【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种镜头，具体涉及一种长工作距线光斑整形镜头以及一种线光斑成像系统。
技术介绍
1、在工业生产或者检测环节，线阵相机由于其大成像视野、快速的扫描成像速度，在机器视觉等领域得到了大规模的应用。线阵相机的视野通常是线形，为了配合线阵相机成像，需要提供相应的照明，照明的范围通常需要大于线阵相机成像的视野。照明范围可以是方形，也可以是圆形，但是这些形状由于大部分能量照射在线阵相机视野之外，导致照明的能量利用率很低，因此需要将光斑整形成线光斑，以提高能量利用率。
2、常规的形成线光斑的方法是：1、将发散光束准直，随后用柱面镜压缩成线光斑，如中国专利cn201910631906.6；2、另一种方式是采用鲍威尔棱镜将准直的激光束发散成线光斑，如中国专利cn201911088289.6。这两种线光斑整形方法都存在工作距离短的问题，如果成像镜头体积较大、工作距离短时，该两种方案将无法使用。
3、由此可见，传统的线光斑生成方法工作距离短，无法满足要求，因此一款工作距离长的线光斑整形镜头是市场上迫切需要的。
4、中国专利cn202210486145.1公开了一种光学整形模组、装置及激光雷达系统，在激光光源的光轴上依次设置准直模块和整形模块，激光光源发射的激光光束依次通过准直模块和整形模块，其中准直模块对激光光束在快轴和慢轴方向上进行准直形成准直光束，整形模块对准直光束的慢轴方向整形，使得整形后的光束在慢轴方向上的角空间范围内的能量呈高斯分布。该专利中，是在快慢轴两个方向上对激光光源进行准直，无法形成线
5、因此迫切需要一款长工作距线光斑整形镜头来实现长工作距线光斑照明。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种长工作距线光斑整形镜头以及一种线光斑成像系统，以解决现有技术中形成线光斑的整形镜头工作距离短，无法适配于大体积、工作距离短的成像镜头使用，实现了工作距离长、成像质量好的线光斑整形镜头。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、本专利技术第一方面公开了一种长工作距线光斑整形镜头，包括第一柱面镜组和第二柱面镜组；
4、所述的第一柱面镜组于y-z平面内的光焦度为0，用于会聚x-z平面内的光束；
5、所述的第二柱面镜组于x-z平面内的光焦度为0，用于会聚y-z平面内的光束；
6、所述的线光斑整形镜头在x-z平面内像距大于物距，在y-z平面内物距大于像距；或，所述的线光斑整形镜头在y-z平面内像距大于物距，在x-z平面内物距大于像距。
7、根据成像公式m＝像距/物距：当像距大于物距时，成像为放大像；当像距小于物距时，成像为缩小像。因而，当x-z平面内成放大像、y-z平面内成缩小像，组合后可形成一线光斑；同样的，当y-z平面内成放大像、x-z平面内成缩小像，组合后仍形成一线光斑。
8、优选地，所述的第一柱面镜组包括至少一片柱面镜，所述的第二柱面镜组包括至少一片柱面镜。
9、优选地，所述的柱面镜的材料为熔石英。
10、优选地，所述的线光斑整形镜头的工作距离不低于15mm。
11、本专利技术第二方面公开了一种线光斑成像系统，包括光源、线光斑整形镜头、样品、成像镜头、会聚透镜和线阵探测器，所述的线光斑整形镜头设置于光源与样品之间的光路上，所述的成像镜头、会聚透镜和线阵探测器依次排列于样品的反射光路或散射光路上，
12、所述的线光斑整形镜头采用如上任一所述的长工作距线光斑整形镜头。
13、优选地，所述的线阵探测器接收的线光斑与样品表面的线光斑共轭，且样品表面的线光斑大于线阵探测器的物方视野。
14、优选地，所述的线阵探测器为线阵相机。
15、优选地，所述的成像镜头为大口径的成像镜头或高na的物镜。
16、优选地，所述的大口径的成像镜头的口径大于35mm；所述的高na的物镜的na大于0.38。
17、优选地，所述的光源设置于样品的斜侧，成角度入射样品表面，使反射光路或散射光路垂直于样品表面射出。如此设置使得成像镜头、会聚透镜和线阵探测器以垂向形式依次排列于样品的上方，符合正常操作习惯。
18、本专利技术的工作原理为：
19、现有技术实现线光斑的原理是先准直、后用柱面镜会聚，工作距离取决于会聚柱面镜的焦距。因为是准直光入射到柱面镜上，根据光学原理，会聚点位于柱面镜的后焦面上，即工作距离近似等于柱面镜的焦距。而为了获得窄线宽的光斑，由衍射公式，d＝1.22λ/d(其中，λ是入射光波长，d是入射光束直径，d是能会聚的最窄线宽)，因此通常在入射光波长和入射光束直径确定的情况下，会聚光斑越细，就需要柱面镜的焦距越短，由此导致工作距离越短。
