一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器的制作方法

本技术涉及光谱共焦和光谱干涉传感器，尤其涉及一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器。

背景技术：

1、光谱共焦传感器是一种新型的超高精度和超高稳定性的非接触光学位移测量仪器，由光源射出一束宽光谱的复色光(呈白色)，通过色散镜头发生光谱色散，在一条轴线上形成一系列不同波长的单色光，每一个波长都对应一个到被测物体的距离值。物体表面将照射光反射回来，通过共聚焦小孔过滤，只有满足共焦条件的单色光，可以通过小孔被光谱仪感测到。通过计算被感测到的波长，换算获得距离值。

2、光谱干涉传感器是一种超高精度的非接触光学测量仪器，光源发出的光经过扩束准直后经分光棱镜后分成两束，一束经被测表面反射回来，另外一束光经参考镜反射，两束反射光最终汇聚并发生干涉，显微镜将被测表面的形貌特征转化为干涉条纹信号，通过测量干涉条纹的变化来测量位移或厚度变化。

3、现有光谱共焦传感器只能测量位移或者厚度且厚度测量范围有限，无法兼顾厚度变化范围大的物体厚度测量，同时也无法通过镜头观察到光斑实时位置和视野中的被测位置的实时图像。光谱共焦传感器的厚度测量范围比较有限，最大可测厚度越大那么最小可测厚度也会越大，无法实现宽厚度量程域测量。光谱共焦传感器的测量光斑一般都比较小，直径在5-25um，肉眼需要从一定角度才可以看到光斑照射在样品上的大概位置。对于指定测量一些1mm以下较小面积的区域时，无法定位光斑是否测到了目标待测位置。综上，针对现有光谱共焦传感器无法实时观察光斑位置和测量厚度量程域较小的局限，我们特提出一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器。

技术实现思路

1、本实用新型的目是针对背景技术中存在的问题，提出一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器。

2、本实用新型的技术方案：一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器，包括宽光谱白光光源和ccd相机，所述ccd相机一侧设置有镜筒，所述镜筒一端内圈设置有短焦镜头，所述镜筒内直角位置处设置有反射镜，所述镜筒的另一端内圈设置有平面凸透镜，所述镜筒一端连接有准直镜头，所述准直镜头下方设置有镜头切换机构，所述镜头切换机构的下方分别设置有色散镜头和远心显微物镜，所述准直镜头内位于镜筒连接位置处设置有半反半透镜，所述准直镜头一端连接有光纤分路器，所述光纤分路器上分别连接有宽波长光源和光谱接收单元。

3、优选的，所述镜筒设置呈“l”形状，所述短焦镜头的外周与镜筒的内壁相互贴合。

4、优选的，所述反射镜设置呈45°角与镜筒的内圈直角位置处对应安装。

5、优选的，所述准直镜头与光纤分路器之间连接有数据传输线一，所述准直镜头与宽波长光源和光谱接收单元之间分别连接有数据传输线二。

6、优选的，所述色散镜头下方设置有被测物体，所述被测物体经过宽光谱白光光源反射通过反射镜折射呈实物虚像状，所述实物虚像通过短焦镜头传输到ccd相机内形成ccd相机中物象。

7、优选的，所述色散镜头和远心显微物镜可以调节切换。

8、现有光谱共焦传感器只能测量位移或者厚度且厚度测量范围有限，无法兼顾厚度变化范围大的物体厚度测量，同时也无法通过镜头观察到光斑实时位置和视野中的被测位置的实时图像。光谱共焦传感器同一型号厚度测量范围比较有限，受限于硬件本身分辨率，一般最大可测厚度越大其最小可测厚度也就越大，如一款1200um量程的光谱共焦位移传感器，其厚度测量范围一般只能做到25～1600um这样子，要测量小于25um厚度就没办法了，要兼顾变化范围大的厚度测量只能选用多台不同型号传感器。光谱共焦传感器的测量光斑一般都比较小，直径在5-25um，肉眼需要从一定角度才可以看到光斑照射在样品上的大概位置。对于指定测量一些1mm以下较小面积的区域时，无法定位光斑是否测到了目标待测位置。因为光谱共焦传感器的镜头是一只超色差镜头，在不同位置有一系列焦点存在，直接给超色差镜头接入工业相机，拍摄到的是只有在某一焦点清晰其他焦点均为离焦的模糊图像。与现有技术相比本实用新型具有以下优点：

9、本实用新型可以在测量位移或厚度同时把对应镜头视野下光斑的实时位置形态和镜头视野下的清晰图像实时显示。本实用新型可以通过镜头切换装置实现低成本宽量程域厚度测量，如通过本实用新型一款可测厚度范围为25-1600um的光谱共焦传感器只需要很低改造成本就可以实现1-1600um全范围可测。

技术特征：

1.一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器，包括宽光谱白光光源和ccd相机(1)，其特征在于，所述ccd相机(1)一侧设置有镜筒(2)，所述镜筒(2)一端内圈设置有短焦镜头(3)，所述镜筒(2)内直角位置处设置有反射镜(4)，所述镜筒(2)的另一端内圈设置有平面凸透镜(5)，所述镜筒(2)一端连接有准直镜头(6)，所述准直镜头(6)下方设置有镜头切换机构(15)，所述镜头切换机构(15)的下方分别设置有色散镜头(7)和远心显微物镜(16)，所述准直镜头(6)内位于镜筒(2)连接位置处设置有半反半透镜(8)，所述准直镜头(6)一端连接有光纤分路器(9)，所述光纤分路器(9)上分别连接有宽波长光源(10)和光谱接收单元(11)。

2.根据权利要求1所述的一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器，其特征在于，所述镜筒(2)设置呈“l”形状，所述短焦镜头(3)的外周与镜筒(2)的内壁相互贴合。

3.根据权利要求1所述的一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器，其特征在于，所述反射镜(4)设置呈45°角与镜筒(2)的内圈直角位置处对应安装。

4.根据权利要求1所述的一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器，其特征在于，所述准直镜头(6)与光纤分路器(9)之间连接有数据传输线一，所述准直镜头(6)与宽波长光源(10)和光谱接收单元(11)之间分别连接有数据传输线二。

5.根据权利要求1所述的一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器，其特征在于，所述色散镜头(7)下方设置有被测物体(12)，所述被测物体(12)经过宽光谱白光光源反射通过反射镜(4)折射呈实物虚像(13)状，所述实物虚像(13)通过短焦镜头(3)传输到ccd相机(1)内形成ccd相机中物象(14)。

6.根据权利要求1所述的一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器，其特征在于，所述色散镜头(7)和远心显微物镜(16)可以调节切换。

技术总结
本技术涉及光谱共焦和光谱干涉传感器技术领域，尤其涉及一种可视化光谱共焦和光谱干涉复合传感器。其技术方案包括：宽光谱白光光源和CCD相机，所述CCD相机一侧设置有镜筒，所述镜筒内直角位置处设置有反射镜，所述镜筒的另一端内圈设置有平面凸透镜，所述镜筒一端连接有准直镜头，所述准直镜头下方设置有镜头切换机构，所述镜头切换机构的下方分别设置有色散镜头和远心显微物镜，所述准直镜头一端连接有光纤分路器，所述光纤分路器上分别连接有宽波长光源和光谱接收单元。本技术可以通过镜头切换实现宽量程域1um～1600um范围厚度低成本测量，可以在测量厚度同时把对应镜头视野下光斑的实时位置形态和镜头视野下的清晰图像实时显示。

技术研发人员：时博洋
受保护的技术使用者：思显光电技术（上海）有限公司
技术研发日：20230404
技术公布日：2024/1/12