜高度调节到合适的位置，也可以使用平面成像确定需要测量高度的位置，也可以用于其它加工装置，提高检测或加工的精度。
64.本发明还解决了光谱共焦功能或其它功能部需要经过对方光路的问题，让两者很好地解耦，从而可以随意组合，便于更换型号、倍率、生产设计厂商，而不需要担心不兼容，或者担心其中一个功能部的带光焦度的镜片质量影响另外一个功能部精度的问题，一个色散部可以搭配多种其它镜头或加工部，大幅度减少品种规格，降低成本。本发明解决了应用的痛点和难点，易用性和兼容性大幅度提升，具有广阔的市场前景。
65.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。