CN217846758U - 一种大轴向色差的色散镜头组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大轴向色差的色散镜头组，从光的传输方向依次包括狭缝、第一遮光光阑、第一透镜组、第二遮光光阑、第二透镜组、第三遮光光阑和探测面。本实用新型是一种能应用于线扫描光谱共焦的大轴向色差的色散物镜，能够考虑色散物镜的像差校正与色散范围之间的平衡。本实用新型可广泛应用在光学物镜技术领域。

Description

一种大轴向色差的色散镜头组

技术领域

本实用新型涉及光学物镜技术领域，尤其涉及一种大轴向色差的色散镜头组。

背景技术

在光谱共焦传感器中，光源采用了波长范围较广的宽光谱光源，而入射光经过位于焦点处的针孔后，经过准直棱镜形成平行光，由上入射的光经分束器后打到特殊的色散物镜中，色散物镜会形成按各波长分布的轴向色散，物镜会将光聚焦在光轴不同位置上，而探测样品表面的位移信息会置换成反射回来光的波长信息，光反射回分光镜，并在探测器前的小孔前成像。而光源处小孔、探测器小孔以及物方焦面为共轭关系。

色散物镜决定了不同波长的分开程度，即轴向色散的大小或测量范围的大小，而以及在探测面的位移起伏与反射回来的光之间转换关系也会影响测量的精度与分辨率，是整个光谱共焦显微系统的关键。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种能应用于线扫描光谱共焦的大轴向色差的色散物镜，能够考虑色散物镜的像差校正与色散范围之间的平衡。

本实用新型所采用的技术方案是：一种大轴向色差的色散镜头组，从光的传输方向依次包括狭缝、第一遮光光阑、第一透镜组、第二遮光光阑、第二透镜组、第三遮光光阑和探测面。

进一步，所述第一透镜组的焦距为长焦距，焦距取值范围为100mm至150mm。

进一步，所述第一透镜组依次包括同轴上的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，第五透镜，第六透镜和第七透镜。

进一步，所述第一透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-250mm至-200mm；所述第二透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为100mm至150mm；所述第三透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为180mm至220mm；所述第四透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-100mm至-140mm；所述第五透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为200mm至240mm；所述第六透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为160mm至200mm；所述第七透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-1000m至-1200mm。

进一步，所述第一透镜为平凹透镜、凹面朝向物方；所述第二透镜为正弯月透镜，凸面朝向像方；所述第三透镜为正弯月透镜，凸面朝向物方；所述第四透镜为双凹透镜；所述第五透镜为正弯月透镜，凸面朝向像方；所述第六透镜为平凸透镜，凸面朝向物方；所述第七透镜为负弯月透镜，凸面朝向像方。

进一步，所述第二透镜组的焦距为长焦距，焦距取值范围为100mm至150mm。

进一步，所述第二透镜组依次包括同轴上的第八透镜，第九透镜，第十透镜，第十一透镜，第十二透镜，第十三透镜和第十四透镜。

进一步，所述第八透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-330mm至-350mm；所述第九透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为200mm至230mm；所述第十透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为170mm至200mm；所述第十一透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-130mm至-150mm；所述第十二透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为150mm至180mm；所述第十三透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为140mm至170mm；所述第十四透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-160mm至-190mm。

进一步，所述第八透镜为负弯月透镜，凸面朝向物方；所述第九透镜为平凸透镜，凸面朝向像方；所述第十透镜为正弯月透镜，凸面朝向物方；所述第十一透镜为双凹透镜；所述第十二透镜为双凸透镜；所述第十三透镜为正弯月透镜，凸面朝向物方；所述第十四透镜为平凹透镜，凹面朝向物方。

进一步，所述狭缝为长方形的遮光光阑，所述狭缝的长度为10mm到20mm，所述狭缝的宽度为10μm到25μm。

本实用新型的有益效果是：本实用新型增加多处遮光光阑限制入射光线角度并滤除非探测面波段的其他干扰光，提高成像质量，通过第一透镜组控制系统的物方远心、对探测光进行初步的色散并校正系统的像差，通过第二透镜组用于于控制系统的像方远心、对探测光进行进一步的色散并校正系统的残存像差，最终得到应用于线扫描光谱共焦的大轴向色差的色散物镜。

附图说明

图1是本实用新型一种大轴向色差的色散镜头组的结构框图；

图2是本实用新型色散物镜探测时的光路俯视图；

图3是本实用新型色散物镜探测时的光路正视图；

图4是本实用新型遮光光阑结构示意图。

附图标记：101、狭缝；A1、第一遮光光阑；L1、第一透镜；L2、第二透镜；L3、第三透镜；L4、第四透镜；L5、第五透镜；L6、第六透镜；L7、第七透镜；G1、第一透镜组；A2、第二遮光光阑；L8、第八透镜；L9、第九透镜；L10、第十透镜；L11、第十一透镜；L12、第十二透镜；L13、第十三透镜；L14、第十四透镜；A3、第三遮光光阑；G2、第二透镜组。

