一种光谱共聚焦色散镜头及光谱共聚焦位移传感器的制作方法

本技术涉及光学测量，具体涉及一种光谱共聚焦色散镜头及光谱共聚焦位移传感器。

背景技术：

1、随着我国高端精密制造业的快速发展，为保证产品的工作性能和质量，各种高精度位移传感器层出不穷。光谱共焦位移传感器是一种新颖的高精度光电位移传感器，通过光学色散建立聚焦距离和波长之间一一对应的关系，可以测量表面轮廓及形貌、透明材料物体的厚度，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、速度快等特点，广泛应用于工业制造、航空航天、医疗器械、半导体芯片等领域，受到国内外学者的密切关注。

2、色散镜头是光谱共焦位移传感器中的一个重要组成部分，它的轴向色散范围决定了传感器的测量范围。由于光源通常情况下都采用led，因此光谱范围在430-750之间。

3、现有的色散镜头，在横向及轴向的分辨率较高的情况下，结构设计复杂，且镜头材料繁多，制造装配成本高。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是目前的色散镜头在横向及轴向的分辨率较高的情况下，存在结构设计复杂、镜头材料繁多、制造装配成本高的问题，提出了一种光谱共聚焦色散镜头及光谱共聚焦位移传感器，解决了目前的色散镜头在横向及轴向的分辨率较高的情况下，存在结构设计复杂、镜头材料繁多、制造装配成本高的问题。

2、本实用新型通过下述技术方案实现：

3、一方面，本申请提出一种光谱共聚焦色散镜头，从光纤端到被测物端沿光轴依次包括：光阑、具有负光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有正光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六镜片。

4、本申请中的光谱共聚焦色散镜头的结构从光纤端到被测物端沿光轴依次包括：光阑、具有负光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有正光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六镜片，色散时物侧处物面发出的光线依次经过上述镜片，最终在被测物端聚焦，该光谱共聚焦色散镜头的结构设计合理，操作使用便利、制造成本低、轴向及轴向分辨率高、成像质量好、测量精度高，而且能解决现有的高分辨率光谱共聚焦镜头存在的镜头结构复杂、成本高昂的问题。

5、其中，本申请中的光谱共聚焦色散镜头的结构中的所有镜片的材料可以采用同一种材料制作，折射率为：1.7<nd<1.8，阿贝数为：45<vd<55。

6、其中第一镜片与第二镜片相胶合。

7、进一步的，所述第一镜片为双凹透镜，焦距为：f1＝33.56，厚度：7mm<t<7.5mm。

8、进一步的，所述第二镜片和第三镜片均为弯向光纤端的弯月型镜片；所述第二镜片的焦距为：f2＝72.35，厚度为：5.5mm<t<6mm；所述第三镜片的焦距为：f3＝82.54，厚度为：7.5mm<t<8mm。

9、进一步的，所述第四镜片、第五镜片和第六镜片均为弯向被测物端的弯月型镜片；所述第四镜片的焦距为：f4＝122.69，厚度为：4.5mm<t<5mm；所述第五镜片的焦距为：f5＝87.15，厚度为5mm<t<5.5mm；所述第六镜片的焦距为：f6＝69.82，厚度5.5mm<t<6mm。

10、进一步的，光阑位于所述第一镜片被测物端一方的表面。

11、进一步的，所述光谱共聚焦色散镜头的被测物端的na大于0.46。

12、进一步的，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片和第六镜片的通光口径均小于30mm，机械直径均为31mm。

13、本申请中所有镜片直径相同，镜片侧边厚度大于3mm,有利于降低装配难度、提高安装精度、减少装调维度，机械工作距离为18mm，测量范围为1mm，静态轴向分辨率为10nm，镜头色散效果好，测量精度高。

14、进一步的，所述光谱共聚焦镜头的工作f#为0.997。

15、进一步的，所述光谱共聚焦镜头的最大测量角度为±30°，色散范围为1mm，镜头总长为135mm。

16、另一方面，本申请提出一种光谱共焦位移传感器，包括上述任意一种光谱共聚焦色散镜头。

17、本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

18、(1)本申请中的光谱共聚焦色散镜头的结构从光纤端到被测物端沿光轴依次包括：光阑、具有负光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有正光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六镜片，色散时物侧处物面发出的光线依次经过上述镜片，最终在被测物端聚焦，该光谱共聚焦色散镜头的结构设计合理，操作使用便利、制造成本低、轴向及轴向分辨率高、成像质量好、测量精度高，而且能解决现有的高分辨率光谱共聚焦镜头存在的镜头结构复杂、成本高昂的问题；

19、(2)本申请中所有镜片直径相同，镜片侧边厚度大于3mm,有利于降低装配难度、提高安装精度、减少装调维度，机械工作距离为18mm，测量范围为1mm，静态轴向分辨率为10nm，镜头色散效果好，测量精度高。

技术特征：

1.一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，从光纤端到被测物端沿光轴依次包括：光阑、具有负光焦度的第一镜片(01)、具有正光焦度的第二镜片(02)、具有正光焦度的第三镜片(03)、具有正光焦度的第四镜片(04)、具有正光焦度的第五镜片(05)、具有正光焦度的第六镜片(06)。

2.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，所述第一镜片(01)为双凹透镜，焦距为：f1＝33.56，厚度：7mm<t<7.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，所述第二镜片(02)和第三镜片(03)均为弯向光纤端的弯月型镜片；所述第二镜片(02)的焦距为：f2＝72.35，厚度为：5.5mm<t<6mm；所述第三镜片(03)的焦距为：f3＝82.54，厚度为：7.5mm<t<8mm。

4.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，所述第四镜片(04)、第五镜片(05)和第六镜片(06)均为弯向被测物端的弯月型镜片；所述第四镜片(04)的焦距为：f4＝122.69，厚度为：4.5mm<t<5mm；所述第五镜片(05)的焦距为：f5＝87.15，厚度为5mm<t<5.5mm；所述第六镜片(06)的焦距为：f6＝69.82，厚度5.5mm<t<6mm。

5.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，光阑位于所述第一镜片(01)被测物端一方的表面。

6.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，所述光谱共聚焦色散镜头的被测物端的na大于0.46。

7.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，所述第一镜片(01)、第二镜片(02)、第三镜片(03)、第四镜片(04)、第五镜片(05)和第六镜片(06)的通光口径均小于30mm，机械直径均为31mm。

8.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，所述光谱共聚焦镜头的工作f#为0.997。

9.根据权利要求1所述的一种光谱共聚焦色散镜头，其特征在于，所述光谱共聚焦镜头的最大测量角度为±30°，色散范围为1mm，镜头总长为135mm。

10.一种光谱共聚焦位移传感器，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的光谱共聚焦色散镜头。

技术总结
本技术公开了一种光谱共聚焦色散镜头及光谱共聚焦位移传感器，涉及光学测量技术领域，从光纤端到被测物端沿光轴依次包括：光阑、具有负光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有正光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六镜片。色散时物侧处物面发出的光线依次经过上述镜片，最终在被测物端聚焦，该光谱共聚焦色散镜头的结构设计合理，操作使用便利、制造成本低、轴向及轴向分辨率高、成像质量好、测量精度高，而且能解决现有的高分辨率光谱共聚焦镜头存在的镜头结构复杂、成本高昂的问题。

技术研发人员：刘文涛,周杨,杜文豪,杜凯,余正涛
受保护的技术使用者：重庆孚纳科技有限公司
技术研发日：20230710
技术公布日：2024/1/25