本發(fā)明屬于光學(xué)測量，涉及一種基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦位移測頭。

背景技術(shù)：

1、光譜共焦位移測量技術(shù)是一種基于共焦光學(xué)原理的非接觸式絕對位移測量技術(shù)，通過色散物鏡將被測位移量調(diào)制為峰值波長變化信息，利用光譜儀獲取峰值波長結(jié)合與軸向距離的對應(yīng)關(guān)系計算出被測物體的位置信息。光譜共焦位移傳感器的測量分辨率可達納米級，測量頻率可達數(shù)萬赫茲，探測斜率范圍大，焦點光斑小，可用于位移、粗糙度、厚度以及三維面形掃描測量。

2、傳統(tǒng)光譜共焦位移測頭利用色散透鏡組對寬譜光源色散聚焦從而實現(xiàn)波長-軸向位置編碼，一般使用多種不同阿貝數(shù)材料的折射透鏡組合的方式來控制起始測量距離、色散范圍以及數(shù)值孔徑等參數(shù)，但多個折射透鏡的組合結(jié)構(gòu)增加了光譜共焦位移測頭的體積和重量，同時裝調(diào)復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的改進需求，本發(fā)明提出了一種基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦位移測頭。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦位移測頭，包括鏡筒、光纖接口、雙面純相位型衍射色散透鏡、第一衍射面、第二衍射面、光纖、光闌，鏡筒的一端設(shè)有光纖接口，用于安裝光纖，在鏡筒的內(nèi)部靠近鏡筒另一端設(shè)有雙面純相位型衍射色散透鏡，雙面純相位型衍射色散透鏡具有第一衍射面和第二衍射面，第一衍射面是光入射面，第二衍射面是光出射面，鏡筒的另一端設(shè)有光闌，其中復(fù)色光由光纖引入至鏡筒內(nèi)，經(jīng)過雙面純相位型衍射色散透鏡的第一衍射面和第二衍射面后進行色散聚焦，不同波長的光聚焦在光軸的不同位置。

3、進一步地，雙面純相位型衍射色散透鏡的第一衍射面的表面為環(huán)形臺階狀微結(jié)構(gòu)。

4、進一步地，雙面純相位型衍射色散透鏡的第二衍射面的表面為環(huán)形臺階狀微結(jié)構(gòu)。

5、本發(fā)明提出的技術(shù)方案與傳統(tǒng)的光譜共焦測頭相比具有以下有益效果：

6、1．基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦測頭使用一個衍射透鏡直接對光纖發(fā)出的點光源進行色散聚焦，省去了傳統(tǒng)的折射透鏡組，顯著地簡化了傳統(tǒng)光譜共焦測頭的光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，其結(jié)構(gòu)簡單、易于裝調(diào)、體積小、重量輕，易于批量生產(chǎn)。

7、2．基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦測頭利用兩個衍射面對復(fù)色光色散聚焦，利用衍射面的強色散特性使光譜共焦測頭獲得了較大的色散范圍。

8、3.?基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦測頭使用純相位型衍射結(jié)構(gòu)的光學(xué)調(diào)制元件，相比于菲涅爾波帶片提高了光源的衍射效率。

9、4.?基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦測頭使用的衍射透鏡具有兩個衍射表面，相比于相同數(shù)值孔徑的單個衍射表面的衍射透鏡降低了加工難度。

技術(shù)特征：

1.一種基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦位移測頭，其特征在于，包括鏡筒（1）、光纖接口（2）、雙面純相位型衍射色散透鏡（3）、第一衍射面（4）、第二衍射面（5）、光纖（6）、光闌（7），鏡筒（1）的一端設(shè)有光纖接口（2），用于安裝光纖（6），在鏡筒（1）的內(nèi)部靠近鏡筒（1）另一端設(shè)有雙面純相位型衍射色散透鏡（3），雙面純相位型衍射色散透鏡（3）具有第一衍射面（4）和第二衍射面（5），第一衍射面（4）是光入射面，第二衍射面（5）是光出射面，鏡筒（1）的另一端設(shè)有光闌（7），其中復(fù)色光由光纖（6）引入至鏡筒內(nèi)，經(jīng)過雙面純相位型衍射色散透鏡（3）的第一衍射面（4）和第二衍射面（5）后進行色散聚焦，不同波長的光聚焦在光軸的不同位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦位移測頭，其特征在于，所述雙面純相位型衍射色散透鏡（3）的第一衍射面（4）的表面為環(huán)形臺階狀微結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦位移測頭，其特征在于，所述雙面純相位型衍射色散透鏡（3）的第二衍射面（5）的表面為環(huán)形臺階狀微結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于雙面純相位型衍射色散透鏡的光譜共焦位移測頭，屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，包括鏡筒、光纖接口、雙面純相位型衍射色散透鏡、第一衍射面、第二衍射面、光纖、光闌，鏡筒的一端設(shè)有光纖接口，用于安裝光纖，在鏡筒的內(nèi)部靠近鏡筒另一端設(shè)有雙面純相位型衍射色散透鏡，雙面純相位型衍射色散透鏡具有第一衍射面和第二衍射面，第一衍射面是光入射面，第二衍射面是光出射面，鏡筒的另一端設(shè)有光闌，其中復(fù)色光由光纖引入至鏡筒內(nèi)，經(jīng)過雙面純相位型衍射色散透鏡的第一衍射面和第二衍射面后進行色散聚焦，不同波長的光聚焦在光軸的不同位置。根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案，顯著地簡化了測頭光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

技術(shù)研發(fā)人員：李杰,王玉龍,侯溪,陳林,劉鑫
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17