光谱共焦法偏心下径向梯度折射率透镜的厚度测量

李春艳; 李庚鹏; 刘继红; 罗豆; 刘佳奕

doi:10.37188/OPE.20223017.2067

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光谱共焦法偏心下径向梯度折射率透镜的厚度测量

现代应用光学 | 更新时间：2022-10-08

- 光谱共焦法偏心下径向梯度折射率透镜的厚度测量
- Thickness measurement of radial gradient index lens under eccentricity by spectral confocal method
- 光学精密工程 2022年30卷第17期页码：2067-2076
- 作者机构：
  
  西安邮电大学电子工程学院，陕西西安 710121
- 作者简介：
  
  [ "李春艳（1987-），女，博士，副教授，硕士生导师，2009年于西北工业大学获得学士学位，2014年于西安光学精密机械研究所获得博士学位，主要从事光电传感及精密测量方面的研究。E-mail： yanerlcy@163.com" ]
  [ "李庚鹏（1995-），女，硕士研究生，主要研究方向为光电测量传感技术。E-mail： lgp15535563573@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(61805199);陕西省自然科学基金资助项目(2022JM-387);陕西省重点研发计划资助项目(2020GY-127);陕西省教育厅专项科研计划资助项目(20JK0908);西安市科技计划项目资助项目(2020KJRC0112)
- DOI：10.37188/OPE.20223017.2067
  中图分类号： O433.1
- 收稿日期：2022-02-25，
  
  修回日期：2022-03-21，
  
  纸质出版日期：2022-09-10
- 稿件说明：
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李春艳,李庚鹏,刘继红等.光谱共焦法偏心下径向梯度折射率透镜的厚度测量[J].光学精密工程,2022,30(17):2067-2076.

LI Chunyan,LI Gengpeng,LIU Jihong,et al.Thickness measurement of radial gradient index lens under eccentricity by spectral confocal method[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(17):2067-2076.
李春艳,李庚鹏,刘继红等.光谱共焦法偏心下径向梯度折射率透镜的厚度测量[J].光学精密工程,2022,30(17):2067-2076. DOI： 10.37188/OPE.20223017.2067.

LI Chunyan,LI Gengpeng,LIU Jihong,et al.Thickness measurement of radial gradient index lens under eccentricity by spectral confocal method[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(17):2067-2076. DOI： 10.37188/OPE.20223017.2067.

摘要

为了实现径向梯度折射率（GRIN）透镜厚度的准确测量，对偏心引起的径向GRIN透镜厚度测量误差进行了研究。介绍了光谱共焦厚度测量系统的工作原理，利用径向GRIN透镜的光线径迹方程，在笛卡尔坐标系下结合光学拉格朗日函数、光线弧微分方程等，建立了径向GRIN透镜的厚度测量模型。然后，对径向GRIN透镜偏心引起的光谱曲线谱峰漂移，进而造成的厚度测量误差进行了理论研究及仿真分析，并通过搭建实验平台，利用精密位移台驱动GRIN透镜来模拟透镜偏心，完成了偏心影响下的厚度测量。实验结果表明：径向GRIN透镜的偏心程度越大，引起的测量误差越大，轴向测量位置的影响可忽略不计，验证了理论分析的正确性；实际厚度为4.012 6 mm的GRIN透镜，校正偏心后的厚度测量误差为4.6 μm，验证了光谱共焦法能够实现径向GRIN透镜厚度的精密测量。

Abstract

To accurately measure the thickness of the radial GRIN lens， the measurement error caused by eccentricity was studied. First， the working principle of the spectral confocal thickness measurement system was introduced. Then， the thickness measurement model for the radial GRIN lens was established by using the ray trace equation， optical Lagrange function， and ray arc differential equation in the Cartesian coordinate system. The thickness measurement error caused by the eccentricity of the radial GRIN lens was analyzed through theoretical research and simulation， and the experimental platform was built. The thickness measurement was completed by using the precision displacement table to drive the GRIN lens to simulate lens eccentricity. The experimental results show that the thickness measurement error of radial GRIN lens increases with the eccentricity. The influence of axial measurement position on the thickness measurement is negligible. The accuracy of the theoretical analysis is verified. The thickness measurement error of the GRIN lens with an actual thickness of 4.012 6 mm is 4.6 μm after correcting for eccentricity. This indicates that the spectral confocal method can realize the precise measurement of radial GRIN lens thickness.

