本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

光譜共聚焦測(cè)量方法是使用多波長(zhǎng)的光，通過(guò)色散在光的軸線上產(chǎn)生色散形成一個(gè)焦點(diǎn)帶，一次測(cè)量就可以測(cè)量出一個(gè)或多個(gè)沿光軸方向的距離。參見(jiàn)圖1，光譜共聚焦測(cè)量裝置從光源1’發(fā)射光，進(jìn)入耦合部2’后傳遞到采樣部3’，再投射到被測(cè)物4’，在被測(cè)物4’的表面形成載有測(cè)量信息的反射光后沿著原有的光路反向返回耦合部2’，其中部分或全部反射光經(jīng)過(guò)分光部5’后，最終由傳感部6’轉(zhuǎn)換成電信號(hào)10’，以解析獲取測(cè)量結(jié)果。

采樣部3作為光譜共焦測(cè)量裝置的重要部件，一般為色散物鏡使光產(chǎn)生色散，其要求得到盡可能大的色散以增加檢測(cè)范圍，但由于光學(xué)玻璃折射率與波長(zhǎng)成非線性關(guān)系，會(huì)造成測(cè)量裝置在不同的測(cè)量位置具有不一致的靈敏度和分辨率，嚴(yán)重影響了光譜共焦測(cè)量裝置的整體性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，大多將多片不同材質(zhì)的透鏡組合使用，以實(shí)現(xiàn)色散物鏡的色散與波長(zhǎng)的高線性關(guān)系，然而單獨(dú)對(duì)光譜共焦測(cè)量裝置的色散物鏡進(jìn)行優(yōu)化不但效果不佳，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置及方法，旨在綜合匹配采樣部與分光部的非線性誤差，減少采樣部的鏡片數(shù)量、降低成本，同時(shí)大幅度提高測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置包括：

光源，用于產(chǎn)生出射光，傳輸?shù)讲蓸硬浚?/p>

所述采樣部，用于接收所述出射光后產(chǎn)生第一次色散，使產(chǎn)生所述第一次色散的光照射至被測(cè)物，且使由所述被測(cè)物返回的反射光通過(guò)后，傳輸給分光部，所述采樣部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系；

所述分光部，用于接收由所述采樣部返回的反射光，且將不同波長(zhǎng)的反射光產(chǎn)生第二次色散后傳輸?shù)絺鞲胁?，所述分光部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系，所述采樣部非線性關(guān)系的差異與所述分光部非線性關(guān)系的差異部分或全部抵消；

所述傳感部，用于將所述反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以解析獲取測(cè)量結(jié)果。

優(yōu)選地，所述采樣部產(chǎn)生的第一次色散為基于折射的色散方式。

優(yōu)選地，所述分光部產(chǎn)生的第二次色散為基于折射的色散方式。

優(yōu)選地，所述采樣部包括至多四塊透鏡。

優(yōu)選地，所述分光部包括至少兩塊棱鏡。

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括耦合部，所述耦合部用于耦合所述光源發(fā)出的出射光傳輸經(jīng)過(guò)所述采樣部照射在所述被測(cè)物上；以及使所述被測(cè)物返回的反射光經(jīng)過(guò)所述采樣部傳輸?shù)剿龇止獠俊?/p>

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括準(zhǔn)直部，所述準(zhǔn)直部設(shè)置于所述耦合部和分光部之間，用于將來(lái)自被測(cè)物的反射光準(zhǔn)直地折射向所述分光部。

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括聚焦部，所述聚焦部設(shè)置于所述分光部和傳感部之間，用于將經(jīng)過(guò)所述分光部第二次色散后的反射光聚焦地射向所述傳感部。

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括光纖，所述光纖設(shè)置于從所述光源到耦合部、從所述耦合部到分光部之間的光路上。

本發(fā)明還提供一種線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量方法，包括如下步驟：

控制光源產(chǎn)生出射光，傳輸?shù)讲蓸硬浚?/p>

所述采樣部接收所述出射光后產(chǎn)生第一次色散，使產(chǎn)生所述第一次色散的光照射至被測(cè)物，且使由所述被測(cè)物返回的反射光通過(guò)后，傳輸給分光部，所述采樣部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系；

所述分光部接收由所述采樣部返回的反射光，且將不同波長(zhǎng)的反射光產(chǎn)生第二次色散后傳輸?shù)絺鞲胁?，所述分光部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系，所述采樣部非線性關(guān)系的差異與所述分光部非線性關(guān)系的差異部分或全部抵消；

