齐齐哈尔光谱共焦

光谱共焦传感器原理简介


1. 光谱共焦传感器内部的一束白光穿过小孔S，照射在色散镜头组L上。色散镜头组把白光分解成不同波长的单色光，每一个波长对应一个固定的距离值。
2. 当对象出现在测量区域的时候，一个特定波长的单色光正好照射在其表面，并且反射进光学系统。
3. 此反射光通过一个小孔S,,（只有聚焦在被测体表面的光才可以穿过这个小孔），由波长识别系统(光谱仪)识别其波长，从而得到其所代表的距离值。
4.由光源射出一束宽光谱的复色光（呈白色），通过色散镜头发生光谱色散，形成不同波长的单色光。每一个波长的焦点都对应一个距离值。测量光射到物体表面被反射回来，只有满足共焦条件的单色光，可以通过小孔被光谱仪感测到。通过计算被感测到的焦点的波长，换算获得距离值.光谱共焦传感器就是通过以上原理来实现测量的。

光谱共焦传感器与激光位移传感器的对比：
激光三角反射法位移传感器光谱共焦位移传感器（光谱共焦传感器）遮挡阴影的影响
高度变化映射到传感器像位移，根据三角函数计算出高度距离。图中阴影部分是测量盲区。
光线是从四面八方照射过来的，即使大部分的光线被阻挡，只要有一小部分返回，照样可以测量，甚至能测量其它方法无法测量的小孔和槽底部。一个光谱共焦传感器可以起4个从不同方向照射的激光位移传感器的作用。透明体和镜面被测物的影响几乎没有。这就是光谱共焦传感器的特点。

光谱焦传感器测量技术发展历史  随着精密制造业的发展，对精密测量技术的要求越来越高。位移测量技术作为几何量精密测量的基础，不仅需要**高测量精度，而且需要对环境和材料的广泛适应性，并且逐步趋于实时、无损检测。与传统接触式测量方法相比，光谱共焦传感器传感器具有高速度，高精度，高适应性等明显优势。  1940年，Hans Goldmann在瑞士伯尔尼发明了裂隙灯系统，用于检查。这个检测系统被认为是光谱共焦传感器测量系统的雏形。  1943年，Zyun Koana 发表了共聚焦传感器测量系统设计图，图中明确展示了共聚焦测量系统的传输光路。    1951年，Hiroto Naora, Koana的同事, 在科学杂志撰文描述了共聚焦分光光度法。    1955年，Marvin Minsky制造出了首台共聚焦显微镜，并于1957年申请了**    1960年，捷克斯洛伐克查尔斯大学的Mojmír Petráň开发出了串联扫描光谱共焦传感器的测量系统，被认为是商业化的同类系统。

光谱共焦传感器在设计色散镜头时，除了要考虑其轴向色差外，还要考虑如下因素：
1）物方数值孔径可以提高分辨率；
2）像方数值孔可以提高光源利用率；
3）减小系统球差可以提高精度；
4）光谱共焦传感器的·系统结构要易于装配和调整。  以上这些因素是相互制约的，数值孔径的同时系统球差也随之变大，如果要校正球差系统，结构就会变得复杂，所以色散镜头设计的目的是用少的透镜达到理想的效果。光谱共焦传感器的光学系统可以看成两个部分，一部分是消色差场镜，它的焦点在光源处，把点光源准直成平行光，另一部分为色散物镜，它的作用是把不同波长的平行光聚焦在轴上的不同位置，形成光谱色散，而消色差透镜和非球面透镜正好可以起到这样的作用。
由于光谱共焦传感器的系统要分析反射回光纤的光谱光强分布情况，所以对共焦过程进行了模拟，在仿真过程中，将平面镜置于焦面处，使通过光学系统的光经过平面镜反射后又回到光学系统，并成像在光源位置。通过观察像面处的点列图发现，当平面镜设置在不同波长的焦面处时，聚焦波长在像面处的弥散斑较小，而其他波长的弥散斑较大。平面镜设置在 550 nm 波长焦面处时像面上的点列图，其中 550 nm 波长的弥散斑直径为41.4 μm，小于光纤纤芯直径，而 400 nm 波长的弥散斑直径为 2 311.46 μm，远大于光纤纤芯直径。为了较准确地分析光纤纤芯直径对共焦系统的滤光情况，将光纤端面离散为间距 1 nm 的均匀分布点光源，并假设弥散斑与光纤纤芯重叠的部分为可以进入光纤的光。

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