关键词

Keywords

references

CHIEN Y F ， LIN J Y ， YEH P T ， et al . Dual GRIN lens two-photon endoscopy for high-speed volumetric and deep brain imaging ［J］. Biomedical Optics Express ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 162 - 172 . doi: 10.1364/boe.405738 http://dx.doi.org/10.1364/boe.405738

DADA O O . Laser-induced fluorescence detector with a fiber-coupled micro GRIN lens for capillary electrophoresis ［J］. Applied Optics ， 2020 ， 59 （ 16 ）： 4849 - 4855 . doi: 10.1364/ao.391661 http://dx.doi.org/10.1364/ao.391661

CHEN Y Z ， FAN C C ， YAO T F ， et al . Brightness enhancement in random Raman fiber laser based on a graded-index fiber with high-power multimode pumping ［J］. Optics Letters ， 2021 ， 46 （ 5 ）： 1185 - 1188 . doi: 10.1364/ol.416740 http://dx.doi.org/10.1364/ol.416740

HANSSON T ， TONELLO A ， MANSURYAN T ， et al . Nonlinear beam self-imaging and self-focusing dynamics in a GRIN multimode optical fiber： theory and experiments ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 16 ）： 24005 - 24021 . doi: 10.1364/oe.398531 http://dx.doi.org/10.1364/oe.398531

孙建美，陈斐璐，杨辰烨，等 . 基于超小GRIN光纤探头的F-P干涉仪测振实验［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 7 ）： 1518 - 1526 . doi: 10.37188/OPE.2020.0565 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2020.0565

SUN J M ， CHEN F L ， YANG CH Y ， et al . F-P interferometer vibration measurement experimental system based on ultra-small grin fiber probe ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 7 ）： 1518 - 1526 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.2020.0565 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2020.0565

XIAO E ， WU K J ， GU C C ， et al . Polyimide-coated fiber-optic bundle comprising double clad fibers for endoscopy ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2019 ， 27 （ 1 ）： 17 - 25 . doi: 10.3788/ope.20192701.0017 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192701.0017

尚名扬 . 基于3D成像原理的自聚焦透镜关键几何参数测量方法［D］. 苏州：苏州大学， 2019 .

SHANG M Y . Measurement of Key Geometric Parameters of Grin Lens Based on 3 D Imaging Principle ［D］. Suzhou ： Soochow University ， 2019 . （in Chinese）

刘乾，杨维川，袁道成，等 . 光谱共焦显微镜的线性色散物镜设计［J］. 光学精密工程， 2013 ， 21 （ 10 ）： 2473 - 2479 . doi: 10.3788/OPE.20132110.2473 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20132110.2473

LIU Q ， YANG W CH ， YUAN D CH ， et al . Design of linear dispersive objective for chromatic confocal microscope ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2013 ， 21 （ 10 ）： 2473 - 2479 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20132110.2473 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20132110.2473

宋丽梅，魏泽，杨燕罡，等 . 物体表面非接触式高精度瑕疵检测与三维重建［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 10 s）： 87 - 94 .

SONG L M ， WEI Z ， YANG Y G ， et al . Non-contact high-precision defect detection and 3D reconstruction of object surface ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2017 ， 25 （ 10 s）： 87 - 94 . （in Chinese）

LU W L ， CHEN C ， WANG J ， et al . Characterization of the displacement response in chromatic confocal microscopy with a hybrid radial basis function network ［J］. Optics Express ， 2019 ， 27 （ 16 ）： 22737 - 22752 . doi: 10.1364/oe.27.022737 http://dx.doi.org/10.1364/oe.27.022737

ZINT M ， STOCK K ， CLAUS D ， et al . Development and verification of a snapshot dental intraoral three-dimensional scanner based on chromatic confocal imaging ［J］. Journal of Medical Imaging ， 2019 ， 6 （ 3 ）： 033502 . doi: 10.1117/1.jmi.6.3.033502 http://dx.doi.org/10.1117/1.jmi.6.3.033502

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