所述傳感部將所述反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以解析獲取測(cè)量結(jié)果。

本發(fā)明技術(shù)方案中，線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置包括：光源，用于產(chǎn)生出射光，傳輸?shù)讲蓸硬浚凰霾蓸硬?，用于接收所述出射光后產(chǎn)生第一次色散，使產(chǎn)生所述第一次色散的光照射至被測(cè)物，且使由所述被測(cè)物返回的反射光通過(guò)后，傳輸給分光部，所述采樣部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系；所述分光部，用于接收由所述采樣部返回的反射光，且將不同波長(zhǎng)的反射光產(chǎn)生第二次色散后傳輸?shù)絺鞲胁?，所述分光部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系，所述采樣部非線性關(guān)系的差異與所述分光部非線性關(guān)系的差異部分或全部抵消；所述傳感部，用于將所述反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以解析獲取測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)綜合匹配采樣部與分光部的非線性誤差，減少采樣部的鏡片數(shù)量、降低成本，同時(shí)大幅度提高測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光譜共焦測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。

另外，在本發(fā)明中如涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“連接”、“固定”等應(yīng)做廣義理解，例如，“固定”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

另外，本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明提出一種線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，在本發(fā)明一實(shí)施例中，該線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置包括：

光源1，用于產(chǎn)生出射光，傳輸?shù)讲蓸硬?；

所述采樣部3，用于接收所述出射光后產(chǎn)生第一次色散，使產(chǎn)生所述第一次色散的光照射至被測(cè)物4，且使由所述被測(cè)物4返回的反射光通過(guò)后，傳輸給分光部5，所述采樣部3的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系；

所述分光部5，用于接收由所述采樣部3返回的反射光，且將不同波長(zhǎng)的反射光產(chǎn)生第二次色散后傳輸?shù)絺鞲胁?，所述分光部5的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系，所述采樣部3非線性關(guān)系的差異與所述分光部5非線性關(guān)系的差異部分或全部抵消；

所述傳感部6，用于將所述反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)10，以解析獲取測(cè)量結(jié)果。

本實(shí)施例中，該線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置包括光源1，用于產(chǎn)生出射光，傳輸?shù)讲蓸硬?；所述采樣部3，用于接收所述出射光后產(chǎn)生第一次色散，使產(chǎn)生所述第一次色散的光照射至被測(cè)物4，且使由所述被測(cè)物4返回的反射光通過(guò)后，傳輸給分光部5，所述采樣部3的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系；所述分光部5，用于接收由所述采樣部3返回的反射光，且將不同波長(zhǎng)的反射光產(chǎn)生第二次色散后傳輸?shù)絺鞲胁?，所述分光部5的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系，所述采樣部3非線性關(guān)系的差異與所述分光部5非線性關(guān)系的差異部分或全部抵消。所述傳感部6，用于將所述反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)10，以解析獲取測(cè)量結(jié)果。

具體來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)采樣部3色散后的光，其色散與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系非線性差異較大；經(jīng)過(guò)分光部5色散后的光，其色散與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系非線性差異同樣較大，本發(fā)明通過(guò)綜合匹配采樣部3與分光部5，將采樣部3和分光部5的色散與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系非線性差異部分或者全部抵消，能夠大幅度提高測(cè)量精度，同時(shí)，避免了傳統(tǒng)消除非線性差異方法中采樣部3結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的局限，可以采用結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的鏡片組，減少鏡片數(shù)量且降低了成本。

優(yōu)選地，所述采樣部3產(chǎn)生的第一次色散為基于折射的色散方式。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，所述采樣部3產(chǎn)生的第一次色散為基于折射的色散方式。由于現(xiàn)有技術(shù)中，基于衍射的采樣部3像差大、光能利用率低，而且常見(jiàn)的衍射部件使用樹(shù)脂材料制成光柵，造成耐候性和穩(wěn)定性差，本實(shí)施例采用基于折射色散方式的光學(xué)玻璃鏡片作為采樣部3的主要部件，耐候性好且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)光的色散與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系產(chǎn)生較大的非線性差異，增大光路傳輸后續(xù)過(guò)程中分光部5的調(diào)整空間。

優(yōu)選地，所述分光部5產(chǎn)生的第二次色散為基于折射的色散方式。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，所述分光部5產(chǎn)生的第二次色散為基于折射的色散方式，以配合采樣部3基于折射產(chǎn)生的第一色散，實(shí)現(xiàn)采樣部3和分光部5的色散與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系非線性差異部分或者全部抵消，提高測(cè)量精度。

