[0001] 本发明属于视觉测量技术领域，特别涉及一种多倍率单图像传感器测量镜头。

[0002] 测量镜头是一种专用于精确测量和获取物体尺寸、形状、位置等空间信息的光学镜头。它通常被用于工业检测、显微镜、激光扫描以及光学测量等领域。与普通镜头不同，测量镜头要求具有更高的分辨率、较大的视场和更稳定的倍率，以便准确记录物体的微小变化并进行精确的尺寸计算。

[0003] 测量镜头的主要目的是提供精确、可靠的光学测量工具，广泛应用于自动化检测、质量控制、机器人引导、三维扫描等领域。它能够帮助制造商实现产品质量的实时检测和控制，减少人为误差，提升生产效率。在科研领域，测量镜头则用于获取更细致的图像数据，助力科研人员进行样本观察、微观分析等。

[0004] 随着制造工艺的日益复杂和精密化，对测量镜头的要求也越来越高，特别是在高精度测量和自动化系统中，测量镜头的作用变得尤为重要。

[0005] 目前，测量镜头在需要多种放大倍率的情况下，主要有两种方法：使用变焦镜头和使用共同的物镜+多个镜像+多个图像传感器。

[0006] 变焦镜头通过调整光学元件的相对位置来改变镜头的焦距，从而实现不同倍率的切换。这种方法的优点是结构简单，能够提供连续、平滑的倍率调整，适合需要连续变化倍率的应用。然而，变焦镜头也存在一些问题：变焦镜头的焦距调整需要较长时间，因此在实时测量中，倍率切换的响应速度较慢，无法满足高速检测或高频测量的需求。变焦镜头的结构复杂，光学元件的移动可能导致光学路径的微小变化，影响图像的稳定性，尤其在长时间使用后，镜头的性能可能出现退化。由于镜头内存在可移动部件，长时间频繁的变焦操作会导致机械部件的磨损，进而影响使用寿命。

[0007] 另一种方法是通过使用共同的物镜，并结合多个镜像和多个对应的图像传感器来实现不同倍率的测量。这种方案的优势在于可以实现更快的倍率切换，并且由于每个图像传感器已经预设了固定倍率，减少了机械调节的复杂性。然而，这种方法也存在一些缺点：虽然切换速度相比变焦镜头更快，但仍然不能做到即时切换，特别是在需要快速响应的应用中，切换的延时可能影响测量精度和效率。为了实现多个倍率的测量，需要多个图像传感器传感器，增加了系统的整体成本。同时，多个图像传感器的集成与同步也带来了更多的技术挑战和成本。

[0048] 以下结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

[0049] 实施例1如图1、图8所示，本实施例一种多倍率单图像传感器测量镜头，包括镜头2、光源3、
半反射镜4、像镜5、图像传感器6及透镜组7，镜头2、光源3、半反射镜4、像镜5、图像传感器6沿光路传播的方向依次设置，待测量物体通过镜头2、光源3、半反射镜4、像镜5的共同作用与图像传感器6共轭；半反射镜4和透镜组7沿光路传播的方向依次设置，待测量物体通过镜头2、光源3、半反射镜4、透镜组7的共同作用与图像传感器6共轭；光源3发出光束，穿过镜头
2投向待测量物体，经待测量物体反射，穿过镜头2，光束经过半反射镜4后通过如下两路或其中一路进入图像传感器6：
第一路：光束穿过像镜5后进入图像传感器6；
第二路：光束穿过透镜组7后进入图像传感器6。

[0050] 光源3包括第一半反射镜3‑1、第一镜头3‑2、灯3‑3，灯3‑3、第一镜头3‑2、第一半反射镜3‑1沿光路传播的方向依次设置，第一半反射镜3‑1处于镜头2与半反射镜4之间，第一半反射镜3‑1呈45°角或其他可以实现类似功能的角度设置。