具体实施方式

参照图1，本实用新型提供了一种大轴向色差的色散镜头组，从光的传输方向依次包括狭缝101、第一遮光光阑A1、第一透镜组G1、第二遮光光阑A2、第二透镜组G2、第三遮光光阑A3和探测面。

具体地，所述第一透镜组G1用于控制系统的物方远心、对探测光进行初步的色散并校正系统的像差，所述第二透镜组G2用于于控制系统的像方远心、对探测光进行进一步的色散并校正系统的残存像差。

另外，遮光光阑的加入对于整个系统来说是非常必要的，其大小、位置都会影响系统的性能。对于入射光而言，加入多处遮光光阑可以限制入射光线角度，这对于具有多片透镜的系统来说是非常重要的，这样也可以减少装配的难度；对于反射回来的光而言，加入多处遮光光阑可以滤除掉非探测面波段的其他干扰光，提高成像质量。

进一步作为本实用新型优选实施例，所述第一透镜组G1的焦距为长焦距，焦距取值范围为100mm至150mm，所述第一透镜组G1包括了同轴上的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6以及第七透镜L7，所述第一透镜L1为负焦距透镜，焦距取值范围为-250mm至-200mm，所述第二透镜L2为正焦距透镜，焦距取值范围为100mm至150mm，所述第三透镜L3为正焦距透镜，焦距取值范围为180mm至220mm，所述第四透镜L4为负焦距透镜，焦距取值范围为-100mm至-140mm，所述第五透镜L5为正焦距透镜，焦距取值范围为200mm至240mm，所述第六透镜L6为正焦距透镜，焦距取值范围为160mm至200mm，所述第七透镜L7为负焦距透镜，焦距取值范围为-1000m至-1200mm，所述第一透镜L1为平凹透镜、凹面朝向物方，所述第二透镜L2为正弯月透镜，凸面朝向像方，所述第三透镜L3为正弯月透镜，凸面朝向物方，所述第四透镜L4为双凹透镜，所述第五透镜L5为正弯月透镜，凸面朝向像方，所述第六透镜L6为平凸透镜，凸面朝向物方，所述第七透镜L7为负弯月透镜，凸面朝向像方。

具体地，所述的第一透镜L1用于调整探测光的孔径并控制物方远心，所述的第二透镜L2对不同波长的光有不同折射能力，完成初步的色散，所述的第三透镜L3用于校正探测光经过前面系统的球差并控制第一透镜组的焦距为长焦距，所述的第四透镜L4用于发散入射光并校正探测光的畸变，所述的第五透镜L5用于对探测光进行进一步的色散，所述的第六透镜L6用于校正系统引起的球差以及对探测光进行进一步的色散，所述的第七透镜L7用于对探测光进行光束整形，保证探测光能通过遮光光阑。

进一步作为本实用新型优选实施例，所述第二透镜组G2的焦距为长焦距，焦距取值范围为100mm至150mm。所述第二透镜组G2包括了同轴上的第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12、第十三透镜L13以及第十四透镜L14。所述第八透镜L8为负焦距透镜，焦距取值范围为-330mm至-350mm，所述第九透镜L9为正焦距透镜，焦距取值范围为200mm至230mm，所述第十透镜L10为正焦距透镜，焦距取值范围为170mm至200mm，所述第十一透镜L11为负焦距透镜，焦距取值范围为-130mm至-150mm，所述第十二透镜L12为正焦距透镜，焦距取值范围为150mm至180mm，所述第十三透镜L13为正焦距透镜，焦距取值范围为140mm至170mm，所述第十四透镜L14为负焦距透镜，焦距取值范围为-160mm至-190mm。所述第八透镜L8为负弯月透镜，凸面朝向物方，所述第九透镜L9为平凸透镜，凸面朝向像方，所述第十透镜L10为正弯月透镜，凸面朝向物方，所述第十一透镜L11为双凹透镜，所述第十二透镜L12为双凸透镜，所述第十三透镜L13为正弯月透镜，凸面朝向物方，所述第十四透镜L14为平凹透镜，凹面朝向物方。

具体地，所述第八透镜L8用于收集遮光光阑出射的探测光并校正探测光的慧差，所述的第九透镜L9用于对探测光进行进一步的色散并校正系统引起的球差，所述的第十透镜L10用于校正系统引起的像散以及对探测光进行进一步的色散，所述的第十一透镜L11用于校正系统引起的球差，所述的第十二透镜L12用于对探测光进行进一步的聚焦并校正系统引起的球差，所述的第十三透镜L13对不同波长的光有不同折射能力，完成最后的色散，所述的第十四透镜L14用于校正探测光经过前面系统的残存像差并控制第二透镜组的焦距为长焦距。

