Opto-ElectronicEngineering2012年8月August,2012：1003-501X(2012)08-0111-07光谱共焦显微镜中色散物镜材料的优化选择刘乾，杨维川，袁道成，刘波(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900)摘要：色散物镜是光谱共焦显微镜的关键组件，其轴向色散线性度和色散范围会影响光谱共焦显微镜的性能。在线性轴向色散的理论基础上，研究了优化选择材料组合的方法，给出了优化模型和求解方法，得到了具有最大色散的材料组合及其光焦度分配，并使用光学设计软件对优化结果进行了模拟。模拟结果表明，使用本文优化方法得到的材料组合，波长与轴向色散成线性关系，而且具有最大的轴向色散。使用得到的最大色散材料组合进行色散物镜设计，得到了较好线性度的色散物镜，并具有较短的有效焦距。本文给出的优化选择材料组合的方法可以为设计光谱共焦显微镜提供指导，有效缩短镜筒长度，提高光谱共焦显微镜的性能。关键词：光学设计；色散；光谱共焦显微镜；材料优化：O439；TP212文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1003-501X.2012.08.017OptimizationandSelectionofMaterialsforDispersiveObjectiveofChromaticConfocalMicroscopeLIUQian，YANGWei-chuan，YUANDao-cheng，LIUBo(InstituteofMechanicalManufacturingTechnology,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,SichuanProvince,China)Abstract:DispersiveobjectiveisthekeycomponentofChromaticConfocalMicroscope(CCM).ThemeasuringrangeofCCMdependsonthechromaticaberrationofdispersiveobjective,andthenonlinearaxialchromaticaberrationofdispersiveobjectivewouldlowerthesensitivityofCCM.Toachievelargeaxialchromaticaberration,optimizationmethodofselectingmaterialscombinationisproposedbasedontheprincipleoflinearaxialchromaticaberration.Theoptimizationmodelispresentedandsolvedtogettheoptimalsolutions,whicharethematerialscombinationsoflargestlinearaxialchromaticaberration.Theresultsfromopticaldesignsoftwareindicatethatlensesofoptimalmaterialscombinationscouldachievelargestlinearaxialchromaticaberrationamongtheglasscatalog.Withtheoptimalmaterialscombination,adispersiveobjectivewasdesignedforCCM.Thewelldesignedobjectivecouldprovidelargelinearmeasuringrangewhilehavingashorttubelength.OptimizationandselectionofmaterialsaresignificantfordispersiveobjectivedesigntoheightentheperformanceofCCM.Keywords:opticalsystemdesign;chromaticaberration;chromaticconfocalmicroscope;optimizationofopticalmaterials0引言光谱共焦显微镜(ChromaticConfocalMicroscope,CCM)是从扫描共焦显微镜基础上发展起来的一种共焦显微镜。1992年Browne等人将光谱深度扫描技术引入共焦显微镜，验证了光谱共焦显微镜的原理[1]。光谱共焦显微镜具有无需扫描即可测量轴向高度的特点，测量速度大大增加。之后又有不少学者对光谱共收稿日期：2011-12-10；收到修改稿日期：2012-05-08基金项目：中国工程物理研究院科学技术发展基金(K632-10-JF)；中国工程物理研究院预研基金(K623-10-Y)资助项目作者简介：刘乾(1983-)，男(汉族)，山东单县人。工程师，硕士，主要研究方为精密测量、光学设计。E-mail:liuqianblue@126。wwgdgc.ac---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---光电工程2012年8月112焦显微镜进行了研究，并将其发展为光谱共焦位移传感器。相比于激光三角法位移传感器，光谱共焦位移传感器对表面状况的要求更低、容许更大的倾斜角度。目前，光谱共焦技术已广泛应用到轮廓扫描、粗糙度测量、位移测量等多个方面，如用光谱共焦位移传感器代替接触式测针用于文物级唱片的声音还原[2]、测量光学平行平板和透镜的厚度[3-4]、金属薄膜的厚度和厚度分布[5]等。此外，光谱共焦位移传感器为ISO推荐的表面纹理测量仪器之一[6]。光谱共焦显微镜的测量范围和分辨力与其前端的色散物镜密切相关，因此色散物镜是光谱共焦显微镜的关键部件。与常规消色...