[0051] 透镜组7包括反射镜7‑1、第二镜头7‑2，反射镜7‑1、第二镜头7‑2沿光路传播的方向依次设置，反射镜4位于半反射镜7‑1的反射光路上，半反射镜4呈135°角或可以实现类似功能的其他角度设置，半反射镜4向反射镜7‑1反射第二路光束。透镜组7还包括第三镜头7‑3，反射镜7‑1、第二镜头7‑2、第三镜头7‑3沿光路传播的方向依次设置，第三镜头7‑3相对于第二镜头7‑2偏心或倾斜，或者由第三镜头7‑3相对于第二镜头7‑2组成的组合镜头与镜头2的光轴偏心或倾斜。半反射镜4和反射镜7‑1间设置透镜7‑4。

[0052] 第一半反射镜3‑1、第一镜头3‑2和灯3‑3，沿光路传播的方向依次设置。灯3‑3提供初步的光源，向待测量物体1照射光束。第一镜头3‑2调节光束的传播方向和聚焦，确保光线正确地照射到待测量物体1。第一半反射镜3‑1起到反射和透过作用，将一部分光束反射到待测物体1上，待测物体1返回的光束也可以穿过半反射镜3‑1进入后续光路。

[0053] 光源3发出的光束首先照亮待测量物体1。待测量物体1与图像传感器6共轭，即物体的光学像会聚焦在图像传感器的对应区域，捕获图像数据。光束从待测量物体1发出，穿过镜头2，通过镜头的聚焦作用确保图像的清晰度和准确性。第一路光路：半反射镜4将照射到待测量物体1后反射并通过镜头2的光束透射至像镜5，同时允许光线继续透过并向后续光路传播。像镜5通过聚焦作用，对透射光线进行聚焦，并将光束引导到图像传感器6，以形成待测量物体1的图像。图像传感器6捕捉最终的图像信号，完成第一倍率成像过程。

[0054] 第二路光路：半反射镜4与透镜组7沿光路传播的方向依次设置。通过半反射镜4反射的光束进入透镜组7，从而进一步调节光束的传播方向和形态。透镜组7包括多个光学元件：反射镜7‑1起到引导光线传播方向的作用，光束从半反射镜4反射至反射镜7‑1，并经过进一步调整。第二镜头7‑2与第三镜头7‑3偏心或倾斜，即它们的焦距设置不完全重合，或者由第三镜头7‑3相对于第二镜头7‑2组成的组合镜头与镜头2的光轴偏心或倾斜。第二镜头7‑2聚焦光线，第三镜头7‑3进一步调整和优化光束，确保最终光束经过透镜组后，能够清晰地到达图像传感器6。中继透镜7‑4设置在半反射镜4和反射镜7‑1之间，起到精确控制光线传播方向和形状的作用。它可以对光束进行聚焦或扩展，改善反射光线的质量，减少光路中的偏差，并减少可能的像差或失真，当第二镜头7‑2与第三镜头7‑3能够将光束调整到满足要求的状态时，也可以不使用透镜7‑4。光束经过反射镜7‑1、第二镜头7‑2、第三镜头7‑3的调节后，最终光束能够精确地聚焦到图像传感器6，形成清晰的图像。图像传感器负责捕获经过光路调节后的光信号，并生成第二倍率最终的图像数据。

[0055] 如图8所示，光源3照射待测量物体1，待测量物体1反射的光束经半反射镜4透射到像镜5，并穿过镜头后最终聚焦在图像传感器6；为了在同一传感器的不同区域实现不同倍率的成像，部分光束会经半反射镜4反射至透镜组7，透过多个光学元件反射镜和镜头进一步调节光束路径；经过透镜组的光束最终聚焦到图像传感器，实现不同倍率的图像采集。

[0056] 实施例1中，第一倍率与第二倍率成像同时出现在图像传感器6上，二者成像不重叠。

[0057] 实施例2如图2、图9所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，透镜组7还包括第一反射镜
7‑5、第二反射镜7‑6，第一反射镜7‑5、第二反射镜7‑6设置于第二镜头7‑2与第三镜头7‑3之间，光束经反射镜7‑1反射，穿过第二镜头7‑2，经第一反射镜7‑5反射至第二反射镜7‑6，再经第二反射镜7‑6反射至第三镜头7‑3。半反射镜4和反射镜7‑1间设置透镜7‑4。

[0058] 如图9所示，在实施例2中，透镜组7的结构与实施例1不同，新增了第一反射镜7‑5和第二反射镜7‑6，这些反射镜能够进一步调节光束的传播路径，优化光束的成像效果。

