长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器

本申请涉及光学测量，尤其涉及一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器。

背景技术：

1、光谱共焦位移传感器是一种新兴的高精度光电位移传感器，通过光学色散建立起聚焦位置和波长之间一一对应的关系，可以测量被测物的位移、透明物体的厚度，还可以通过多个探头组合实现更多功能的测量，具有无损、非接触、速度快等优点。

2、光谱共焦测量镜头是光谱共焦位移传感器的核心，它的轴向色散范围决定了传感器的测量范围，物方数值孔径决定了传感器的最大测量倾角，光斑大小决定了传感器的分辨率。

3、在工业测量中，针对不同的被测物和测量场景，所需的测量范围、工作距离也有所不同。目前，大多数分辨率高的光谱共焦测量镜头的测量范围和工作距离较小，而测量范围和工作距离大的光谱共焦测量镜头的分辨率又较差，对于大位移或大厚度往往难以达到所需的测量精度，因此平衡光谱共焦测量镜头的测量范围、工作距离和分辨率是一个不小的挑战。

技术实现思路

1、鉴于此，本申请实施例提供一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头及光谱共焦传感器，能够在提高测量范围和工作距离的前提下，校正像差，从而提高光谱共焦传感器的分辨率和测量精度，且镜头结构简单紧凑，装配难度低，实用性强。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，包括从像方至物方依次排列设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，所述第五透镜和第六透镜组成密接的双胶合透镜，其他各透镜均为单透镜；

3、光源出射的光束由所述第一透镜入射，由所述第六透镜出射形成色散光，所述色散光照射至被测物表面后，根据被测物所处的不同位置，反射回不同波长的反射光，所述反射光由所述第六透镜入射，由所述第一透镜出射。

4、可选的，还包括镜筒，所述镜筒包括内镜筒和外镜筒，所述第一透镜和第二透镜安装于所述内镜筒，所述第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和所述内镜筒安装于所述外镜筒。

5、可选的，所述第一透镜和第二透镜之间通过第一限位隔圈隔开，所述第三透镜和第四透镜之间通过第二限位隔圈隔开，所述第四透镜和第五透镜之间通过第三限位隔圈隔开。

6、可选的，所述镜筒入射端的光纤接口为fc/apc。

7、可选的，光源出射的光束由所述第一透镜入射，由所述第六透镜出射，其中：所述第一透镜为正光焦度透镜，入射面为凸面，出射面为平面；第二透镜为负光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凹面；第三透镜为正光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凸面；第四透镜为正光焦度透镜，入射面为凸面，出射面为凸面；第五透镜为负光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凸面；第六透镜为正光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凸面。

8、可选的，所述第一透镜的玻璃材料：1.45<n<1.65，60<vd<80；第二透镜的玻璃材料：1.55<n<1.75，40<vd<55；第三透镜的玻璃材料：1.75<n<1.95，15<vd<30；第三透镜的玻璃材料：1.75<n<1.95，15<vd<30；第五透镜的玻璃材料：1.45<n<1.65，55<vd<70；第六透镜的玻璃材料：1.75<n<1.95，15<vd<30；其中，n为折射率，vd为阿贝系数。

9、可选的，所述第三透镜和第四透镜采用同一种玻璃材料。

10、可选的，所述第一透镜与第二透镜之间的距离为6.5mm～7.5mm，第二透镜与第三透镜之间的距离为10mm～12mm，第三透镜与第四透镜之间的距离为0mm，第四透镜与第五透镜之间的距离为4mm～6mm，第五透镜与第六透镜之间的距离为0mm。

11、根据本申请实施例的第二方面，提供一种光谱共焦传感器，包括光源、光谱仪、光纤和第一方面所述的长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，所述光源设在像方一侧，被测物设在物方一侧，所述光源用于出射白光并使所述白光经过测量镜头后形成色散光照射至被测物，所述光纤用于传播光束，光纤的光源端与光源连接，光纤的光谱仪端与光谱仪连接，光纤的镜头端与光谱共焦测量镜头连接，所述光谱仪用于接收从被测物反射并经过测量镜头传播并射出的单波长反射光。。

