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秒懂光谱共焦传感器的测量原理

2021-09-15

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众所周知,自然的阳光不是比较纯粹的光,而是由许多单色光构成的白光。光在不同介质中传播时,会出现角度偏差的现象,但在实际白光照射下,光学材料(镜片)根据单色光的不同,折射率也不同。也就是说,折射角度不同,波长越短,折射率越大,波长越长,折射率越小(这也是为什么不同望远镜的色差不同的原因)。相同的薄透镜对单色光有不同的焦距,色差透镜误差导致成像出现色斑或光晕。要通过特殊处理,较大限度地减少色差镜头错误引起的成像问题。光谱共焦常用的去除方法是双粘合系统和双分离系统。

                                                     

光谱共焦测量方法正是利用这种物理现象的特点。利用特殊镜片,扩大不同颜色光的聚焦晕范围,根据从不同测试大象对象到镜片的距离,形成特殊放大色差,使测量大象对象能够聚焦。通过测量反射光的波长,可以得到从测量的物体到透镜的准确距离。这个过程与摄影机构用各种方法减少色差的过程完全相反。

为了获得这种特殊色差,光谱共焦传感器探头内必须使用几个特殊镜头,根据所需范围分解光线。之后,使用凸透镜将传感器探头发出的光聚集在一个轴上,形成聚焦轴。如果不使用凸透镜,传感器探头发出的光就会分散,无法测量。

白光通过半透镜面到达凸透镜。上面的光谱共焦特殊色差就是在这里发生的。光线照射 到测量的物体后会发生反射,通过凸透镜返回传感器探针内的反透镜。反透镜将反射光折射 到穿孔盖上,小孔只允许焦点通过较佳反射光。

通过穿孔盖板的光线是一组模糊的光谱。也就是说,不同波长的光可以通过小孔照射 到CCD感光矩阵装置上。但是,只有光谱共焦聚焦于测量物体的反射光具有足够的亮度,从而在CCD感光矩阵上产生明显的峰值。

光谱共焦传感器测量的特性

1、传统三角剖分方法的比较

三角测量使用感光元件(CCD/CMOS)的光点位置变化来测量测量的物体的距离变化。在感光波形中,可以通过计算峰值或重心等特征量来减少误差,但原则上,如果材料不同或对象斜率发生变化,感光波形会出现位置偏差或波形混乱,从而导致测量误差。

​2、测量点电位问题

使用现有三角剖分时,测量位置或光斑大小会根据高度而变化。共焦位移传感器的同轴共焦原理,即使测量物倾斜或翘曲,也可以进行高精度测量,测量点不变。

3、超角度特性,较大倾角87度可测量。

如果测量物的倾斜角度过大,发光的像差图像由于同轴共聚焦原理存在无差干涉问题,即使有测量值,也会与真值有很大偏差。即使被测物有太大的斜率,也没有图像测量精度。

4、镜子、透明和半透明体表面也可能具有超 强的角度特性

光谱共焦传统的三角测量法在测量镜子体时,对传感器的安装角度要求很高。在使用多头测量玻璃或柔性样品厚度的应用程序中,安装时必须对每个传感器进行高精度角度调整。使用共焦位移传感器,无需严格的角度调整即可进行高精度测量。运动中测量的物体的跳动对测量没有太大影响。