[0059] 半反射镜4反射的光束首先到达反射镜7‑1，该反射镜将光束反射到第二镜头7‑2。光束经过第二镜头7‑2时，镜头调节光束的聚焦和方向，使得光束能准确通过后续的光学组件。经过第二镜头7‑2后，光束会经由第一反射镜7‑5反射到第二反射镜7‑6。这两面反射镜进一步调整光束的传播方向和形状。最后，光束通过第二反射镜7‑6反射到第三镜头7‑3，第三镜头继续聚焦或调整光束，确保光束能够准确地到达图像传感器6。

[0060] 光束经过上述反射镜和镜头的调节后，最终进入图像传感器6，生成最终的图像信号。图像传感器通过捕获光束提供的信息，形成精确的图像数据，供后续处理或显示使用。

[0061] 实施例2在实施例1的基础上引入了第一反射镜7‑5和第二反射镜7‑6，这些新增加的反射镜提高了光路的灵活性。具体而言，光束通过反射镜7‑1后，会进入第二镜头7‑2，然后通过第一反射镜7‑5反射到第二反射镜7‑6，再经由第二反射镜7‑6反射至第三镜头7‑3。优化了光路的传播方向，提高了光束的聚焦质量，避免了像差或光束不聚焦的问题。

[0062] 实施例2通过引入的反射镜能够有效地调整光束的方向，提高了光学系统的调节空间。通过多次反射和镜头的调节，光束的聚焦更加精确，减少了光学畸变，提高了图像的清晰度。与传统的多倍率镜头设计不同，通过优化光路和反射镜、镜头的组合，实现了多倍率图像的快速切换，无需任何机械装置，进一步提高了系统的可靠性和稳定性。

[0063] 实施例2中，第一路光路与实施例1相同，第一倍率与第二倍率成像同时出现在图像传感器6上，二者成像不重叠。

[0064] 实施例3如图3、图10所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，透镜组7包括反射镜7‑1、
第二镜头7‑2，反射镜7‑1、第二镜头7‑2沿光路传播的方向依次设置，半反射镜4和反射镜7‑
1相平行布设，半反射镜4呈135°角设置，半反射镜4向反射镜7‑1透射第二路光束。半反射镜
4和反射镜7‑1间设置透镜7‑4。

[0065] 还包括第三反射镜8、镜片9，第二镜头7‑2、第三反射镜8、镜片9沿光路传播的方向依次设置。镜片9与像镜5错位设置。

[0066] 如图10所示，在实施例3中，透镜组7的结构包括反射镜7‑1和第二镜头7‑2，以及中继透镜7‑4，优化了光束的传播方向和聚焦效果。半反射镜4反射的光束首先到达反射镜7‑1，该反射镜将光束反射至第二镜头7‑2。通过第二镜头7‑2，光束被进一步聚焦或调整，使得光束具有更准确的方向，准备进入下一个阶段。在反射镜7‑1与半反射镜4之间，设置了中继透镜7‑4，它进一步优化了光束的聚焦效果，减少了可能出现的畸变或散射问题。

[0067] 光束通过第二镜头7‑2后，继续传播至第三反射镜8。在第三反射镜8的反射下，光束的传播方向被进一步调整。光束通过第三反射镜8后，被反射至镜片9。镜片将光束引导至图像传感器6，确保光束的方向性和聚焦精度。

[0068] 半反射镜4透射的光束到达像镜5并穿过后，投射到图像传感器6上。

[0069] 最终，第二光路的光束经过镜片9反射后，准确定向并进入图像传感器6，从而形成第二倍率的图像数据。图像传感器捕捉到的光信号被处理并转换为图像信息，供后续应用使用。第一光路的光束穿过像镜5进入图像传感器6，从而形成第一倍率的图像数据。

[0070] 实施例3通过增加第三反射镜8和镜片9，显著优化了光束的传播方向和聚焦精度，尤其是在光束经过第二镜头7‑2后，能够通过多个反射镜的引导，确保光束最终准确地投射到图像传感器6上。通过增加第三反射镜8和镜片9，光束传播路径得到了优化，减少了光束在传输过程中可能出现的散射和偏差。多个反射镜和透镜的精确配置确保光束的精准传导，提高了图像的清晰度和准确性。多级光学元件的设计提供了更多的调节空间，使系统能够适应不同的测量需求，并且避免了机械部件的磨损和复杂性，提升了整体系统的稳定性。

