CN114812396A - 一种光谱共焦测量系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种光谱共焦测量系统

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。

进一步的，所述第一探测器和所述第二探测器之一的采集波长范围为400～600nm；所述第一探测器和所述第二探测器之另一的采集波长范围为600～800nm。

进一步的，所述镜头端包括沿光路方向依次同轴设置的：

复色光输入端口，用于输出复色光；

共焦小孔，与所述复色光输入端同轴，过孔部分设置在所述复色光的光路上；

凸面反射镜，与所述共焦小孔同轴，用于将所述复色光反射为散开光线；

第四凹面反射镜，与所述凸面反射镜共焦，中心开设通孔，设置在所述共焦小孔与所述凸面反射镜之间，用于将所述散开光线反射为平行光，所述平行光由所述凸面反射镜部分阻挡后形成环形光圈；

色散透镜，与所述第四凹面反射镜同轴，用于接收所述环形光圈并生成色散光。

进一步的，所述镜头端基于复色光光纤传输所述复色光；所述共焦小孔为所述复色光光纤的出射口的近似焦点。

进一步的，所述凸面反射镜和/或第四凹面反射镜的镜面上镀有反光膜；所述反光膜提高所述复色光中所述第一探测器与所述第二探测器的光谱敏感范围波段光的反射率。

进一步的，所述反光膜用于提高可见光和/或红外光波段的反射率。

进一步的，所述复色光光纤与共焦光纤为一组分叉光纤。

采用上述技术方案，本发明还能够带来以下有益效果：

1)本发明采用反射镜(如非球面反射镜等)配合的镜头(凸面反射镜以及第四凹面反射镜)，可缩小镜头的通光孔径，提高系统轴向和侧向分辨率。另外，像差(如球差)缩小后，在测量斜面时，回波信号的峰值波长位置更稳定(峰值波长偏移较小或不发生偏移)，测量精度更高，进一步提高了系统对倾斜表面(＞0.5°)时的测量精度。

2)本发明的镜头端的光能量损耗降低，提高了回波信号强度，改善系统对低反射率表面的测量精度，并提高系统信噪比。其次，镜头对其它波段光(如红外光等)的适应能力更好，对不同吸光材料的适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种光谱共焦测量系统的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中接收端的结构示意；

图3为本发明具体实施方式中平面透射光栅的工作原理示意图；

图4为本发明具体实施方式中镜头端的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式中第四凹面反射镜的结构示意图；

图6为本发明具体实施方式中凸面反射镜的结构示意图；

图7为本发明具体实施方式中光源的结构示意图；

图8为镜头有无球差的偏差对比示意图；

其中：1、镜头端；2、分叉光纤；3、光源；4、通信线缆；5、主控板；6、计算机；7、接收端；8、被测样；11、色散光；12、色散透镜；13、镜筒；14、凸面反射镜；15、第四凹面反射镜2；16、光纤接口1；17、共焦小孔；31、光纤出射接口；32、光源外罩；71、第二凹面反射镜1；72、第一探测器；73、光纤接口3；74、入射狭缝；75、入射光束；76、第一凹面反射镜2；77、平面透射光栅；78、第二探测器；79、第三凹面反射镜。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

实施例1：

本实施例的目的为如何在一定程度上兼顾接收端7的高分辨率和大测量范围，从而提高光谱共焦测量系统在相应测量范围内的轴向分辨率。

光谱共焦位移传感器的轴向分辨率(纵向分辨率)与接收端7(分光模块)的分辨率有直接的联系。假设光谱共焦测量系统需要实现的位移分辨率为δL，光谱共焦测量系统的工作波段为Δλ，测量范围为ΔL。假设波长与共焦点位置为线性关系时，光谱测量系统(接收端7或者分光模块)的光谱分辨率为：

由上式可以看出，为了提高系统的分辨率，可以通过提高接收端7的分辨率来实现。然而，接收端7的测量波段范围和分辨率呈现一种互相制约的关系。具体如下，如果想获得较宽的测量波段，则光谱分辨率会降低，如果想获得较高的光谱分辨率，则光谱测量波段的宽度会减小。一般的光纤接收端7，当测量波段为400～800nm(带宽为400nm)时，光谱分辨率一般为0.32nm左右。当光谱共焦测量系统的轴向测量范围一定时，即可求得位移分辨率，为了保持轴向测量范围不变(即不减小)，又能提高位移分辨率，需要提高接收端7的光谱分辨率(接收端7的光谱范围一般不变，所以只能提高光谱分辨率)。目前，在以往的光谱共焦测量系统中还未看到相关的解决方案，因此本实施例实施例针对该技术问题提供了一种解决方案。

