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光譜共焦傳感器測量原理及其測量方法

發(fā)布時間:2020-03-27
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光譜共焦傳感器測量原理及其測量方法相信很多人都不知道是什么,今天就告訴大家一些關(guān)于光譜共焦傳感器的問題知識,希望對大家有用處。


光譜共焦測量原理


眾所周知,自然界的陽光屬于白光。白光不是純光,而是由許多單色光組成的。人眼可見光的波長范圍從400納米(藍(lán)光)到700納米(紅光)。光在不同介質(zhì)中傳播時可能會有角度偏差,但在實(shí)際白光照射下,單線光在不同介質(zhì)中會有多次折射。


光學(xué)材料(透鏡)對于不同的單色光具有不同的折射率,即不同的折射角度。波長越短,折射率越大,波長越長,折射率越小(這也是不同望遠(yuǎn)鏡有所謂色差的原因)。同一薄透鏡對于不同的單色光具有不同的焦距,并且每個單色光具有不同的焦距。根據(jù)彩色光的波長,它們的像點(diǎn)從近到遠(yuǎn)排列在光軸上,遠(yuǎn)離透鏡(不同單色光的波長不同),因此成像產(chǎn)生所謂的色差透鏡誤差。色差透鏡誤差導(dǎo)致成像產(chǎn)生彩色斑點(diǎn)或光暈。在照相設(shè)備中,應(yīng)進(jìn)行特殊處理,以盡量減少色差透鏡誤差引起的成像問題。常見的消除方法包括雙膠合系統(tǒng)和雙分離系統(tǒng)。


然而,光譜共焦測量方法正好利用了這種物理現(xiàn)象的特征。通過使用特殊的透鏡,擴(kuò)展了不同顏色光的聚焦光暈范圍,形成特殊的放大色差,從而可以根據(jù)不同被測物體與透鏡之間的距離,將精確波長的光聚焦在被測物體上。通過測量反射光的波長,可以獲得被測物體和透鏡之間的精確距離。這個過程與照相設(shè)備通過各種方法減少色差的過程正好相反。


為了獲得上述特殊的色差,需要在傳感器探頭中使用幾個特殊的透鏡來根據(jù)所需的范圍分解光。然后使用凸透鏡將傳感器探頭發(fā)出的光聚集在一個軸上,形成所謂的聚焦軸。如果不使用凸透鏡,傳感器探頭發(fā)出的光將被散射,無法進(jìn)行測量。


白光通過半透鏡表面到達(dá)凸透鏡。這就是上述特殊色差發(fā)生的地方。光線照射到被測物體上后發(fā)生反射,穿過凸透鏡后返回傳感器探頭中的半透鏡。半透鏡將反射光折射到穿孔蓋板上,小孔只允許聚焦良好的反射光通過。穿過多孔蓋板的光是一組模糊的光譜,也就是說,幾個不同波長的光可以穿過小孔并照射在CCD光敏矩陣單元上。


光譜共焦傳感器


然而,只有聚焦在待測物體上的反射光才具有足夠的光強(qiáng),從而在CCD光敏矩陣上產(chǎn)生明顯的峰值。在穿孔蓋板后面,需要一個分光器來測量反射光的顏色信息。分光器類似于一種特殊的光柵,它可以根據(jù)反射光的波長來增強(qiáng)或減弱折射率。因此,電荷耦合器件矩陣上的每個位置對應(yīng)于從測量對象到探頭的距離。


光譜共焦傳感器的測量方法


光譜共焦測量方法利用色差透鏡偏差這種物理現(xiàn)象的特點(diǎn)。通過使用特殊透鏡,延長不同顏色光的焦點(diǎn)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。這一過程與攝影器材通過各種方法消減色差的過程正好相反。


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(diǎn)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。


上面就是光譜共焦傳感器測量原理及其測量方法,有需要光譜共焦傳感器的可以在海伯森后臺進(jìn)行咨詢。

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