合肥工大在机器视觉与三维光学测量领域取得新进展
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来源 | 光行天下
日前，合肥工业大学仪器科学与光电工程学院卢荣胜教授课题组发表在光学领域国际期刊《Optics and Lasers in Engineering》的研究论文被国际著名工程学科技机构“Advances In Engineering”（简称AIE）遴选为关键科学文章（a key scientific article），并以“Initial structure of dispersion objective for chromatic confocal sensor based on doublet lens”为题在电子工程（Electrical Engineering）栏目进行专题报道。该团队博士研究生张紫龙为第一作者，卢荣胜教授为通讯作者。
光谱共焦测量方法无需使用机械扫描测量系统即可实现大范围的轴向绝对测量。该技术通过扩大光学系统的轴向色差，将宽光谱白光光源各个波长聚焦在不同平面或焦点上，建立波长与轴向位置一一对应关系。然而，在设计光谱共焦传感器光学系统时，选择合理的光学系统初始结构，实现不同波长的光在轴向分离，并在轴向产生大范围的色差，仍然是一个挑战，也是决定传感器设计成功与否的关键。目前的研究表明，光谱共焦传感器至少会使用一组双胶合透镜以产生足够的轴向色差。
卢教授团队在研究光谱共焦传感器结构的过程中认识到双胶合透镜的重要性，对双胶合透镜所使用的光学材料和面型结构进行深入研究。分析了不同光学材料组合和不同光焦度分布的双胶合透镜产生的色散特征，提出了L型和S型两种形式的色散类型，并推导出色散类型对光谱共焦传感器的色散范围和数值孔径的影响。使用L型和S型色散的双胶合透镜构建了光谱共焦传感器的扩散镜组，结合相同参数的会聚镜组提出了两种形式的色散物镜初始结构。研究结果清楚地表明，采用 L 型色散的双胶合透镜初始结构可用于设计具有大色散范围的传感器；使用S型色散的双胶合透镜初始结构有利于设计具有更高数值孔径的传感器。他们的研究成果发表在《Optics and Lasers in Engineering》139, 2021 杂志上。这项研究成果为设计人员选择合理的色散镜组光学初始结构提供了一个有效的途径，解决了设计光谱共焦传感器色散镜组光学结构初始参数选择难的问题。
图1.L型色散光路结构
图2.S型色散光路结构
图3.光谱共焦传感器光路原理
图4.光谱共焦传感器优化方向
近年来，卢荣胜教授课题组在机器视觉与三维光学测量领域取得了多项研究成果，近三年来有4篇研究论文获得《光学学报》等中文期刊优秀论文奖，其中两篇文章被《光学学报》38(4), 2018和《激光与光电子学进展》57(4), 2020作为封面文章；还有一篇英文论文被《Applied Physics Letters》114(13), 2019入选为特色论文（Featured article）和科学之光（AIP Scilight）。
AIE主要面向工程科技领域的科学家、工程师及大学师生，拥有广泛的读者群和较大的影响力。AIE每周由其委员会筛选出20篇左右的优秀论文进行特别报道，研究方向包括材料、化学、电气、机械、纳米技术、土木以及通用工程（航空航天、通信、计算机），入选率仅为上述领域论文总数的1‰以内。目前，AIE每月的阅读量达80万次，被世界排名前40位的工程公司和全球主要研究机构所链接，用于跟踪重要的工程科技进展。
该项研究成果受到国家自然科学基金（51875164）、国家重点研发计划（2018YFB2003801）和国家重大科学仪器装备开发专项（2013YQ220749）资助。
相关链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143816620312641
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