[发明专利]一种光谱共焦的面阵位移测量装置、测量方法及标定方法

说明书

本发明实施例公开了一种光谱共焦的面阵位移测量装置、测量方法及标定方法。该装置包括：宽光谱面阵光源、半反半透分光镜、色散物镜和光谱分析单元；宽光谱面阵光源包括面光源和第一阵列光阑以形成阵列光源，阵列光源出射后经半反半透分光镜和色散物镜照射在待测目标，反射光经色散物镜和半反半透分光镜成像在光谱分析单元；光谱分析单元包括第二阵列光阑、面阵感光芯片阵列和后端处理电路，反射光经第二阵列光阑照射在面阵感光芯片阵列，面阵感光芯片阵列进行光谱分析，并生成电平信号发到后端处理电路，后端处理电路对电平信号进行处理以生成位移测量结果。从而实现了面阵位移测量，仅通过简单计算即可完成测量过程，提高了面阵位移测量效率。

技术领域

本发明实施例涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种光谱共焦的面阵位移测量装置、测量方法及标定方法。

背景技术

光谱共焦位移测量技术是一种能够检测位移变化的高精度检测技术，在工业精密检测领域有着广泛的应用。该技术的关键在于用色散物镜将多光谱光源聚焦在待测目标物附近，色散物镜将不同波长的光聚焦在不同的位置，当目标物进入测量范围时，经由目标物反射的光将被色散物镜收集，经过后端光谱分析后便可对应得到物体的实际位置。

当前利用光谱共焦测量技术主要实现单点的位移检测和单线的位移测量。其中单点的位移测量是利用光谱仪的线阵探测器分析测量点的对应光谱，计算对应的位移量，完成单点测量。单线的位移测量是利用光谱仪的面阵探测器分析测量单线上每个点的对应光谱，计算对应的位移量，完成单线测量。以上两种方式配和高精度运动平台可实现面阵位移测量，但是径向的精度受限于运动平台的机械精度，且检测速率较低。同时，面阵位移测量多依赖于白光干涉位移方式，分析接收面上的干涉图样计算光斑区域的位移量，但是这种方案对应的结构十分复杂，而且干涉图样的分析和计算十分耗费算力，对后端电路处理能力要求较高。

发明内容

本发明实施例提供一种光谱共焦的面阵位移测量装置、测量方法及标定方法，以简化装置结构及计算过程，从而通过简单计算即可实现面阵位移的测量，提高了测量效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种光谱共焦的面阵位移测量装置，该装置包括：宽光谱面阵光源、半反半透分光镜、色散物镜和光谱分析单元；其中，

所述宽光谱面阵光源包括面光源和第一阵列光阑，所述面光源发光经过所述第一阵列光阑形成阵列光源，所述阵列光源出射后依次经由所述半反半透分光镜和所述色散物镜后照射在待测目标上，所述待测目标上的反射光依次经由所述色散物镜和所述半反半透分光镜后成像在所述光谱分析单元；

所述光谱分析单元包括第二阵列光阑、面阵感光芯片阵列和后端处理电路，所述反射光经过所述第二阵列光阑后照射在所述面阵感光芯片阵列上，所述面阵感光芯片阵列用于对接收到的光线进行光谱分析，并生成电平信号发送到所述后端处理电路，所述后端处理电路用于对所述电平信号进行处理以生成位移测量结果。

可选的，所述第一阵列光阑与所述第二阵列光阑相对于所述半反半透分光镜呈对称关系，所述第一阵列光阑上的小孔分布与所述第二阵列光阑上的小孔分布相对于所述半反半透分光镜呈镜像关系。

可选的，所述面阵感光芯片阵列中的每个芯片单元包括四个部分，分别用于探测红光、绿光、蓝光的光谱分量以及总光通量。

可选的，所述面光源与所述第一阵列光阑的距离为150-250微米，所述第一阵列光阑上的小孔按照矩阵排列，且中心间距为200-250微米。

可选的，所述半反半透分光镜的表面镀有增透膜。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光谱共焦的面阵位移测量方法，应用于本发明任意实施例所提供的光谱共焦的面阵位移测量装置，该方法包括：

开启宽光谱面阵光源，以产生阵列光源并依次经由半反半透分光镜和色散物镜后照射在待测目标上；