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光譜共焦測量原理解析

時間:2023-03-12發布者:道美摘錄

       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)對于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?。ㄟ@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范圍,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。

 

        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里產生。光線照射到被測物體后發生反射,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。分光器類似一個制作光柵,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,這里只計算光線波長,用以產生測量信號。反射光產生的信號波峰振幅并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于反射物體的反光程度。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??煽康臏y量。


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