日前，合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院盧榮勝教授課題組發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國際期刊《Optics and Lasers in Engineering》的研究論文被國際著名工程學(xué)科技機(jī)構(gòu)“Advances In Engineering”（簡稱AIE）遴選為關(guān)鍵科學(xué)文章（a key scientific article），并以“Initial structure of dispersion objective for chromatic confocal sensor based on doublet lens”為題在電子工程（Electrical Engineering）欄目進(jìn)行專題報(bào)道。該團(tuán)隊(duì)博士研究生張紫龍為第一作者，盧榮勝教授為通訊作者。

光譜共焦測量方法無需使用機(jī)械掃描測量系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)大范圍的軸向絕對測量。該技術(shù)通過擴(kuò)大光學(xué)系統(tǒng)的軸向色差，將寬光譜白光光源各個(gè)波長聚焦在不同平面或焦點(diǎn)上，建立波長與軸向位置一一對應(yīng)關(guān)系。然而，在設(shè)計(jì)光譜共焦傳感器光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，選擇合理的光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同波長的光在軸向分離，并在軸向產(chǎn)生大范圍的色差，仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是決定傳感器設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。目前的研究表明，光譜共焦傳感器至少會(huì)使用一組雙膠合透鏡以產(chǎn)生足夠的軸向色差。

盧教授團(tuán)隊(duì)在研究光譜共焦傳感器結(jié)構(gòu)的過程中認(rèn)識到雙膠合透鏡的重要性，對雙膠合透鏡所使用的光學(xué)材料和面型結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。分析了不同光學(xué)材料組合和不同光焦度分布的雙膠合透鏡產(chǎn)生的色散特征，提出了L型和S型兩種形式的色散類型，并推導(dǎo)出色散類型對光譜共焦傳感器的色散范圍和數(shù)值孔徑的影響。使用L型和S型色散的雙膠合透鏡構(gòu)建了光譜共焦傳感器的擴(kuò)散鏡組，結(jié)合相同參數(shù)的會(huì)聚鏡組提出了兩種形式的色散物鏡初始結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果清楚地表明，采用 L 型色散的雙膠合透鏡初始結(jié)構(gòu)可用于設(shè)計(jì)具有大色散范圍的傳感器；使用S型色散的雙膠合透鏡初始結(jié)構(gòu)有利于設(shè)計(jì)具有更高數(shù)值孔徑的傳感器。他們的研究成果發(fā)表在《Optics and Lasers in Engineering》139, 2021 雜志上。這項(xiàng)研究成果為設(shè)計(jì)人員選擇合理的色散鏡組光學(xué)初始結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)有效的途徑，解決了設(shè)計(jì)光譜共焦傳感器色散鏡組光學(xué)結(jié)構(gòu)初始參數(shù)選擇難的問題。

圖1 L型色散光路結(jié)構(gòu)

圖2 S型色散光路結(jié)構(gòu)

圖3 光譜共焦傳感器光路原理

圖4 光譜共焦傳感器優(yōu)化方向

近年來，盧榮勝教授課題組在機(jī)器視覺與三維光學(xué)測量領(lǐng)域取得了多項(xiàng)研究成果，近三年來有4篇研究論文獲得《光學(xué)學(xué)報(bào)》等中文期刊優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，其中兩篇文章被《光學(xué)學(xué)報(bào)》38(4), 2018和《激光與光電子學(xué)進(jìn)展》57(4), 2020作為封面文章；還有一篇英文論文被《Applied Physics Letters》114(13), 2019入選為特色論文（Featured article）和科學(xué)之光（AIP Scilight）。

AIE主要面向工程科技領(lǐng)域的科學(xué)家、工程師及大學(xué)師生，擁有廣泛的讀者群和較大的影響力。AIE每周由其委員會(huì)篩選出20篇左右的優(yōu)秀論文進(jìn)行特別報(bào)道，研究方向包括材料、化學(xué)、電氣、機(jī)械、納米技術(shù)、土木以及通用工程（航空航天、通信、計(jì)算機(jī)），入選率僅為上述領(lǐng)域論文總數(shù)的1‰以內(nèi)。目前，AIE每月的閱讀量達(dá)80萬次，被世界排名前40位的工程公司和全球主要研究機(jī)構(gòu)所鏈接，用于跟蹤重要的工程科技進(jìn)展。

該項(xiàng)研究成果受到國家自然科學(xué)基金（51875164）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB2003801）和國家重大科學(xué)儀器裝備開發(fā)專項(xiàng)（2013YQ220749）資助。