光譜共焦測量原理
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***起，形成白光。人類肉眼可見光的波長范圍從400nm (藍光)到700nm (紅光)。通過透鏡，不同顏色的光不會聚焦到同***個點上。這種現象稱為色差透鏡錯誤或者叫色差透鏡偏差。
眾所周知，自然界的日光屬白光***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，波長愈長折射率愈小（這也是不同望遠鏡所謂的色差不同的原因），同***薄透鏡對不同單色光，每***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。常用的消除方法有雙膠合系統與雙分離系統。
而光譜共焦測量方法恰恰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***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***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使用若干特殊透鏡，用來根據所需量程將光線分解。***后使用***個凸透鏡，將傳感器探頭射出的光線聚攏在***條軸線上，形成所謂的焦點軸線。如果不使用凸透鏡，傳感器探頭射出的光將分散開來，測量也就無法進行了。
光譜共焦位移傳感器與激光位移傳感器的對比：
| | 激光三角反射法位移傳感器 | 光譜共焦位移傳感器（色散位移傳感器） |
| 遮擋陰影的影響 |
高度變化映射到傳感器像位移，根據三角函數計算出高度距離。圖中陰影部分是測量盲區。 |
光線是從四面八方照射過來的，即使大部分的光線被阻擋，只要有***小部分返回，照樣可以測量，甚至能測量其它方法無法測量的小孔和槽底部。***個光譜共焦傳感器可以起4個從不同方向照射的激光位移傳感器的作用。 |
| 透明體和鏡面被測物的影響 |
激光光斑可能在透明被測物表面發生透射，在被測物內部產生光暈，從而導致激光位移傳感器測量偏差。
另***方面，激光位移傳感器需要光斑在被測物表面形成漫反射，在***個傾斜角度上收集回光。而對于鏡面反射被測物，能夠進入側面收光器的光線很少，可能導致測量困難，需要傾斜安裝或使用鏡面檢測專用激光位移傳感器。 |
半透明材質光斑周圍的漫反射光被小孔阻擋無法返回到光譜分析儀，不會影響測量。
這種方法和全息原理相似，理論上每***束經過小孔返回的光都攜帶了距離信息，透明表面或鏡面也會反射***部分光回去，所以透明材質也可以測量。
采用同軸檢測，發射光和返回光在同***軸線上，避免因全反射導致的回光不足問題。光譜共焦傳感器可以用于檢測鏡面被測物。 |
| 鏡面物體大角度測量的影響 |
當鏡面被測物邊沿有很大傾斜角度時（如手機3D玻璃邊沿），激光三角反射法位移傳感器的回光可能發生很大角度的反射，導致側向收光器回光很少，無法測量。 |
在比較大的彎曲或傾斜角度內，只要有***小部分光返回，就可以完成測量任務。不需要傾斜安裝或使用鏡面反射特殊型號位移傳感器，減少了傳感器品種數和安裝難度，大大提高使用效率。 |
| 光斑大小的影響 |
激光三角反射式位移傳感器只有在聚焦點光斑***小，離開聚焦點后光斑都會變大。對于測量微小結構的測量任務，可能會帶來測量困難。 |
在量程范圍內，測量有效波長的光永遠都在焦點上，可以全量程保持分辨率和精度。因此光譜共焦位移傳感器特別適合測量微小幾何結構和輪廓變化。 |
新技術，新可能
使用光譜共焦測量技術，可以得到超高分辨率。納米***分辨率源于上述經過特殊處理得到的加長光譜范圍。由于采用檢測焦點的顏色，得到距離信息，光譜共焦傳感器可以采用非常小的測量光斑，從而允許測量非常小的被測物體。這也意味著，即使被測表面有非常輕微的劃痕，也逃不過光譜共焦傳感器的眼睛。
由于光譜共焦傳感器的光路非常緊湊和集中，使其非常適合測量鉆孔結構。而其他測量方式，如激光三角反射式測量，對于小孔往往無能為力，因為小孔形成的陰影會遮擋反射光的光路，無法進行測量。針對這種小孔測量任務，德***米銥公司推出了IFS 2402微型光譜共焦傳感器探頭。這種探頭擁有僅4mm的探頭直徑，可以探入小孔內部進行測量。
由于測量只使用白光，無需額外附加激光安全措施。由于探頭本身不含有任何電路，傳感器探頭還可以被用于有防爆要求的環境或者有電磁干擾要求的環境。而控制器可以被放置于安全距離以外。允許***長50m的光纖連接探頭和控制器。但是，需要禁止在光路上存在遮擋物或小顆粒，這會影響測量精度，甚至使測量變得不可完成。由于采用的是光學測量方法，探頭到被測物體的距離也有***定限制。新技術，新可能
使用光譜共焦測量技術，可以得到超高分辨率。納米***分辨率源于上述經過特殊處理得到的加長光譜范圍。由于采用檢測焦點的顏色，得到距離信息，光譜共焦傳感器可以采用非常小的測量光斑，從而允許測量非常小的被測物體。這也意味著，即使被測表面有非常輕微的劃痕，也逃不過光譜共焦傳感器的眼睛。
由于光譜共焦傳感器的光路非常緊湊和集中，使其非常適合測量鉆孔結構。而其他測量方式，如激光三角反射式測量，對于小孔往往無能為力，因為小孔形成的陰影會遮擋反射光的光路，無法進行測量。針對這種小孔測量任務，德***米銥公司推出了IFS 2402微型光譜共焦傳感器探頭。這種探頭擁有僅4mm的探頭直徑，可以探入小孔內部進行測量。
由于測量只使用白光，無需額外附加激光安全措施。由于探頭本身不含有任何電路，傳感器探頭還可以被用于有防爆要求的環境或者有電磁干擾要求的環境。而控制器可以被放置于安全距離以外。允許***長50m的光纖連接探頭和控制器。但是，需要禁止在光路上存在遮擋物或小顆粒，這會影響測量精度，甚至使測量變得不可完成。由于采用的是光學測量方法，探頭到被測物體的距離也有***定限制。
共焦位移傳感器confocalDT, 色散傳感器，白光色散傳感器
滬公網安備31011502016460號
