1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
3 长春理工大学, 吉林 长春 130022
针对目前国内自主研制的激光位移传感器精度低,测量范围小等问题,提出了一种采用光学设计软件预先仿真整个激光位移传感器光学系统的方法。在分析系统各部分的光学特性的基础上,结合具体要求设计了一个激光位移传感器的光学系统,其工作范围为(50±10)mm。采用系统分割的方法,将整个光学系统分为两部分进行设计,第一部分是激光束的整形透镜,要求在有效的工作范围内得到小而均匀的出射光斑,设计结果表明,在测量范围内,光斑大小能够控制在10－1mm量级;另一部分是被测面散射光接收的成像物镜,该系统的特点是物面和像面相对于光轴都有一定的角度,实验结果表明其成像满足Scheimpflug条件。
激光位移传感器 激光三角法 整形镜 成像透镜 光学设计 laser displacement sensor laser triangulation shape lens imaging lens optical design
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院研究生院，北京 100039
3 长春理工大学，长春 130022
高精度非接触式位移传感器有着广泛的应用。本文讨论其中一种采用光学方法实现非接触测量的光谱共焦位移传感器，阐述该传感器的工作原理，给出了该系统的设计方法和评价方法。最后基于光学设计软件CODE V的宏语言和数学软件MATLAB 设计出了一个测量范围为0~1.173 mm 的光谱共焦位移传感器物镜。该物镜采用一个单透镜和双胶合透镜组合的结构，在工作波长范围内，各个单波长对应最大的RMS 半径为2.8 μm，其测量精度优于5 μm，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0.985 9，测量的线性度优异。
位移传感器 共焦 光学设计 离焦 色差 displacement sensor confocal lens design defocus chromatism