20、本专利技术的原理是使直径较小的圆形光源在两个轴方向上得到不同程度的成像放大，根据成像公式：其中，l'为像距，l为物距，f'为镜组焦距；放大倍率公式：其中β为放大倍率。先在xz平面内用第一柱面镜组将光源x方向尺寸做大倍率放大成像，形成线光斑的长边，接着在yz平面内用第二柱面镜组将光源y方向尺寸做小倍率放大成像，形成线光斑的短边。因为第二柱面镜组的像距是此时的工作距离，因此可以不受衍射公式的限制，通过调节物距和镜组焦距就能够实现比较小的窄线光斑。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
22、本专利技术提出了一种线光斑整形镜头，具有工作距离长，成像质量好的特点，能够与大口径的成像镜头或者高na的物镜一起搭配使用，满足了此类成像装置下照明镜头长工作距的要求。
23、通过本专利技术的线光斑整形镜头得到的线光斑能量锐利，常规现有技术(如对比例1-2的方法)得到的线光斑在长度方向上不锐利。在采用相同光源的情况下，本专利技术得到的线光斑能够实现更大的长宽比。
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1.一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，包括第一柱面镜组(001)和第二柱面镜组(002)；
2.根据权利要求1所述的一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，所述的第一柱面镜组(001)包括至少一片柱面镜，所述的第二柱面镜组(002)包括至少一片柱面镜。
3.根据权利要求2所述的一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，所述的柱面镜的材料为熔石英。
4.根据权利要求1所述的一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，所述的线光斑整形镜头(102)的工作距离不低于15mm。
5.一种线光斑成像系统，包括光源(101)、线光斑整形镜头(102)、样品(103)、成像镜头(104)、会聚透镜(105)和线阵探测器(106)，所述的线光斑整形镜头(102)设置于光源(101)与样品(103)之间的光路上，所述的成像镜头(104)、会聚透镜(105)和线阵探测器(106)依次排列于样品(103)的反射光路或散射光路上，
6.根据权利要求5所述的一种线光斑成像系统，其特征在于，所述的线阵探测器(106)接收的线光斑与样品(103)表面
7.根据权利要求6所述的一种线光斑成像系统，其特征在于，所述的线阵探测器(106)为线阵相机。
8.根据权利要求5所述的一种线光斑成像系统，其特征在于，所述的成像镜头(104)为大口径的成像镜头或高NA的物镜。
9.根据权利要求8所述的一种线光斑成像系统，其特征在于，所述的大口径的成像镜头的口径大于35mm；所述的高NA的物镜的NA大于0.38。
10.根据权利要求5所述的一种线光斑成像系统，其特征在于，所述的光源(101)设置于样品(101)的斜侧，成角度入射样品(101)表面，使反射光路或散射光路垂直于样品(103)表面射出。
...【技术特征摘要】
1.一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，包括第一柱面镜组(001)和第二柱面镜组(002)；
2.根据权利要求1所述的一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，所述的第一柱面镜组(001)包括至少一片柱面镜，所述的第二柱面镜组(002)包括至少一片柱面镜。
3.根据权利要求2所述的一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，所述的柱面镜的材料为熔石英。
4.根据权利要求1所述的一种长工作距线光斑整形镜头，其特征在于，所述的线光斑整形镜头(102)的工作距离不低于15mm。
5.一种线光斑成像系统，包括光源(101)、线光斑整形镜头(102)、样品(103)、成像镜头(104)、会聚透镜(105)和线阵探测器(106)，所述的线光斑整形镜头(102)设置于光源(101)与样品(103)之间的光路上，所述的成像镜头(104)、会聚透镜(105)和线阵探测器(106)依次排列于样...
【专利技术属性】
技术研发人员：王智，杨青，庞陈雷，陆宏杰，王兴锋，孙永强，卓桐，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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