光譜共焦傳感器-lhpit共聚焦測(cè)量 |
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ERT光譜共焦傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在光譜共焦位移傳感器系統(tǒng)中,系統(tǒng)的測(cè)量范圍受4個(gè)方面的因素影響:1)光源光譜分布范圍;2)色散鏡頭在工作波段范圍內(nèi)的軸向色差;3)光譜儀的工作波段;4)光纖耦合器的工作波段。選擇的白光LED 光源的光譜分布如圖2所示,波段 400~800 nm,所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中,色散鏡頭、光譜儀和光纖耦合器的工作波段要盡量與光源的波段一致,最終系統(tǒng)的測(cè)量范圍為色散物鏡在其共同工作波段范圍內(nèi)的軸向色差。 物特性和雜散光不敏感。 在設(shè)計(jì)色散鏡頭時(shí),除了要考慮其軸向色差外,還要考慮如下因素:1)增大物方數(shù)值孔徑可以提高分辨率;2)增大像方數(shù)值孔可以提高光源利用率;3)減小系統(tǒng)球差可以提高精度;4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要易于裝配和調(diào)整。 以上這些因素是相互制約的,增大數(shù)值孔徑的同時(shí)系統(tǒng)球差也隨之變大,如果要校正球差系統(tǒng),結(jié)構(gòu)就會(huì)變得復(fù)雜,所以色散鏡頭設(shè)計(jì)的目的是用最少的透鏡達(dá)到最理想的效果。光譜共焦位移傳感器的光學(xué)系統(tǒng)可以看成兩個(gè)部分,一部分是消色差場(chǎng)鏡,它的焦點(diǎn)在光源處,把點(diǎn)光源準(zhǔn)直成平行光,另一部分為色散物鏡,它的作用是把不同波長(zhǎng)的平行光聚焦在軸上的不同位置,形成光譜色散,而消色差透鏡和非球面透鏡正好可以起到這樣的作用。本文采用了美國(guó) thorlabs 公司的消色差和非球面透鏡組合,色散鏡頭設(shè)計(jì)如圖 3 所示。并選擇在光源波段范圍內(nèi)耦合效率較高的光纖耦合器和分辨率為0.5nm的光譜儀,具體元件及參數(shù)如表 1 所示。 由于系統(tǒng)要分析反射回光纖的光譜光強(qiáng)分布情況,所以對(duì)共焦過(guò)程進(jìn)行了模擬,在仿真過(guò)程中,將平面鏡置于焦面處,使通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的光經(jīng)過(guò)平面鏡反射后又回到光學(xué)系統(tǒng),并成像在光源位置。通過(guò)觀察像面處的點(diǎn)列圖發(fā)現(xiàn),當(dāng)平面鏡設(shè)置在不同波長(zhǎng)的焦面處時(shí),聚焦波長(zhǎng)在像面處的彌散斑較小,而其他波長(zhǎng)的彌散斑較大。
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