一种3D光谱共焦传感器及其检测设备制造技术

本发明专利技术公开了一种3D光谱共焦传感器和检测设备，传感器包括：宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输的路径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组和面阵相机，控制器；面阵相机位于第六镜片组的像方焦面上；控制器用于控制扫描振镜、扫描镜的扫描频率与面阵相机的曝光频率相同；扫描镜变化一个扫描角度，面阵相机的由上一列像素采样扫描光束转换为相邻的下一列像素采样扫描光束。实现了由点扫描向线扫描的过渡，成像速度快、成像质量高。成像质量高。成像质量高。

【技术实现步骤摘要】
一种3D光谱共焦传感器及其检测设备


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种3D光谱共焦传感器及其检测设备。

技术介绍

[0002]目前，光谱共焦传感器被广泛应用在各行各业的光学检测中，其中，光谱共焦传感器一般分为点光谱共焦传感器和线光谱共焦传感器。点光谱共焦传感器的缺点在于，其利用线阵相机采集光谱数据，线阵相机每行数据可以采集一行光谱数据；由于目前的线阵相机受限于线阵图像传感芯片技术的限制，此外，线阵相机使用较少的数模转换(ADC)通道数量，目前的线阵相机的数据获取速率较低，行频限制在几十万线/秒，因此，目前点光谱共焦传感器的成像速度也限制在几十万线/秒。传统的线光谱共焦传感器的缺点在于，线光谱共焦传感器照明待测样品的一条线，将这一条线的反射光，通过自由空间，并行的导入光谱仪，对这一条线的反射光做并行的光谱采集。由于其需要采用自由空间的光学和机械结构，不能采用光纤传输的方式，光谱仪和探头必须固定安装在一起，体积大，重量大，不适合空间紧凑的探测场景和需要移动测量的场景。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种3D光谱共焦传感器及其检测设备，以在提升成像速度和成像质量的基础上，由于检测探头和3D光谱共焦传感器中的成像光路是光纤连接，方便安装，方便使用。
[0004]为实现上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种3D光谱共焦传感器，包括：
[0005]宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输的路径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组和面阵相机，控制器；
[0006]所述宽谱光源出射宽光谱光束至所述光纤耦合器的光源输入端，所述宽光谱光束经所述光纤耦合器输出至所述第一镜片组，所述第一镜片组准直所述宽光谱光束形成第一准直光束至所述扫描振镜，所述扫描振镜扫描所述第一准直光束至所述第二镜片组，所述第二镜片组用于沿轴线分离所述第一准直光束为不同波长的聚焦光束并照射至待测样品上，所述待测样品不同深度位置反射对应波长的聚焦光束依次经过所述第二镜片组、所述扫描振镜、所述第一镜片组、所述光纤耦合器后，入射至所述第三镜片组，形成成像光束；
[0007]所述第三镜片组用于接收成像光束，并对所述成像光束进行准直形成第二准直光束，所述色散元件用于展开所述第二准直光束形成色散光束，所述第四镜片组用于对所述色散光束进行聚焦形成第二聚焦光束，所述第五镜片组用于对所述第二聚焦光束进行准直形成第三准直光束，所述扫描镜用于扫描所述第三准直光束形成扫描光束，所述第六镜片组用于聚焦所述扫描光束至所述面阵相机，所述面阵相机位于所述第六镜片组的像方焦面上；
[0008]所述控制器分别与所述扫描振镜、所述扫描镜、所述面阵相机电连接，用于控制所
述扫描振镜、所述扫描镜的扫描频率与所述面阵相机的曝光频率相同；所述扫描镜变化一个扫描角度，所述面阵相机的由上一列像素采样所述扫描光束转换为相邻的下一列像素采样所述扫描光束。
[0009]可选地，所述第二镜片组为沿轴向扩大色差的镜片组。
[0010]可选地，所述色散元件位于所述第四镜片组的物方焦面处，所述第四镜片组的像方焦面与所述第五镜片组的物方焦面为同一位置，所述扫描镜位于所述第五镜片组的像方焦面处，或者，所述扫描镜位于所述第五镜片组的像方焦面处，且还位于所述第六镜片组的物方焦面处。
[0011]可选地，所述第三镜片组包括至少一个镜片；所述第四镜片组包括至少一个镜片；所述第五镜片组包括至少一个镜片；所述第六镜片组包括至少一个镜片。
[0012]可选地，所述第三镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组、所述第四镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组、所述第五镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组、所述第六镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组。
