(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210558016.9 (22)申请日 2022.05.21 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市屯溪路193号 (72)发明人 夏豪杰　赵雨露　常松涛　李维诗　 张进　 (74)专利代理 机构 北京科名专利代理有限公司 11468 专利代理师 陈朝阳 (51)Int.Cl. G02B 13/00(2006.01) G02B 1/00(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种长物 距线性色散物镜 (57)摘要 本发明公开了一种长物距线性色散物镜， 所 述色散物镜包括同轴放置的一个单透镜和若干 个双胶合透镜， 连续光谱的点光源 经过所述色散 物镜后不同波长的光汇聚到光轴上不同位置， 经 过优化平衡了轴向色散范围、 成像质量以及色散 与波长的线性关系， 通过牺牲部分色散线性度， 使用二次函数拟合色散曲线， 从而获得较好的成 像质量及大色散范围。 考虑公差及加工装配难 度， 减少了特殊弯月形透镜数量。 所述色散物镜 具有长物距， 便于对透镜前端光路进行调整， 应 用于不同测量系统。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114895434 A 2022.08.12 CN 114895434 A 1.一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 包括由物方至像方依次包括同轴设置的第 一透镜、 第二透镜、 第三透镜、 第四透镜、 第五透镜、 第六透镜以及第七透镜组成的色散透镜 组； 其中， 所述的色散 透镜组满足以下约束条件： 其中 为单透镜的光焦度， υdi为第i种玻璃材 料的阿贝数， N 为玻璃材 料种类数； 为玻璃材 料的色散线性度； 其中， Pi为第i种玻璃材料的相对部分色散， λF、 λd、 λC分别为F、 d、 C特征光的波长， nFi、 ndi、 nCi分别为第i种玻璃材 料在F、 d、 C特 征光下的折 射率。 2.根据权利要求1所述的一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 所述第 一透镜为单透 镜， 所述第二透镜和 第三透镜构成双胶合透镜I， 所述第四透镜和 第五透镜构成双胶合透镜 II， 所述第六透 镜和第七透 镜构成双 胶合透镜II。 3.根据权利要求1所述的一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 所述第 一透镜为平 凹 透镜， 靠近物方的一面为平面， 折射率n满足1.90≤n≤2.00， 中心厚度为5mm， 第一透镜中心 与第二透 镜中心的空气间隔为7m m。 4.根据权利要求2所述的一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 所述第 二透镜折射率 n满足1.49≤n≤1.51， 中心厚度为4.5mm； 所述第三透镜折射率n满足1.73≤n≤1.78， 中心 厚度为5m m； 双胶合透镜I的中心 距离第四透 镜中心的空气间隔为7.25m m。 5.根据权利要求2所述的一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 所述第四透镜折射率 n满足1.90≤n≤2.00， 中心厚度为3mm； 所述第五透镜折射率n满足1.73≤n≤1.78， 中心厚 度为5.5m m； 双胶合透镜II的中心距离第六透 镜中心的空气间隔为7.5m m。 6.根据权利要求2所述的一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 所述第六透镜折射率 n满足1.73≤n≤1.78， 中心厚度为5.5mm； 所述第七透镜折射率n满足1.49≤n≤1.51， 中心 厚度为4mm。 7.根据权利要求1 ‑6中任一权利要求所述的一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 所 述的色散物镜组的工作波段为 430‑710nm。 8.根据权利要求1 ‑6中任一权利要求所述的一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 所 述色散透镜组物距大于80mm， 色散透镜组的镜头最后一面到像面的距离大于29mm， 像方数 值孔径大于 0.28。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114895434 A 2一种长物距线性色散物镜 技术领域 [0001]本发明属于光学物镜领域， 特别涉及一种具有长物 距的轴向线性色散物镜 。 背景技术 [0002]彩色光谱共焦技术是一种非接触式光学测量手段， 利用轴向色散实现对轴上位置 的编码， 取代了共焦显微镜的轴向扫描， 大幅度提高了测量速度， 分辨率可达微、 纳米级。 而 且相较于传统的的激光三角反射式测量系统、 白光干涉仪、 电感 式传感器等测量方式， 彩色 光谱共焦传感器质量轻、 体积小， 对表面状况的要求更低， 容许更大 的倾斜角度， 因此被广 泛应用于表面形貌检测、 精密测量、 生物医学成像、 超精密制造等 不同领域。 [0003]光谱共焦的轴向色散是通过色散物镜实现的， 因此色散物镜的性能在 一定程度上 决定了测 量系统的精度、 分辨率及测量范围等参数指标。 国内外学者围绕色散物镜设计开 展了一系列研究工作， 按照产生色散的原理大致可分为折射式与衍射式。 由于玻璃材料 的 折射率在可见光范围内与波长呈非线性， 使用单一的玻璃材料无法产生线性色散， 需要选 择合适的玻璃材料组合以减小非线性度， 但不能达到完全线性。 衍射光学元件的色散与波 长之间为线性关系， 但存在较大像差， 需要配合透镜组来减小像差， 然而透镜组的引入会破 坏色散与波长的线性关系， 且衍射光学元件加工难度大， 难以做到大数值孔径。 因此综合考 虑， 折射透镜组仍是线性色散元件的主 要研究方向。 [0004]色散物镜的色散范围影响了测量系统的量程， 色散与波长的线性度决定了测量精 度， 色散物镜的像方数值孔径决定了测量系统分辨率， 而这些指标往往又相互制约。 目前与 色散物镜相关的专利中， 为了获得较好的成像质量以及色散与波长之间的线性度， 光学结 构中通常涉及到弯月形透镜， 一些特殊的弯月透镜也会增加加工难度与成本。 因此， 如何达 到各项指标之间的平衡是需要解决的问题。 发明内容 [0005]针对上述存在的问题， 本发明的目的在于提供一种长物距线性色散物镜， 牺牲部 分色散线性度， 使用二次函数拟合色散与波长的关系， 使物镜具有 大色散范围， 且各波长在 其各自焦平面处成像质量较好， 同时尽可能减少特殊弯月形透镜数量， 放宽公差。 增大色散 物镜的物 距， 便于对透镜前端光路进行调整， 应用于不同测量系统。 [0006]为实现本发明的发明目的， 本发明提供的技 术方案是 [0007]一种长物距线性色散物镜， 其特征在于， 包括由物方至像方依次包括 同轴设置的 第一透镜、 第二透镜、 第三透镜、 第四透镜、 第五透镜、 第六透镜以及第七透镜组成的色散透 镜组； [0008]其中， [0009]所述的色散 透镜组满足以下约束条件：说　明　书 1/4 页 3 CN 114895434 A 3