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光譜共焦傳感器的原理?
閱讀：785 發(fā)布時間：2022-11-1
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(zhì)中傳播可能會有角度偏差的現(xiàn)象產(chǎn)生，而實際的白光照射下不同介質(zhì)將有很多單線光的折射。光學(xué)材料(透鏡)對于不同單色光的折射率是不同的，也就是折射角度，波長愈短折射率愈大，波長愈長折射率愈小，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(yuǎn)地排列在光軸上(不同的單色光的波長是不同的)。而光譜共焦測量方法恰恰利用這種物理現(xiàn)象的特點。
通過使用特殊透鏡，延長不同顏色光的焦點光暈范圍，形成特殊放大色差，使其根據(jù)不同的被測物體到透鏡的距離，會對應(yīng)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(nèi)使用若干特殊透鏡，用來根據(jù)所需量程將光線分解。最后使用一個凸透鏡，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。如果不使用凸透鏡，傳感器探頭射出的光將分散開來，測量也就無法進(jìn)行了。
白色光通過一個半透鏡面到達(dá)凸透鏡。上述特殊色差就在這里產(chǎn)生。光線照射到被測物體后發(fā)生反射,透過凸透鏡，返回到傳感器探頭內(nèi)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(qiáng)，在CCD感光矩陣上產(chǎn)生一個明顯的波峰。在穿孔蓋板后面，需要一個分光器測量反射光的顏色信息。分光器類似一個特制光柵，可以根據(jù)反射光的波長，增強(qiáng)或減弱折射率。因此，CCD矩陣上的每一個位置，對應(yīng)一個測量物體到探頭的距離。這里只計算光線波長，用以產(chǎn)生測量信號。反射光產(chǎn)生的信號波峰振幅并不在信號測量依據(jù)之內(nèi)。也就是說反射光的光強(qiáng)不會影響測量結(jié)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(jié)果可能是不變的。因為反射光的光強(qiáng)僅僅取決于反射物體的反光程度。