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光谱共焦
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DSP-030光谱共焦
添加时间:2017-02-19






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。
众所周知,自然界的日光属白光一种,白光不是最纯洁的光,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。在摄影器材中,应通过特殊处理,尽量消减色差透镜错误导致的成像问题。常用的消除方法有双胶合系统与双分离系统。



 
一面单透镜的色差造成对不同波长的色光产生了不同的焦距


 
对于消色差双合透镜而言,可见光的波长近似具有相等的焦距


 
具有抵消色散属性的衍射光学器件可以用来矫正色差
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。
为了得到上述特殊的色差,需要在传感器探头内使用若干特殊透镜,用来根据所需量程将光线分解。最后使用一个凸透镜,将传感器探头射出的光线聚拢在一条轴线上,形成所谓的焦点轴线。


 

白色光通过多组透镜后产生明显的色差。然后打到样品上,只有在样品焦点位置的光才会反射回来。反射回来的光经过光纤传导到光谱仪进行光谱分析,分析出当前的光谱,即可对应计算出焦点的距离。



1.超高分辨率

纳米级分辨率源于上述经过特殊处理得到的加长光谱范围。由于采用检测焦点的颜色,得到距离信息,光谱共焦传感器可以采用非常小的测量光斑,从而允许测量非常小的被测物体。这也意味着,即使被测表面有非常轻微的划痕,也逃不过光谱共焦传感器的眼睛。

2.信号更加稳定

使用光线波长计算距离,反射光产生的信号波峰强度并不在测量依据之内。反射光的光强不会影响测量结果。 这意味着,无论有多少反射光从被测物体反射回来,测量的距离结果可能是不变的。所以信号会更加稳定。因此,采用捷扬公司的光谱共焦传感器,即使被测物体是强吸光材料,如黑色橡胶;或者是透明材料,如玻璃或者液体,都可以进行正常可靠的测量。

3.可测量小孔

由于光谱共焦传感器的光路非常紧凑和集中,使其非常适合测量钻孔结构。而其他测量方式,如激光三角反射式测量,对于小孔往往无能为力,因为小孔形成的阴影会遮挡反射光的光路,无法进行测量。针对这种小孔测量任务,德国米铱公司推出了IFS 2402微型光谱共焦传感器探头。这种探头拥有仅4mm的探头直径,可以探入小孔内部进行测量。

4.可测量透明材料。

与其他测量方法不同,光谱共焦传感器在测量这种物体时,仅需要一支探头就可以完成测量。测量被测物体前端面和后端面的反射光,从而得到层厚信息。

5.测量更加安全可靠

由于测量只使用白光,无需额外附加激光安全措施。由于探头本身不含有任何电路,传感器探头还可以被用于有防爆要求的环境或者有电磁干扰要求的环境。而控制器可以被放置于安全距离以外,允许最长50m的光纤连接探头和控制器。



1.高度检测
通过不同焦点所对应不同位置,测量出样品的高度尺寸。
 

2.位移检测
通过不同焦点对应不同的距离,计算出样品的位移。


 
3.透明材料厚度检测
通过透明物体两个表面对应不同的焦点,算出透明物体的厚度。


 
4.不透明材料厚度检测
使用两个距离传感器,测量两个表面的距离,与标准片对比后,算出样品的厚度。


 


型号
DST-003
SC-01SC-03SC-10
线性量程(mm)0.31310
精度(um)0.31310
量程起点(近似值)(mm)6102050
焦点光斑直径(μm)小于17小于17小于22小于22
出光口径(mm10.414.42238.2
分辨率(谱峰半高宽)(nm)33.23.55
镜头外形直径(mm)27273454
镜头主体长度(mm)10910588.7112.8
镜头总长(mm)154150145185


 
 


1.需要禁止在光路上存在遮挡物或小颗粒,这会影响测量精度,甚至使测量变得不可完成。
2.由于采用的是光学测量方法,探头到被测物体的距离也有一定限制。


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