[发明专利]三维线光谱共焦传感方法与装置

权利要求书

1.一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，包括：光源模块，色散透镜模块，分束器，强度探测模块，滤波模块，光谱探测模块；

所述光源模块用于产生光谱均匀性高的宽光谱范围线型照明光；

所述色散透镜模块用于对所述线型照明光进行轴向色散，使不同波长的光聚焦在不同的深度；

所述分束器，用于将物体反射光按照比例进行分光，进入不同探测系统中；

所述强度探测模块，用于接收从物体反射的光，记录通过焦平面狭缝后的全强度图；

所述滤波模块，用于过滤从物体反射的光，使焦点位置波段范围的光进入后续光谱探测系统；

所述光谱探测模块，用于接收经过滤波模块后的光束，并通过光谱解调，记录不同波长的强度分布，获得相应的光谱图。

2.基于权利要求1所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述光源模块包括：波段不同的两个光源，波段范围分别是λ₁～λ₂和λ₂～λ₃，光源可以是LED，或者白光激光器，两个光源输出的照明光具备一定的波段范围，以及在此波段范围内具有较高一致性的强度分布。

3.基于权利要求2所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述光源模块还包括：Y型光纤，Y型光纤将输入端连接光源，输出端耦合一起产生线型光照明。

4.基于权利要求1所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述色散透镜组包括：消色差准直镜，分束器和聚焦镜，消色差准直镜对全谱段内的线型照明光进行准直，产生平行光场，经过聚焦镜后得到不同深度位置的焦点分布，分束器用于将物体反射的光分束至后续探测系统。

5.基于权利要求4所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述色散透镜组还包括：聚焦镜可以是非球面聚焦镜，非球面聚焦镜可以获得深度方向更大的焦点分布范围，并且可以将像差控制在更小的范围内。

6.基于权利要求1所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述分束器，一般是半透半反镜，用于将从物体反射回来的光进行分离，一路进入强度探测模块，一路进入滤波器。

7.基于权利要求1所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述强度探测模块，包括：聚焦镜，狭缝和探测器，聚焦镜用于聚焦物体反射的光到狭缝处，狭缝用于过滤非焦点的光，探测器用于接收通过狭缝后的光束，获得全强度图。

8.基于权利要求1所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述滤波模块，包括：聚焦镜，狭缝和准直镜，聚焦镜用于聚焦物体反射的光到狭缝处，狭缝用于过滤非焦点的光，准直镜用于对经过狭缝后的光准直，进入后续光谱解调系统。

9.基于权利要求1所述的一种三维线光谱共焦传感装置，其特征在于，所述光谱探测模块，包含：二向色镜，双光谱解调探测系统，二向色镜用于将双光源对应的波段范围λ₁～λ₂和λ₂～λ₃的光束分开，至对应的光谱分光器件，光谱分光器件用于对波段范围λ₁～λ₂和λ₂～λ₃的光束进行分光，两个探测器分别用于接收对应的光谱分光后的光场分布，不同像元对应不同的波长，获得对应的光谱图。

10.一种利用如权利要求1所述的装置对物体三维测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用光源模块产生光谱一致性高的线型照明光，波段范围分别是λ₁～λ₂和λ₂～λ₃；

步骤2，通过色散透镜模块对线型光束进行轴向色散，使不同波长的光束聚焦在不同的深度；

步骤3，利用分束器将物体反射的光分束至不同的探测系统中，一部分用于强度探测，一部分用于光谱解调探测；

步骤4，利用强度探测系统获得是没有经过光谱解调的信号，记录的是从物体反射回来的光束强度图像；

步骤5，利用滤波模块获得经过狭缝后，对应被测物体表面焦点处波长的光束；

步骤6，利用光谱解调探测模块，获得经过滤波模块的光束，对其进行光谱拆分，记录不同波长的分布，获得对应光谱图；

步骤7，利用获得的强度图和光谱图，采用线扫描的方式对物体表面进行扫描，可以获得更准确的物体形貌三维数据。