光譜共焦測量技術(shù)為什么選用LED的普通光源？

時(shí)間：2018-05-15

光譜共焦測量技術(shù)采用的是LED光源

眾所周知，自然界的日光屬白光一種，白光不是純潔的光，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(shí)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(yuǎn)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(diǎn)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）這樣成像就產(chǎn)生了所謂色差透鏡錯(cuò)誤。色差透鏡錯(cuò)誤使成像產(chǎn)生色斑或暈環(huán)。在攝影器材中，應(yīng)通過特殊處理，盡量消減色差透鏡錯(cuò)誤導(dǎo)致的成像問題。常用的消除方法有雙膠合系統(tǒng)與雙分離系統(tǒng)。

混色光是由眾多不同波長光線組成的，我們稱之為光譜。所有不同波長的可見光重疊在一起，形成白光。人類肉眼可見光的波長范圍從400nm (藍(lán)光)到700nm (紅光)。通過透鏡，不同顏色的光不會聚焦到同一個(gè)點(diǎn)上。這種現(xiàn)象稱為色差透鏡錯(cuò)誤或者叫色差透鏡偏差。

而光譜共焦測量方法恰恰利用這種物理現(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(gè)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。后使用一個(gè)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。

白色光通過一個(gè)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(gè)穿孔蓋板上，小孔只允許聚焦好的反射光通過。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(qiáng)，在CCD感光矩陣上產(chǎn)生一個(gè)明顯的波峰。在穿孔蓋板后面，需要一個(gè)分光器測量反射光的顏色信息。分光器類似一個(gè)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(gè)位置，對應(yīng)一個(gè)測量物體到探頭的距離。

在整個(gè)量程上，共可以得到**過30,000個(gè)測量點(diǎn)。這里只計(jì)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?yàn)榉瓷涔獾墓鈴?qiáng)僅僅取決于反射物體的反光程度。因此，采用ERT公司的光譜共焦傳感器，即使被測物體是強(qiáng)吸光材料，如黑色橡膠；或者是透明材料，如玻璃或者液體，都可以進(jìn)行正常可靠的測量。

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