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光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计

杨锐 云宇 解滨 王安苏 刘子维 刘晨星

杨锐, 云宇, 解滨, 等. 光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 051002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170521
引用本文: 杨锐, 云宇, 解滨, 等. 光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 051002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170521
Yang Rui, Yun Yu, Xie Bin, et al. Design of dispersive objective lens of large linear chromatic confocal 3D surface profiler[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 051002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170521
Citation: Yang Rui, Yun Yu, Xie Bin, et al. Design of dispersive objective lens of large linear chromatic confocal 3D surface profiler[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 051002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170521

光谱共焦三维形貌仪用超大色散线性物镜组设计

doi: 10.11884/HPLPB201830.170521
详细信息
    作者简介:

    杨锐(1977-),男,硕士,副研究员,从事光学工程技术研究;youngriver0023@sina.com

    通讯作者:

    解滨(1980-),男,博士,副研究员,从事光学加工检测研究;xiebin@suda.edu.cn

  • 中图分类号: TP212;O439

Design of dispersive objective lens of large linear chromatic confocal 3D surface profiler

  • 摘要: 光谱共焦三维形貌仪具有精度高、测量范围大、适应性强等特点,其关键部件是产生轴向色散的物镜,色散物镜轴向色散与波长间的非线性会导致系统整体性能下降。分析了共焦法检测表面形貌的工作原理,以及产生线性轴向色散的条件,根据共焦光学系统的基本设计原理,在预设的设计指标及要求下,完成一个超大色散线性物镜组设计。该色散物镜组采用四级串联结构,在400~700 nm光谱范围内达到30 mm的色散范围,波长离焦量和波长之间线性度通过线性回归拟合得出判定系数为1,满足色散的线性度要求。
  • 图  1  光谱共焦三维形貌仪工作原理示意图

    Figure  1.  Principle schematic of chromatic confocal 3D profilometer

    图  2  色散物镜结构图

    Figure  2.  Layout of optimized dispersive objective

    图  3  透镜轴向色差特性

    Figure  3.  Longitudinal aberrations of different wavelength

    图  4  400,500,600,700 nm聚焦位置处的点列图

    Figure  4.  Spot diagrams at 400, 500, 600, 700 nm focus positions

    图  5  物镜的色散聚焦位置与波长拟合直线

    Figure  5.  Relationship between chromatic focus shift and wavelength

    表  1  色散物镜结构参数

    Table  1.   Structure parameters of dispersive objective lens

    radius of curvature/mm thickness/mm material radius/mm
    152 6.273 317 H-ZF72A 7.626 787
    -181 5.791 638 H-ZK21 8.168 694
    -27 14.145 228 8.629 423
    22 5.683 613 H-ZLAF92 7.975 332
    11 6.994 287 H-FK71 6.685 219
    -50 104.400 962 6.464 555
    73 6.901 395 H-FK71 8.668 252
    -12 7.201 105 H-ZLAF92 8.820 381
    -28 1.495 814 11.412 310
    25 4.340 051 H-ZK21 12.668 725
    153 4.005 912 H-ZF72A 12.488 838
    infinity 98.394 688 12.075 799
    211 3.970 081 H-ZF72A 12.356 620
    -262 3.946 532 H-ZK21 12.645 284
    -28 1.796 616 12.765 914
    20 4.787 852 H-ZLAF92 11.400 054
    11 6.999 160 H-FK71 8.985 674
    -68 90.044 451 8.819 089
    60 6.731 128 H-ZPKS 9.344 148
    -11 5.331 079 H-ZLAF78B 9.402 357
    -21 17.349 091 11.348 517
    36 6.998 568 D-K59 10.712 105
    12 4.354 659 H-LAF10LA 9.481 764
    25 58.835 809 9.079 874
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-22
  • 修回日期:  2018-02-11
  • 刊出日期:  2018-05-15

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