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光谱共焦位移传感器光源为什么选用白光?

发布时间:2021-09-17 浏览:16次 责任编辑:立仪科技

    混色光是由众多不同波长光线组成的,我们称之为光谱。所有不同波长的可见光重叠在一起,形成白光。人类肉眼可见光的波长范围从400nm(蓝光)到700nm(红光)。通过透镜,不同颜色的光不会聚焦到同一个点上。这种现象称为色差透镜错误或者叫色差透镜偏差。



    光谱共焦位移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。


    自然界的日光属白光一种,白光不是纯洁的光,而是许多单色光组成的。光在不同介质中传播可能会有角度偏差的现象产生,而实际的白光照射下不同介质将有很多单线光的折射。光学材料(透镜)对于不同单色光的折射率是不同的,也就是折射角度不同波长愈短折射率愈大,波长愈长折射率愈小(这也是不同望远镜所谓的色差不同的原因),同一薄透镜对不同单色光,每一种单色光都有不同的焦距,按色光的波长由短到长,它们的像点离开透镜由近到远地排列在光轴上(不同的单色光的波长是不同的)这样成像就产生了所谓色差透镜错误。色差透镜错误使成像产生色斑或晕环。


    而光谱共焦测量方法恰恰利用这种物理现象的特点。通过使用特殊透镜,延长不同颜色光的焦点光晕范围,形成特殊放大色差,使其根据不同的被测物体到透镜的距离,会对应一个精确波长的光聚焦到被测物体上。通过测量反射光的波长,就可以得到被测物体到透镜的精确距离。这一过程与摄影器材通过各种方法消减色差的过程正好相反。


    白色光通过一个半透镜面到达凸透镜。上述特殊色差就在这里产生。光线照射到被测物体后发生反射,透过凸透镜,返回到传感器探头内的半透镜上。半透镜将反射光折射到一个穿孔盖板上,小孔只允许聚焦好的反射光通过。透过穿孔盖板的光是一组模糊光谱,也就是说若干不同波长的光都有可能穿过小孔照在CCD感光矩阵单元上。但是只有在被测物体上聚焦的反射光拥有足够光强,在CCD感光矩阵上产生一个明显的波峰。在穿孔盖板后面,需要一个分光器测量反射光的颜色信息。分光器类似一个特制光栅,可以根据反射光的波长,增强或减弱折射率。因此,CCD矩阵上的每一个位置,对应一个测量物体到探头的距离。