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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。
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