光譜共焦測量原理解析

2021/05/11

編寫:adminBOSS

自然界的日光屬白光一種，白光不是最純潔的光，而是許多單色光組成的。光在不同介質中傳播可能會有角度偏差的現象產生，而實際的白光照射下不同介質將有很多單線光的折射。光學材料（透鏡）對於不同單色光的折射率是不同的，也就是折射角度不同波長愈短折射率愈大，波長愈長折射率愈小（這也是不同望遠鏡所謂的色差不同的原因），同一薄透鏡對不同單色光，每一種單色光都有不同的焦距，按色光的波長由短到長，它們的像點離開透鏡由近到遠地排列在光軸上（不同的單色光的波長是不同的）這樣成像就產生了所謂色差透鏡錯誤。色差透鏡錯誤使成像產生色斑或暈環。在攝影器材中，應通過特殊處理，盡量消減色差透鏡錯誤導致的成像問題。

光譜共焦測量方法利用這種物理現象的特點，通過使用特殊透鏡，延長不同顏色光的焦點光暈範圍，形成特殊放大色差，使其根據不同的被測物體到透鏡的距離，會對應一個精確波長的光聚焦到被測物體上。通過測量反射光的波長，就可以得到被測物體到透鏡的精確距離。為了得到上述特殊的色差，需要在傳感器探頭內使用若干特殊透鏡，用來根據所需量程將光線分解。最後使用一個凸透鏡，將傳感器探頭射出的光線聚攏在一條軸線上，形成所謂的焦點軸線。

白色光通過一個半透鏡面到達凸透鏡。上述特殊色差就在這裡產生。光線照射到被測物體後發生反射,透過凸透鏡，返回到傳感器探頭內的半透鏡上。半透鏡將反射光折射到一個穿孔蓋板上，小孔只允許聚焦最好的反射光通過。透過穿孔蓋板的光是一組模糊光譜，也就是說若干不同波長的光都有可能穿過小孔照在CCD感光矩陣單元上。但是只有在被測物體上聚焦的反射光擁有足夠光強，在CCD感光矩陣上產生一個明顯的波峰。在穿孔蓋板後面，需要一個分光器測量反射光的顏色信息。分光器類似一個特製光柵，可以根據反射光的波長，增強或減弱折射率。因此，CCD矩陣上的每一個位置，對應一個測量物體到探頭的距離。

在整個量程上可以得到幾萬個測量點，這裡只計算光線波長，用以產生測量信號。反射光產生的信號波峰振幅並不在信號測量依據之內，也就是說反射光的光強不會影響測量結果。這意味著，無論有多少反射光從被測物體反射回來，測量的距離結果可能是不變的，因為反射光的光強僅僅取決於反射物體的反光程度。普密斯生產的光譜共焦傳感器正是掌握了這些特性，即使被測物體是強吸光材料，如黑色橡膠；或者是透明材料，如玻璃，都可以進行正常可靠的測量。

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