在本实施例的一个实施例中提出一种光谱共焦测量系统，如图1、2、4所示包括镜头端1和接收端7，镜头端1用于基于光谱共焦效应测量被测样8；接收端7包括：

透射光栅，入口接收镜头端1的共焦光线，将共焦光线衍射为0级光以及至少一组以0级光对称的正负极光；

第一探测器72，接收正负极光的正极光；

第二探测器78，接收正负极光的负极光；

其中：第一探测器72与第二探测器78的光谱敏感范围不完全一致。

在本实施例中，首先利用透射光栅将自镜头端1传输而来的光线进行衍射分光，之后通过两个探测器分别在正极光以及负极光某处采集不同波段的光。本实施例的透射光栅为等能够进行衍射分波段分光的元件，具体不作限定，探测器为能够形成判定出指定波段范围光线的信号的传感器等，具体不作限定。

在一些实施例中，接收端7与镜头端1之间基于共焦光纤传输共焦光线；共焦光纤与透射光栅之间基于第一凹面镜进行共焦光线的传输；第一凹面镜将到达接收端7的共焦光线汇聚为平行光，透射光栅为平面透射光栅77；平面透射光栅77的正极出射光路上设置第二凹面镜，将平面透射光栅77的正极光线以不同波长汇聚至不同汇聚点；平面透射光栅77的负极出射光路上设置第三凹面镜，将平面透射光栅77的负极光线以不同波长汇聚至不同汇聚点；第一探测器72探测正极光线，第二探测器78探测负极光线；第二凹面镜与第三凹面镜所接收光线以平面透射光栅77的0级光线不完全对称。

本实施例的第一探测器72和第二探测器78的探测面分别处于0级光线的两级，如欲提高对某波段光线的探测敏感度，则使第一探测器72和第二探测器78的探测面在0级光线的两边均能够探测到此波段衍射光线；也就是说，如无需增加本实施例光谱共焦测量系统的分辨率，可以使两个探测器的探测面以0级光线完全对称；如需最大程度增加本实施例光谱共焦测量系统的分辨率，则使第一探测器72和第二探测器78的探测面在0级光线的两端探测完全不同波段的衍射光线，如两个探测器规格相同，则能够提高一倍分辨率。同时，本实施例可采用大于等于三组的探测器进行精度或分辨率提升。

在一个实施例中，第一探测器72判定正极光线中是否具有指定波长光，第二探测器78判定负极光线中知否具有指定波长光。本实施例的探测器判断出指定波长的光线的方式为通过不同的测量点或不同的滤光设备完成对指定波长光线的敏感提取。

在一个实施例中，第一探测器72设置有多个探测点，各探测点设置在负极光线经第二凹面镜反射后，指定波长光的不同汇聚光路上；

第二探测器78设置有多个探测点，各探测点设置在负极光线经第三凹面镜反射后，指定波长光的不同汇聚光路上。

本实施例的第一探测器72和第二探测器78采用基板上设置多个光敏探测装置的方式，各光敏探测装置的探测点设置在各指定波长光线经由第二凹面镜或第三凹面镜汇聚后的理论焦点处或靠近理论焦点处，此时保证了一个探测器中的一个光敏探测装置对应一个指定波长，当此光敏探测装置探测到汇聚光线时，则代表镜头端1的被测试样反射了此指定波长的光线。

在一个实施例中，本实施例的光谱共焦测量系统的第一探测器72和第二探测器78之一的采集波长范围为400～600nm；第一探测器72和第二探测器78之另一的采集波长范围为600～800nm。