[0071] 实施例3中，第一倍率与第二倍率成像同时出现在图像传感器6上，二者成像不重叠。

[0072] 实施例4如图4、图11所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，还包括切换组件，切换组
件能够通断半反射镜4与像镜5之间的光路，以及半反射镜4与透镜组7之间的光路。切换组件为挡片10，挡片10能够在半反射镜4与像镜5之间的位置和半反射镜4与透镜组7之间的位置进行切换，以通断第一路光束、第二路光束。

[0073] 挡片10在半反射镜4与像镜5之间时，第一路光束被切断，光束经半反射镜4反射后穿过透镜组7，最终在图像传感器6上得到第二倍率的成像。

[0074] 挡片10在半反射镜4与透镜组7之间时，第二路光束被切断，光束穿过半反射镜4后穿过像镜5，最终在图像传感器6上得到第一倍率的成像。

[0075] 实施例4中，第一倍率与第二倍率成像位置重叠，使用挡片10切换光路，从而获得不同倍率的成像。

[0076] 实施例5如图5、图12所示，本实施例与实施例2的不同之处在于，还包括切换组件，切换组
件能够通断半反射镜4与像镜5之间的光路，以及半反射镜4与透镜组7之间的光路。切换组件为挡片10，挡片10能够在半反射镜4与像镜5之间的位置和半反射镜4与透镜组7之间的位置进行切换，以通断第一路光束、第二路光束。

[0077] 挡片10在半反射镜4与像镜5之间时，第一路光束被切断，光束经半反射镜4反射后穿过透镜组7，最终在图像传感器6上得到第二倍率的成像。

[0078] 挡片10在半反射镜4与透镜组7之间时，第二路光束被切断，光束穿过半反射镜4后穿过像镜5，最终在图像传感器6上得到第一倍率的成像。

[0079] 实施例5中，第一倍率与第二倍率成像位置重叠，使用挡片10切换光路，从而获得不同倍率的成像。

[0080] 实施例6如图6、图13所示，本实施例与实施例3的不同之处在于，镜片9位于像镜5的光轴
上。

[0081] 还包括切换组件，切换组件能够通断半反射镜4与像镜5之间的光路，以及半反射镜4与透镜组7之间的光路。切换组件为挡片10，挡片10能够在半反射镜4与像镜5之间的位置和半反射镜4与透镜组7之间的位置进行切换，以通断第一路光束、第二路光束。。

[0082] 挡片10在半反射镜4与像镜5之间时，第一路光束被切断，光束经半反射镜4反射后穿过透镜组7，最终在图像传感器6上得到第二倍率的成像。

[0083] 挡片10在半反射镜4与透镜组7之间时，第二路光束被切断，光束穿过半反射镜4后穿过像镜5，最终在图像传感器6上得到第一倍率的成像。

[0084] 其中，半反射镜4和镜片9为偏振分光镜，半反射镜4将第一倍率、第二倍率的光分为不同的偏振光，镜片9将第一倍率、第二倍率的光再次合并进入图像传感器6。

[0085] 实施例6中，第一倍率与第二倍率成像位置重叠，使用挡片10切换光路，从而获得不同倍率的成像。

[0086] 实施例7如图7、图14所示，实施例7，与实施例3的不同之处在于，镜片9位于像镜5的光轴。

[0087] 半反射镜4与第一半反射镜3‑1之间设置液晶片11，光源3、液晶片11、半反射镜4沿光路传播的方向依次设置。待测量物体1与镜头之间设置波片12。

[0088] 其中，光源3、半反射镜4及镜片9均为偏振分光镜，半反射镜4将第一倍率、第二倍率的光分为不同的偏振光，镜片9将第一倍率、第二倍率的光再次合并进入图像传感器6。通过液晶片11调整光束进入半反射镜4的偏振方向，进而控制光束透过或反射。光束透过半反射镜4时，获得第一倍率成像；光束经过半反射镜4反射时，获得第二倍率成像。

[0089] 上述的实施方式仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。