一种快照式光谱共焦传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种快照式光谱共焦传感器，涉及传感器技术领域，包括准直透镜组、分光镜一、校正板、微透镜阵列、聚焦镜一、体光栅和面阵探测器，所述准直透镜组呈水平设置，所述分光镜一处于准直透镜组的正下方，且分光镜一呈45

【技术实现步骤摘要】
一种快照式光谱共焦传感器


[0001]本技术属于传感器
，具体涉及一种快照式光谱共焦传感器。

技术介绍

[0002]光谱共焦测量传感器可应用于非接触式、快速位移和距离测量。目前市面上采用的点式光谱共焦位移传感器，基本原理是点光源发出的宽波段光束通过光纤进入色散物镜，在物镜的轴向色散作用下不同波长的光沿轴向会聚不同位置处，当聚焦光斑由被测面反射或散射后，再经色散物镜重现回聚于光纤端面，光纤端面芯径可作为共焦成像中的小孔用于降低其他波长的干扰，当回聚光经光纤传输后被光谱仪接收并形成高斯形状的谱线，那么光谱的峰值位置应该就是某波长光的最佳焦点的反射信号，又由于不同波长的焦点位置不同而使波长与被测面高低或远近位置形成对应关系。传感器中的色散物镜轴向色散的大小决定了测量范围深度的大小，光纤芯径、物镜的数值孔径和色散距离、波长范围、光谱仪的分辨率等决定了传感器轴向位置的分辨率。点式光谱共焦位移传感器仅能测量被测面的一个点，若要测量一定的区域形貌，需要再通过移动平台带动被测物或者测量传感器进行二维扫描，由此需要的成像时间会很长，系统会变得庞大复杂，扫描过程中的抖动等因素都会影响测量精度。