12、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

13、由上述实施例可知，光源出射的光束由第一透镜入射并由第六透镜出射形成色散光，色散光照射至目标待测物形成单波长反射光，反射光由第六透镜入射并由第一透镜出射。其中，光源出射的光束经第一透镜的准直后，依次经第二透镜进行扩束，经第三透镜第四透镜初步色散，经第五第六透镜校正色差并进行第二次轴向色散。色散镜头在大景深范围内矫正了像差，工作距离长，为46mm；在光源光束传播的过程中，两次轴向色散提高了色散镜头的测量范围，为±6mm，同时，像方的na得到充分的利用。本发明结构简单紧凑，易于装配，适应于各种工业场景。

14、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，包括从像方至物方依次排列设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，所述第五透镜和第六透镜组成密接的双胶合透镜，其他各透镜均为单透镜；

2.根据权利要求1所述的一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，还包括镜筒，所述镜筒包括内镜筒和外镜筒，所述第一透镜和第二透镜安装于所述内镜筒，所述第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和所述内镜筒安装于所述外镜筒。

3.根据权利要求1所述的一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜之间通过第一限位隔圈隔开，所述第三透镜和第四透镜之间通过第二限位隔圈隔开，所述第四透镜和第五透镜之间通过第三限位隔圈隔开。

4.根据权利要求2所述的一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述镜筒入射端的光纤接口为fc/apc。

5.根据权利要求1所述的一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，光源出射的光束由所述第一透镜入射，由所述第六透镜出射，其中：所述第一透镜为正光焦度透镜，入射面为凸面，出射面为平面；第二透镜为负光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凹面；第三透镜为正光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凸面；第四透镜为正光焦度透镜，入射面为凸面，出射面为凸面；第五透镜为负光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凸面；第六透镜为正光焦度透镜，入射面为凹面，出射面为凸面。

6.根据权利要求1所述的一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第一透镜的玻璃材料：1.45<n<1.65，60<vd<80；第二透镜的玻璃材料：1.55<n<1.75，40<vd<55；第三透镜的玻璃材料：1.75<n<1.95，15<vd<30；第四透镜的玻璃材料：1.75<n<1.95，15<vd<30；第五透镜的玻璃材料：1.45<n<1.65，55<vd<70；第六透镜的玻璃材料：1.75<n<1.95，15<vd<30；其中，n为折射率，vd为阿贝系数。

7.根据权利要求1所述的一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第三透镜和第四透镜采用同一种玻璃材料。

8.根据权利要求1所述的一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，其特征在于，所述第一透镜与第二透镜之间的距离为6.5mm～7.5mm，第二透镜与第三透镜之间的距离为10mm～12mm，第三透镜与第四透镜之间的距离为0mm，第四透镜与第五透镜之间的距离为4mm～6mm，第五透镜与第六透镜之间的距离为0mm。

9.一种光谱共焦传感器，其特征在于，包括光源、光谱仪、光纤和权利要求1-8任一项所述的长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，所述光源设在像方一侧，被测物设在物方一侧，所述光源用于出射白光并使所述白光经过测量镜头后形成色散光照射至被测物，所述光纤用于传播光束，光纤的光源端与光源连接，光纤的光谱仪端与光谱仪连接，光纤的镜头端与光谱共焦测量镜头连接，所述光谱仪用于接收从被测物反射并经过测量镜头传播并射出的单波长反射光。

技术总结
本发明公开了一种长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头，包括从像方至物方依次排列设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，所述第五透镜和第六透镜组成密接的双胶合透镜，其他各透镜均为单透镜；光源出射的光束由所述第一透镜入射，由所述第六透镜出射形成色散光，所述色散光照射至被测物表面后，根据被测物所处的不同位置，反射回不同波长的反射光，所述反射光由所述第六透镜入射，由所述第一透镜出射。光谱共焦传感器，包括光源、光谱仪、光纤和上述的长工作距离的紧凑型光谱共焦测量镜头。本发明结构简单紧凑，易于装配，适应于各种工业场景。

技术研发人员：陈友华,何宁,匡翠方,周达凯,徐鑫俊,卞殷旭,杜匡为
受保护的技术使用者：浙江大学宁波“五位一体”校区教育发展中心
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17