[0013]可选地，所述扫描镜为电流计扫描振镜、共振振镜、MEMS振镜、多边形转镜、电光偏转器或声光偏转器中的其中一种。
[0014]可选地，所述扫描振镜为电流计扫描振镜、共振振镜、MEMS振镜中的一种。
[0015]可选地，所述色散元件为光栅、棱镜、衍射分光器件或超表面材料光学分光器件中的其中一种，所述色散元件为反射式色散元件或透射式色散元件。
[0016]可选地，所述宽谱光源为白光LED、卤素灯、氙灯或者激光驱动白光光源中的其中一种。
[0017]为实现上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种检测设备，包括如本专利技术任一实施例所述的3D光谱共焦传感器。
[0018]根据本专利技术实施例提出的3D光谱共焦传感器和检测设备，3D光谱共焦传感器包括：宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输的路径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组和面阵相机，控制器；宽谱光源出射宽光谱光束至光纤耦合器的光源输入端，宽光谱光束经光纤耦合器输出至第一镜片组，第一镜片组准直宽光谱光束形成第一准直光束至扫描振镜，扫描振镜扫描第一准直光束至第二镜片组，第二镜片组用于沿轴线分离第一准直光束为不同波长的聚焦光束并照射至待测样品上，待测样品不同深度位置反射对应波长的聚焦光束依次经过第二镜片组、扫描振镜、第一镜片组、光纤耦合器后，入射至第三镜片组，形成成像光束；第三镜片组用于接收成像光束，并对成像光束进行准直形成第二准直光束，色散元件用于展开第二准直光束形成色散光束，第四镜片组用于对色散光束进行聚焦形成第二聚焦光束，第五镜片组用于对第二聚焦光束进行准直形成第三准直光束，扫描镜用于扫描第三准直光束形成扫描光束，第六镜片组用于聚焦扫描光束至面阵相机，面阵相机位于第六镜片组的像方焦面上；控制器分别与扫描振镜、扫描镜、面阵相机电连接，用于控制扫描振镜、扫描镜的扫描频率与面阵相机的曝光频率相同；扫描镜变化一个扫描角度，面阵相机的由上一列像素采样扫描光束转换为相邻的下一列像素采样扫描光束。由此，通过上述设置，通过扫描振镜的设置实现了由点扫描向线扫描的过渡，并且面阵相机的使用使得成像速度和成像质量得到提升，3D光谱共焦传感器通过光纤耦合器的使用，使得成像光路与检测光路之
间活动连接，方便拆卸、组装和携带。
[0019]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术实施例提出的3D光谱共焦传感器的光路示意图；
[0022]图2是根据本专利技术实施例提出的3D光谱共焦传感器中面阵相机采集成像光束的过程示意图。
具体实施方式
[0023]为了使本
的人员更好地理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D光谱共焦传感器，其特征在于，包括：宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输的路径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组和面阵相机，控制器；所述宽谱光源出射宽光谱光束至所述光纤耦合器的光源输入端，所述宽光谱光束经所述光纤耦合器输出至所述第一镜片组，所述第一镜片组准直所述宽光谱光束形成第一准直光束至所述扫描振镜，所述扫描振镜扫描所述第一准直光束至所述第二镜片组，所述第二镜片组用于沿轴线分离所述第一准直光束为不同波长的聚焦光束并照射至待测样品上，所述待测样品不同深度位置反射对应波长的聚焦光束依次经过所述第二镜片组、所述扫描振镜、所述第一镜片组、所述光纤耦合器后，入射至所述第三镜片组，形成成像光束；所述第三镜片组用于接收成像光束，并对所述成像光束进行准直形成第二准直光束，所述色散元件用于展开所述第二准直光束形成色散光束，所述第四镜片组用于对所述色散光束进行聚焦形成第二聚焦光束，所述第五镜片组用于对所述第二聚焦光束进行准直形成第三准直光束，所述扫描镜用于扫描所述第三准直光束形成扫描光束，所述第六镜片组用于聚焦所述扫描光束至所述面阵相机，所述面阵相机位于所述第六镜片组的像方焦面上；所述控制器分别与所述扫描振镜、所述扫描镜、所述面阵相机电连接，用于控制所述扫描振镜、所述扫描镜的扫描频率与所述面阵相机的曝光频率相同；所述扫描镜变化一个扫描角度，所述面阵相机的由上一列像素采样所述扫描光束转换为相邻的下一列像素采样所述扫描光束。2.根据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征在于，所述第二镜片组为沿轴向扩大色差的镜片组。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，
申请(专利权)人：苏州因确匹电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：