[发明专利]一种光谱共焦测量系统

说明书

本发明属于光谱测量技术领域，具体涉及一种光谱共焦测量系统，采用透射光栅对镜头端所传输的光线进行分波段衍射，之后设置至少两组探测器通过采集正负两个级次的衍射信号，理论上可将接收端的光谱分辨率提高50％左右。如果采用1024(或者2048，或者3648等)像素的线阵探测器，采集相同波段范围内的光谱信号，两个探测器的所能达到的光谱分辨率约为单个探测器的2倍左右。

技术领域

本发明属于光谱测量技术领域，具体涉及一种光谱共焦测量系统。

背景技术

光谱共聚焦技术是一种高精度的非接触式测量技术，其原理是利用波长信息测量被测样的位移和厚度，由光源发射出的一束宽光谱的复色光(一般为白光光源，波段在可见光区域，如400～600nm)通过色散透镜产生色散，形成不同波长的单色光，每一个波长的焦点都对应一个距离值。测量光照射到物体表面被反射回来，只有满足共聚焦条件的单色光可以通过小孔，然后被接收端探测到，通过计算被探测到的焦点波长，通过算法反演得到被测样位移或厚度的数值。

目前，传统光谱共焦测量系统存在以下问题：

接收端在宽光谱测量范围下，光谱分辨率有限。

系统中的接收端多采用反射光栅分光或棱镜分光，并采用单个探测器(CCD或CMOS等)采集光谱信号。然而，接收端的分辨率受限于光栅和棱镜的衍射角大小，在采集固定范围的光谱信号时，理论分辨率受到衍射角的限制，接收端的光谱采集范围和分辨率呈互相制约的关系，当采集大范围的光谱信号时，分辨率会降低，为了获得高分辨率的光谱信号，光谱采集范围会减小。因此，光谱共焦系统中的接收端采用单个探测器，导致在追求高分辨率的同时，很难采集宽范围的光谱。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种光谱共焦测量系统，采用透射光栅对镜头端所传输的光线进行分波段衍射，之后设置至少两组探测器通过采集正负两个级次的衍射信号，理论上可将接收端的光谱分辨率提高50％左右。如果采用1024(或者2048，或者3648等)像素的线阵探测器，采集相同波段范围内的光谱信号，两个探测器的所能达到的光谱分辨率约为单个探测器的2倍左右。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种光谱共焦测量系统，包括镜头端和接收端，所述镜头端用于基于光谱共焦效应测量被测样；所述接收端包括：

透射光栅，入口接收所述镜头端的共焦光线，将所述共焦光线衍射为0级光以及至少一组以所述0级光对称的正负极光；

第一探测器，接收所述正负极光的正极光；

第二探测器，接收所述正负极光的负极光；

其中：所述第一探测器与第二探测器的光谱敏感范围不完全一致。

进一步的，所述接收端与所述镜头端之间基于共焦光纤传输所述共焦光线；所述共焦光纤与所述透射光栅之间基于第一凹面镜进行所述共焦光线的传输；所述第一凹面镜将到达所述接收端的所述共焦光线汇聚为平行光，所述透射光栅为平面透射光栅；所述平面透射光栅的正极出射光路上设置第二凹面镜，将所述平面透射光栅的正极光线以不同波长汇聚至不同汇聚点；所述平面透射光栅的负极出射光路上设置第三凹面镜，将所述平面透射光栅的负极光线以不同波长汇聚至不同汇聚点；所述第一探测器探测所述正极光线，所述第二探测器探测所述负极光线；所述第二凹面镜与所述第三凹面镜所接收光线以所述平面透射光栅的0级光线不完全对称。

进一步的，所述第一探测器判定所述正极光线中是否具有指定波长光，所述第二探测器判定所述负极光线中知否具有指定波长光。

进一步的，所述第一探测器设置有多个探测点，各探测点设置在所述负极光线经所述第二凹面镜反射后，指定波长光的不同汇聚光路上；

所述第二探测器设置有多个探测点，各探测点设置在所述负极光线经所述第三凹面镜反射后，指定波长光的不同汇聚光路上。