優(yōu)選地，所述采樣部3包括至多四塊透鏡。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，可以在實(shí)現(xiàn)光的色散與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系產(chǎn)生較大的非線性差異的前提下，減少部件數(shù)量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低成本。

具體地，所述分光部5包括至少兩塊棱鏡。

為了綜合匹配采樣部3和分光部5之間的非線性差異，本實(shí)施例中的分光部5選用棱鏡作為主要部件，具有透光率高、結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定、制造工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。且由于單棱鏡的色散度較低，本實(shí)施例優(yōu)選至少兩塊棱鏡，以更好地匹配經(jīng)采樣部3第一次色散后的反射光，實(shí)現(xiàn)色散與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)關(guān)系的非線性差異的對(duì)消，提高測(cè)量精度。

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括耦合部2，所述耦合部2用于耦合所述光源1發(fā)出的出射光傳輸經(jīng)過(guò)所述采樣部3照射在所述被測(cè)物4上；以及使所述被測(cè)物4返回的反射光經(jīng)過(guò)所述采樣部3傳輸?shù)剿龇止獠?。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，本測(cè)量裝置還包括耦合部2，所述耦合部2用于耦合所述光源1發(fā)出的出射光傳輸經(jīng)過(guò)所述采樣部3照射在所述被測(cè)物4上；以及使所述被測(cè)物4返回的反射光經(jīng)過(guò)所述采樣部3傳輸?shù)剿龇止獠?，采用耦合部2能夠按照實(shí)際需要排布測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)，讓布局更加靈活、使用更加方便。

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括準(zhǔn)直部7，所述準(zhǔn)直部7設(shè)置于所述耦合部2和分光部5之間，用于將來(lái)自被測(cè)物4的反射光準(zhǔn)直地折射向所述分光部5。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括準(zhǔn)直部7，所述準(zhǔn)直部7設(shè)置于所述耦合部2和分光部5之間，用于將來(lái)自被測(cè)物4的反射光準(zhǔn)直地折射向所述分光部5，使射入的光束能夠與分光部5更加匹配，增強(qiáng)成像性能保證采樣部3與分光部5非線性差異對(duì)消的效果，提高測(cè)量精度。

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括聚焦部8，所述聚焦部8設(shè)置于所述分光部5和傳感部6之間，用于將經(jīng)過(guò)所述分光部5第二次色散后的反射光聚焦地照射向所述傳感部6。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括聚焦部8，所述聚焦部8設(shè)置于所述分光部5和傳感部6之間，用于將經(jīng)由所述分光部5第二次色散后的反射光聚焦地照射向所述傳感部6，可以配合準(zhǔn)直部7對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制后射入傳感部6，減少像差，提高測(cè)量精度，經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化后，本測(cè)量裝置的整體非線性差異小于10％。

優(yōu)選地，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括光纖9，所述光纖9設(shè)置于從所述光源1到耦合部2、從所述耦合部2到分光部5之間的光路上。

作為一種優(yōu)選實(shí)施例，所述線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量裝置還包括光纖9，所述光纖9設(shè)置于從所述光源1到耦合部2、從所述耦合部2到分光部5之間的光路上，能夠減少光的傳輸耗損，且光路布置更加靈活，可以根據(jù)使用環(huán)境定制測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)，提高了測(cè)量裝置的適用性。

本發(fā)明還提供一種線性優(yōu)化的光譜共焦測(cè)量方法，包括如下步驟：

控制光源產(chǎn)生出射光，傳輸?shù)讲蓸硬浚?/p>

所述采樣部接收所述出射光后產(chǎn)生第一次色散，使產(chǎn)生所述第一次色散的光照射至被測(cè)物，且使由所述被測(cè)物返回的反射光通過(guò)后，傳輸給分光部，所述采樣部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系；

所述分光部接收由所述采樣部返回的反射光，且將不同波長(zhǎng)的反射光產(chǎn)生第二次色散后傳輸?shù)絺鞲胁?，所述分光部的色散與波長(zhǎng)為非線性關(guān)系，所述采樣部非線性關(guān)系的差異與所述分光部非線性關(guān)系的差異部分或全部抵消；

所述傳感部將所述反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以解析獲取測(cè)量結(jié)果。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的構(gòu)思下，利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。