本实施例的接收端7(或分光模块)的分光元件采用的是透射式光栅，入射光经过透射式光栅后发生衍射，包括衍射0级、±1级、±2级、±3级等，可将上述衍射级次分为正级、负级和0级。在某一正级处(如+1级、+2级、+3级等)安装一个凹面聚焦反射镜，同时在负级处(如－1级、－2级、－3级等)也安装一个凹面聚焦反射镜，分别在两个反射镜的焦面处放置一个探测器(如CCD或CMOS等)。如果光谱共焦测量系统的波段范围为400～800nm，可选择用正级(或负级)衍射光焦平面处的探测器探测400～600nm范围内的光谱信号，然后用负级(或正级)衍射光焦平面处的探测器探测600～800nm范围内的光谱信号，这样在探测400～800nm范围内的光谱信号时，通过采集正负两个级次的衍射信号，理论上可将接收端7的光谱分辨率提高50％左右。传统光谱共焦测量系统中的接收端7只采集某一正或负级次的光谱信号。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。

本实施例采用改进的接收端7，可将接收端7的光谱分辨率提高2倍左右，进而可在一定条件下(由上述公式可知)，将光谱共焦测量系统的轴向位移分辨率提高2倍左右。

实施例2：本实施例讨论如何对镜头的照明光源3进行改进，提高镜头的轴向和侧向分辨率；以及如何对镜头进行改进，以降低光能量损耗，并提高镜头对其它(目前光谱共焦测量系统常采用可见光波段的光，如400～800nm)波段光(如红外波段等)的适用性。

传统的光谱共焦测量系统镜头中采用面光源3进行照明，轴向分辨率和侧向分辨率受限。传统系统采用的照明光源3为面光源3，在镜头的轴向色散范围内，导致镜头的球差较大，且镜头的设计结构在进一步缩小镜头球差方面受到限制，镜头球差的存在会降低测量系统的轴向分辨率，而且在测量斜面(＞0.5°)时会引入测量误差。部分产品通过增大镜头的数值孔径NA来提高分辨率，但镜头的轴向测量范围会减小。因此，传统系统难以在不牺牲轴向测量范围时，有效提高分辨率。

镜头中镜片常采用透镜对光束进行准直，透镜材料和接触面均会对光传输造成影响，会造成相对较大的能量损失。系统中的镜头模块常采用透射镜片对入射光进行准直和色散，透射镜片对光能量有衰减作用，特别是有些透镜材料对红外波段的光的吸收较大，虽然在镜片表面镀膜可以降低光能量损失，但不能完全避免，且成本也会随着镀膜质量、材料要求的增高而增加。

再者，为了获得良好的测量结果，传统光谱共焦测量系统的色散镜头中含有多个光学镜片，以优化镜头的像差(如球差等)，增大数值孔径NA，缩小光斑直径等。为了获得高性能的镜头，有时需要采用多个光学镜片(如5个，或者更多)，但是当采用过多的光学镜片时，由于镜面的反射及材料的吸收，会增加光能量损耗。例如，采用n个镜片，假设每个镜片有2个面，入射光和反射光通过镜片的次数加在一起，共需要2n次通过镜片，假设镜片对目标波段范围内不同波长的透过率为98％时(实际中可能低于该值，且不同波长的透过率也不一致)，系统用了5个镜片，光往返共10次通过镜片，则理论透过率为0.98^10≈81.7％左右，光能量损耗约为(100％-81.7％)÷100％×100％＝18.3％，实际光能损耗可能会更高，这对测量高吸收率或透过率的样品、或者高采样率的测量系统、或者低功率的光源3系统而言，会严重影响回波质量(即回波信号的强度)，降低系统的信噪比，尤其影响测量低反射率表面时的测量精度。

其次，当测量物体对可见光、或部分波长、波段有强吸收，需要采用红外光波段或其它波段的光进行测量时，由于系统中采用多个透射光学元件，会造成光能量的严重衰减。常规镜片材料对红外光的吸收率较高，如果采用特殊材料，成本较高，而且每个镜面上都要镀膜，进一步提高了成本，因此透射式镜头对红外光(或其它波段的光)的适用性不佳。

对于此，在本实施例的一个实施例中，对镜头端1作出改进，如图1、4所示镜头端1包括沿光路方向依次同轴设置的：

复色光输入端口，用于输出复色光；

共焦小孔17，与复色光输入端同轴，过孔部分设置在复色光的光路上；

凸面反射镜14，与共焦小孔17同轴，用于将复色光反射为散开光线；

第四凹面反射镜，与凸面反射镜14共焦，中心开设通孔，设置在共焦小孔17与凸面反射镜14之间，用于将散开光线反射为平行光，平行光由凸面反射镜14部分阻挡后形成环形光圈；