进一步作为本实用新型优选实施例，遮光光阑A1、A2、A3均为关于光轴对称的圆形光阑，如图4所示。

进一步作为本实用新型优选实施例，所述狭缝为长方形的遮光光阑，所述狭缝的长度为10mm到20mm，所述狭缝的宽度为10μm到25μm。

进一步作为本实用新型优选实施例，光线倾斜入射的角度为10°到20°。

进一步作为本实用新型优选实施例，色散物镜的轴向色散5到20mm。

本实用新型所示的是一种大轴向色差的色散物镜，外部使用白光LED作为光源，光源输出的光以一定角度倾斜打到狭缝后，由狭缝出射的光可以看似成类理想的线光源发出的光，而狭缝出射的光倾斜入射到色散物镜的一侧，也即仅靠一侧作为传输光路。假设狭缝长度12.5mm，而且以半轴为传输光路，因此透镜的半径需要很大，这样就约束了曲率半径不能过小。曲率半径过小的透镜发散与聚焦能力并不强，因此需要加入多片透镜来完成设计目标。

图2和图3为色散物镜探测时的光路图。外部的宽光谱、波段为450nm到750nm的LED光源首先经过光纤整合缩束成均匀出光的线光源，光源发射出的白光经过长度12.5mm宽度15um的长方形狭缝以倾斜15°角度入射至透镜组，孔径角为15°，经过图2中的光路打到探测面上。探测物的不同高度会反射回不同波长的光，该波长的光经过遮光光阑A1、遮光光阑A2、遮光光阑A3后从狭缝出射到光谱仪处,只有探测物反射回来波段的光能够出射到光谱仪部分进行探测，根据光的波长得到探测物的高度信息。从图中可以看到，当探测反射面处于红光750nm波段时，其余波段的光为干扰光，这折返光路中会被遮光光阑A1、A2、A3滤除，只有探测物反射回来波段的光才能够出射。

作为一个实例，各透镜镜片面型参数见下表1：

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于，从光的传输方向依次包括狭缝、第一遮光光阑、第一透镜组、第二遮光光阑、第二透镜组、第三遮光光阑和探测面。

2.根据权利要求1所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于，所述第一透镜组的焦距为长焦距，焦距取值范围为100mm至150mm。

3.根据权利要求1所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于，所述第一透镜组依次包括同轴上的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，第五透镜，第六透镜和第七透镜。

4.根据权利要求3所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于：

所述第一透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-250mm至-200mm；

所述第二透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为100mm至150mm；

所述第三透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为180mm至220mm；

所述第四透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-100mm至-140mm；

所述第五透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为200mm至240mm；

所述第六透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为160mm至200mm；

所述第七透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-1000m至-1200mm。

5.根据权利要求3所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于：

所述第一透镜为平凹透镜、凹面朝向物方；

所述第二透镜为正弯月透镜，凸面朝向像方；

所述第三透镜为正弯月透镜，凸面朝向物方；

所述第四透镜为双凹透镜；

所述第五透镜为正弯月透镜，凸面朝向像方；

所述第六透镜为平凸透镜，凸面朝向物方；

所述第七透镜为负弯月透镜，凸面朝向像方。

6.根据权利要求1所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于，所述第二透镜组的焦距为长焦距，焦距取值范围为100mm至150mm。

7.根据权利要求1所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于，所述第二透镜组依次包括同轴上的第八透镜，第九透镜，第十透镜，第十一透镜，第十二透镜，第十三透镜和第十四透镜。

8.根据权利要求7所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于：

所述第八透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-330mm至-350mm；

所述第九透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为200mm至230mm；

所述第十透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为170mm至200mm；

所述第十一透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-130mm至-150mm；

所述第十二透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为150mm至180mm；

所述第十三透镜为正焦距透镜，焦距取值范围为140mm至170mm；

所述第十四透镜为负焦距透镜，焦距取值范围为-160mm至-190mm。

9.根据权利要求7所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于：

所述第八透镜为负弯月透镜，凸面朝向物方；

所述第九透镜为平凸透镜，凸面朝向像方；

所述第十透镜为正弯月透镜，凸面朝向物方；

所述第十一透镜为双凹透镜；

所述第十二透镜为双凸透镜；

所述第十三透镜为正弯月透镜，凸面朝向物方；

所述第十四透镜为平凹透镜，凹面朝向物方。

10.根据权利要求1所述一种大轴向色差的色散镜头组，其特征在于目标，所述狭缝为长方形的遮光光阑，所述狭缝的长度为5mm到20mm，所述狭缝的宽度为5μm到25μm。

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