光学 精密工程
2023, 31(23): 3405
北京理工大学 光电学院 “复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室, 北京100081
为精确、快速测量镜组内各透镜间的轴向间隙, 提出一种基于五维自动调整的差动共焦间隙测量方法。该方法根据CCD探测器实时获取的光斑信号检测被测镜组光轴的平移偏差与倾斜偏差, 依据偏差信息、通过五维自动调整技术实现镜组高精度调整, 再利用差动共焦高精度层析定焦和镜组内部光线追迹实现轴向间隙高精度测量。分析和实验表明, 本方法可以有效提高姿态调整效率3.4倍, 透镜间隙重复测量精度可达到0.53μm。该方法为实现镜组间隙的快速高精度测量提供了有效途径, 同时还为透镜的中心厚度、焦距、半径等多种参数快速高精度测量提供了有效方法。
五维自动调整 镜组轴向间隙 差动共焦 高精度 five-dimensional auto- adjustment axial spacing of the lens set differential confocal high-precision
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室,吉林 长春 130033
4 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163
5 济南国科医工科技发展有限公司,山东 济南 250102
为了解决传统激光差动共焦显微镜(LDCM)无法在测距的同时,进行高精度倾斜角度测量的问题,提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时,该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置,然后分析显微镜光瞳面场强分布并提取光斑图像的峰值位置,从而实现对倾角的精准测量。首先,建立聚焦光束经倾斜待测面反射后的光场分布模型,对不同倾斜角度下显微镜光瞳面的场强分布情况进行分析。然后,在分析倾斜光斑特征的基础上,提出了采用改进Meanshift算法进行光斑峰值位置提取的方法。最后,通过实验验证了传感器对倾角测量的有效性。实验结果表明,传感器对倾斜程度(0~8°)测量平均误差为0.011°,对倾斜方向(0~360°)的测量平均误差为0.128°,能够满足利用差动共焦非接触光学探针对三维表面进行检测的过程中,对待测表面倾斜角度测量的要求。该传感器为自由曲面的高精度轮廓测量提供了一种新的方法。
非接触光学探针 差动共焦 三维检测 倾斜测量 峰值提取 non-contact optical probe differential confocal 3D detection tilt measurement peak extraction
北京理工大学光电学院,复杂环境智能感测技术工信部重点实验室,北京 100081
球面光学元件的曲率半径、厚度、折射率、焦距和面形等多参数的高精度检测是光学元件超精密制造的迫切需求,但现有测量方法受层析定焦能力、抗散射能力及抗环境扰动能力的制约,难以实现上述参数的高精度共基准测量。为此,本团队提出了高层析、高分辨、抗散射和抗干扰的激光差动共焦多参数高精度共基准测量方法,并进一步与菲索干涉光路融合,实现了球面元件多参数的高精度、共基准、高效率测量。本文系统地介绍了所提出的激光差动共焦干涉元件参数系列测量方法及其仪器化研究进展,分析了目前存在的问题,展望了未来的发展趋势。
测量 差动共焦干涉 球面光学元件 高精度测量 层析定焦 共基准测量 光学学报
2023, 43(15): 1500003
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京理工大学复杂环境智能感测技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
激光共焦拉曼光谱技术由于具有分子指纹及层析成像特性,成为探索微观分子世界的重要手段;但受原理限制,现有激光共焦拉曼光谱技术的分辨力及图谱成像能力逐渐桎梏了其发展。近年来,围绕激光共焦拉曼光谱技术性能改善方面,本研究团队基于发明的超分辨激光差动共焦技术,提出了激光差动共焦拉曼图谱成像系列新方法和新技术。系统地介绍所提激光差动共焦拉曼图谱系列测量方法及仪器化研究进展,并对未来发展方向进行了评述和展望。
共焦拉曼光谱 高分辨 图谱成像 差动共焦 光学学报
2023, 43(15): 1530001
北京理工大学 光电学院 光学测量实验室, 北京 100081
针对大批量球面光学元件曲率半径的快速、高精度、非接触测量难题, 提出一种基于差动共焦技术的批量元件曲率半径快速测量方法。先将一已知曲率半径的样件S0在其共焦位置进行扫描定焦, 获取其差动共焦曲线和线性段方程; 依次装卡同批次被测元件S1-Sn并无扫描地获得其离焦量; 根据样件曲率半径和被测件离焦量换算出被测样品曲率半径。仿真和实验表明, 精度可达12.2ppm, 同时测量速度比传统式差动共焦曲率半径扫描系统提高59倍。方法仅需1次扫描和N次快速装卡即可实现N件球面元件曲率半径的快速、高精度、非接触式检测, 为大批量球面元件的高效率、高精度加工检测提供全新途径。
差动共焦 曲率半径 快速测量 differential confocal radius of curvature high precision high efficiency0 引 言
北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
针对自由曲面测量问题, 构建了一套高精度大量程激光差动共焦传感器。该传感器基于激光差动共焦原理, 利用归一化单点定焦模型减小被测表面倾斜角度、反射率的影响, 结合非等距分数阶累加预测算法预判焦点位置, 实现快速跟踪定焦。将气浮导轨与PZT结合拓展轴向扫描范围。实验表明, 该传感器轴向分辨力优于3nm, 可测量表面倾斜角度达22°, 轴向扫描范围达50mm, 差动曲线的过零点标准偏差为5.7nm, 有良好的重复性。该传感器为自由曲面的面型轮廓测量提供了一种新的方法。
光学测量 自由曲面 激光差动共焦 焦点跟踪测量 optical measurement freeform surface laser differential confocal focus tracking measurement
北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
针对不同二次曲面常数旋转对称非球面光学元件的顶点曲率半径高精度、通用化测量问题,提出了一种基于激光差动共焦的非球面顶点曲率半径测量方法。该方法利用圆形光瞳技术使非球面实测共焦点接近顶点球面球心;利用差动共焦技术对被测非球面的猫眼点和共焦点分别进行精密瞄准定位,测得实际顶点曲率半径值;通过理论仿真分析得到圆形光阑尺寸与顶点曲率半径理论偏差值之间的关系,对实际测量值进行补偿。实验结果表明,该方法相对精度小于0.01%,为非球面顶点曲率半径测量提供了一种全新的技术手段。
非球面 顶点曲率半径 激光差动共焦 圆形光瞳 aspheric surface apex radius of curvature laser differential confocal circular pupil