色散透镜12，与第四凹面反射镜同轴，用于接收环形光圈并生成色散光11。

在本实施例中，镜头端1基于复色光光纤传输复色光；共焦小孔17为复色光光纤的出射口的近似焦点。

在一些实施例中，凸面反射镜14和/或第四凹面反射镜的镜面上镀有反光膜；反光膜提高复色光中第一探测器72与第二探测器78的光谱敏感范围波段光的反射率。

在一些实施例中，反光膜提高可见光、红外光波段的反射率。

在一个实施例中，复色光光纤与共焦光纤为一组分叉光纤2。

本实施例在镜头中可采用2个(或者其它数量)反射镜组合(如非球面反射镜等)，代替多个用于准直的透镜，然后结合菲涅尔透镜(色散透镜12)，实现复色光的轴向色散。通过反射镜的合理配合，降低或阻止镜头中心光线照射到被测样8表面，形成环形照明光源3，仅有周围光线用于测量，这种结构可在一定程度上缩小镜头的像差，改善镜头性能，如提高轴向和侧向分辨率等，即使采用大数值孔径NA的镜头，这种结构也可较好地抑制像差变大的问题。尤其对斜面测量时的改善效果更佳。

本实施例采用反射镜(如非球面反射镜等)配合的镜头，可缩小镜头的通光孔径，提高系统轴向和侧向分辨率。另外，像差(如球差)缩小后，在测量斜面时，回波信号的峰值波长位置更稳定(峰值波长偏移较小或不发生偏移)，测量精度更高，进一步提高了系统对倾斜表面(＞0.5°)时的测量精度。

再者，采用本实施例的镜头模块，可减少光与镜面的接触次数，消除透镜材料对光的吸收，在一定程度上降低光能量损耗率。假设非球面反射镜的反射率同样为98％，采用2片非球面反射镜和1个菲涅尔透镜(菲涅尔透镜的透过率还按照98％计算)，光往返后，共与镜面接触6次，则理论光能量损耗率＝100％-(98％^6)≈11.4％。相比传统镜头的光能量损耗率降低了18.3％-11.4％＝6.9％左右。

其次，通过对反射镜(如非球面反射镜等)镀不同的反射膜，反射镜对可见光、红外光等可保持良好的反射率，且消除了透镜材料对光的吸收，进一步降低了光能量的损耗率。

整体说明：

如图1所示，光谱共焦测量系统的基本原理为：光源3发出的光通过分叉光纤2进入镜头端1的镜筒13内，镜头端1对入射光进行色散，色散后的光到达被测样8，入射光经被测样8反射后，反射光经镜头端1原路返回至分叉光纤2，一部分光进入接收端7，主控板5基于通信线缆4以及其他线缆控制光源3和接收端7，数据传送到计算机6进行处理。

其中，如图7所示，为了方便调节入射光信号强度，光源3模块可内置单个或多个LED光源(图中未标出)，测量不同反射率的被测样8时，根据接收端7检测到的回波信号强度的大小，如当回波信号的峰值强度小于标定光强(测量参考表面时的强度作为标定光强(或参考光强))的30％时，增加LED光源的开通数量，逐渐增加开通数量，直至光强大于90％；如回波信号强度为100％时，需要减少光源的开通数量。通过主控板5自动控制LED光源开关的数量。

其中，如图7所示，为了提高光纤耦合光源3发出的光的效率，可选用大芯径的光纤，如≥50μm，通过光学镜片将光源外罩32内的光源芯片发出的光耦合后经光纤出射接口31进分叉光纤2。为了获得高质量的回波信号，分叉光纤2的分光比为50：50。

其中，如图4、5、6所示，入射光进入镜头端1后，首先通过光纤接口16，然后通过共焦小孔17，共焦小孔的孔径≤50μm，光通过凹面反射镜15中间的开孔(中间白色区域为开孔，在满足光通过的情况下，直径要尽量小)，到达凸面反射镜14，并被反射到凹面反射镜15，由凹面反射镜15反射后到达色散透镜12，光被色散后到达被测样8，然后返回至色散透镜12，由凹面反射镜15、凸面反射镜14反射后，进入光纤接口12，通过分叉光纤2进入接收端7。