技术实现思路

[0003]本技术提供一种快照式光谱共焦传感器，解决了现有的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本技术提供的一种快照式光谱共焦传感器，包括准直透镜组、分光镜一、校正板、微透镜阵列、聚焦镜一、体光栅和面阵探测器，所述准直透镜组呈水平设置，所述分光镜一处于准直透镜组的正下方，且分光镜一呈45
°
倾斜设置，所述校正板呈水平设置并处于分光镜一的正下方，所述聚焦镜一竖直设置并处于分光镜一所在平面，且聚焦镜一设置于分光镜一的一侧，所述聚焦镜一与校正板呈反射镜像对称，所述微透镜阵列呈水平设置并处于校正板的正下方，所述聚焦镜一远离分光镜一的一侧设置有呈竖直设置的准直镜一，所述准直镜一与聚焦镜一之间的中间位置设置有呈竖直设置的小孔面板，所述准直镜一远离小孔面板的一侧设置有呈竖直设置的体光栅，所述体光栅远离准直镜一的一侧设置有呈竖直设置的面阵探测器，所述面阵探测器与体光栅之间的中间位置设置有呈竖直设置的聚焦镜二，还包括校正板校正光路，所述校正板校正光路由宽波段点光源、准直镜二、分光镜二、窄带滤光片一、反射镜、窄带滤光片二和聚焦镜三组成，所述聚焦镜三呈水平设置并处于微透镜阵列的正下方，所述窄带滤光片二呈水平设置并处于聚焦镜三的正下方，所述反射镜呈倾斜设置并处于窄带滤光片二的正下方，所述准直镜二设置于反射镜的一侧上部，所述分光镜二处于准直镜二的上部一侧，所述窄带滤光片一处于分光镜二的上部一侧，所述准直镜二、分光镜二和窄带滤光片一处于同一条直线上。
[0005]优选的，所述微透镜阵列上等间距设置有多个径向渐变折射率的微透镜子单元。
[0006]优选的，所述小孔面板上设置有多个小通孔，且小通孔的位置与微透镜阵列上的
微透镜子单元的中心一一对应。
[0007]优选的，所述校正板的被照射表面涂敷有全息记录介质。
[0008]优选的，宽波段点光源发出的光束经准直镜二准直后，作为参考光束再经分光镜二和窄带滤光片一直接照射校正板，从分光镜二分出的光经转折反射镜和窄带滤光片二后再经聚焦镜三汇聚成点状光斑，点状光斑的位置正好处于微透镜子单元正常工作时的相应波长的聚焦光斑处，这样从微透镜子单元射出的光为平行光束，由于窄带滤光片一和窄带滤光片二通过波长一致，在校正板形成相应波长的波前干涉条纹，在曝光一段时间后，更换窄带滤光片一和窄带滤光片二的透过波长，并移动聚焦镜三到微透镜子单元正常工作时的其他相应波长的聚焦光斑处，这样相应波长的波前与参考光又形成一套干涉条纹，反复经过多次可形成多套干涉条纹，由此当使用校正板时，能够校正微透镜单元的不同波长的球差。
[0009]优选的，所述体光栅采用渐变折射率周期。
[0010]优选的，渐变折射率周期的体光栅与微透镜子单元的色散特性形成互补，从而使微透镜阵列的不同波长的聚焦位置与探测上的色散条带的波长位置形成线性对应关系。
[0011]本技术相比现有技术具有以下优点：本技术采用径向渐变折射率的微透镜子单元构成微透镜阵列实现大色散距离的探测阵列；采用校正板校正微透镜阵列球差，消除球差对轴向色差的影响；采用渐变折射率周期的体光栅，与色散物镜互补实实现不同波长的色散距离与波长间隔成线性关系，不需要复杂的非线性校正即可实现简单的距离或位置与色散一一对应关系。
附图说明
[0012]图1为本技术的快照式光谱共焦传感器的主体部分示意图；
[0013]图2为本技术的校正板校正光路示意图；
[0014]图3为本技术的微透镜阵列上的微透镜子单元的阵列分布示意图；
[0015]图4为本技术的小孔面板上小孔的阵列分布示意图；
[0016]图5为本技术的体光栅示意图；
[0017]图6为本技术的微透镜子单元的色散和体光栅衍射色散的补偿示意图。
[0018]图中标号：101、点光源；102、准直透镜组；103、分光镜一；104、校正板；105、微透镜阵列；106、聚焦镜一；107、小孔面板；108、准直镜一；109、体光栅；110、聚焦镜二110；111、面阵探测器；201、宽波段点光源；202、准直镜二；203、分光镜二；204、窄带滤光片一；205、反射镜；206、窄带滤光片二；207、聚焦镜三。
具体实施方式
[0019]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0020]请参阅图1
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6，本技术提供一种技术方案：一种快照式光谱共焦传感器，包括准直透镜组102、分光镜一103、校正板104、微透镜阵列105、聚焦镜一106、体光栅109和面阵
探测器111，准直透镜组102呈水平设置，分光镜一103处于准直透镜组102的正下方，且分光镜一103呈45
°
倾斜设置，校正板104呈水平设置并处于分光镜一103的正下方，聚焦镜一106竖直设置并处于分光镜一103在平面，且聚焦镜一106设置于分光镜一103的一侧，聚焦镜一106与校正板104呈反射镜像对称，微透镜阵列105呈水平设置并处于校正板104的正下方，聚焦镜一106远离分光镜一103的一侧设置有呈竖直设置的准直镜一108，准直镜一108与聚焦镜一106之间的中间位置设置有呈竖直设置的小孔面板107，准直镜一108远离小孔面板107的一侧设置有呈竖直设置的体光栅109，体光栅109远离准直镜一108的一侧设置有呈竖直设置的面阵探测器111，面阵探测器111与体光栅109之间的中间位置设置有呈竖直设置的聚焦镜二1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快照式光谱共焦传感器，其特征在于，包括准直透镜组(102)、分光镜一(103)、校正板(104)、微透镜阵列(105)、聚焦镜一(106)、体光栅(109)和面阵探测器(111)，所述准直透镜组(102)呈水平设置，所述分光镜一(103)处于准直透镜组(102)的正下方，且分光镜一(103)呈45
°
倾斜设置，所述校正板(104)呈水平设置并处于分光镜一(103)的正下方，所述聚焦镜一(106)竖直设置并处于分光镜一(103)所在平面，且聚焦镜一(106)设置于分光镜一(103)的一侧，所述聚焦镜一(106)与校正板(104)呈反射镜像对称，所述微透镜阵列(105)呈水平设置并处于校正板(104)的正下方，所述聚焦镜一(106)远离分光镜一(103)的一侧设置有呈竖直设置的准直镜一(108)，所述准直镜一(108)与聚焦镜一(106)之间的中间位置设置有呈竖直设置的小孔面板(107)，所述准直镜一(108)远离小孔面板(107)的一侧设置有呈竖直设置的体光栅(109)，所述体光栅(109)远离准直镜一(108)的一侧设置有呈竖直设置的面阵探测器(111)，所述面阵探测器(111)与体光栅(109)之间的中间位置设置有呈竖直设置的聚焦镜二(110)，还包括校正板校正光路，所述校正板校正光路由宽波段点光源(201)、准直镜二(202)、分光镜二(203)、窄带滤光片一(204)、反射镜(205)、窄带滤光片二(206)和聚焦镜三(207)组成，所述聚焦镜三(207)呈水平设置并处于微透镜阵列(105)的正下方，所述窄带滤光片二(206)呈水平设置并处于聚焦镜三(207)的正下方，所述反射镜(205)呈倾斜设置并处于窄带滤光片二(206)的正下方，所述准直镜二(202)设置于反射镜(205)的一侧上部，所述分光镜二(203)处于准直镜二(202)的上部一侧，所述窄带滤光片一(204)处于分光镜二(203)的上部一侧，所述准直...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建康，杨平，凌晨，陈志敏，
申请(专利权)人：儒众智能科技苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：