采用这种结构，将入射光调制为环形照明光源，在一定程度上缩小了镜头的通光孔径(绝大部分光线从镜头的周围进入色散透镜12)，可提高镜头的轴向和侧向分辨率。另外，为了解决凸面反射镜14和第四凹面反射镜15之间的光线的多次反射问题，可在第四凹面反射镜15的反光区域和通光区域之间加入环形吸光材料，或者对第四凹面反射镜15的结构进行改进(如将靠近通光区域的面形改为平面形状等)，抑制中心光线的多次反射问题，这样可降低杂散光对测量结果的影响。

其中，如图8所示，当光谱共焦测量系统测量倾斜表面时(倾斜表面：与光轴法线方向夹角＞0.5°的表面为斜面)，如果镜头无球差，则回波信号的峰值波长λ0所在的位置即为实际的峰值波长位置，当镜头有球差时，回波信号的峰值波长λ0所在的位置偏移到λ1所在的位置，导致测量结果出现偏差。在实际设计镜头时，镜头的球差是难以完全消除的，可以尽量缩小。镜头的数值孔径NA越大，球差越难缩小，在测量大倾角斜面(如＞30°)时，需要设计大数值孔径NA的镜头，此时为了缩小镜头球差，特设计了本实施例中的镜头，通过缩小通光孔径来缩小球差，改善镜头像差。

其中，如图1所示，回波信号由光纤接口73进入接收端7，经过入射狭缝74后，到达第一凹面反射镜76，获得准直光束，经平面透射光栅77后发生衍射，在某一对正、负衍射级次(如±1级、±2级、±3级等)处安装第二凹面反射镜71和第三凹面反射镜79，被第二凹面反射镜71聚焦的光到达第一探测器78，被第三凹面反射镜79聚焦的光到达第二探测器72。例如，当第一探测器78探测400～600nm波段的回波信号时，第二探测器72探测600～800nm波段的回波信号，反之亦然。第二探测器72和第一探测器78的信号经电路板处理后，被传输到计算机6进行后续分析。在信号处理时涉及到400～600nm和600～800nm的光谱信号拼接，为了获得高质量的拼接信号，可使第二探测器72和第一探测器78分别多采集20nm(或者其它数值)的信号，如400～620nm和580～800nm，然后再进行信号拼接，分别舍去20nm的信号，然后将400～600nm和600～800nm的信号拼接成为400～800nm的信号，这样可在一定程度上避免信号丢失或者引入噪声。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一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；其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：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。

3.根据权利要求2所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：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。

4.根据权利要求3所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：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。

5.根据权利要求4所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：所述第一探测器和所述第二探测器之一的采集波长范围为400～600nm；所述第一探测器和所述第二探测器之另一的采集波长范围为600～800nm。

6.根据权利要求1所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：所述镜头端包括沿光路方向依次同轴设置的：

复色光输入端口，用于输出复色光；

共焦小孔，与所述复色光输入端同轴，过孔部分设置在所述复色光的光路上；

凸面反射镜，与所述共焦小孔同轴，用于将所述复色光反射为散开光线；

第四凹面反射镜，与所述凸面反射镜共焦，中心开设通孔，设置在所述共焦小孔与所述凸面反射镜之间，用于将所述散开光线反射为平行光，所述平行光由所述凸面反射镜部分阻挡后形成环形光圈；

色散透镜，与所述第四凹面反射镜同轴，用于接收所述环形光圈并生成色散光。

7.根据权利要求6所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：所述镜头端基于复色光光纤传输所述复色光；所述共焦小孔为所述复色光光纤的出射口的近似焦点。

8.根据权利要求6所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：所述凸面反射镜和/或第四凹面反射镜的镜面上镀有反光膜；所述反光膜提高所述复色光中所述第一探测器与所述第二探测器的光谱敏感范围波段光的反射率。

9.根据权利要求8所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：所述反光膜用于提高可见光和/或红外光波段的反射率。

10.根据权利要求2或7所述的光谱共焦测量系统，其特征在于：所述复色光光纤与共焦光纤为一组分叉光纤。

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