2021-09-17
混色光是由眾多不同波長光線組成的，我們稱之為光譜。所有不同波長的可見光重疊在一起，形成白光。人類肉眼可見光的波長范圍從400nm(藍光)到700nm(紅光)。通過透鏡，不同顏色的光不會聚焦到同一個點上。這種現象稱為色差透鏡錯誤或者叫色差透鏡偏差。
光譜共焦位移傳感器的光學系統可以看成兩個部分，一部分是消色差場鏡，它的焦點在光源處，把點光源準直成平行光，另一部分為色散物鏡，它的作用是把不同波長的平行光聚焦在軸上的不同位置，形成光譜色散，而消色差透鏡和非球面透鏡正好可以起到這樣的作用。
由于系統要分析反射回光纖的光譜光強分布情況，所以對共焦過程進行了模擬，在仿真過程中，將平面鏡置于焦面處，使通過光學系統的光經過平面鏡反射后又回到光學系統，并成像在光源位置。通過觀察像面處的點列圖發現，當平面鏡設置在不同波長的焦面處時，聚焦波長在像面處的彌散斑較小，而其他波長的彌散斑較大。
自然界的日光屬白光一種，白光不是純潔的光，而是許多單色光組成的。光在不同介質中傳播可能會有角度偏差的現象產生，而實際的白光照射下不同介質將有很多單線光的折射。光學材料(透鏡)對于不同單色光的折射率是不同的，也就是折射角度不同波長愈短折射率愈大，波長愈長折射率愈小(這也是不同望遠鏡所謂的色差不同的原因)，同一薄透鏡對不同單色光，每一種單色光都有不同的焦距，按色光的波長由短到長，它們的像點離開透鏡由近到遠地排列在光軸上(不同的單色光的波長是不同的)這樣成像就產生了所謂色差透鏡錯誤。色差透鏡錯誤使成像產生色斑或暈環。
而光譜共焦測量方法恰恰利用這種物理現象的特點。通過使用特殊透鏡，延長不同顏色光的焦點光暈范圍，形成特殊放大色差，使其根據不同的被測物體到透鏡的距離，會對應一個精確波長的光聚焦到被測物體上。通過測量反射光的波長，就可以得到被測物體到透鏡的精確距離。這一過程與攝影器材通過各種方法消減色差的過程正好相反。
白色光通過一個半透鏡面到達凸透鏡。上述特殊色差就在這里產生。光線照射到被測物體后發生反射,透過凸透鏡，返回到傳感器探頭內的半透鏡上。半透鏡將反射光折射到一個穿孔蓋板上，小孔只允許聚焦好的反射光通過。透過穿孔蓋板的光是一組模糊光譜，也就是說若干不同波長的光都有可能穿過小孔照在CCD感光矩陣單元上。但是只有在被測物體上聚焦的反射光擁有足夠光強，在CCD感光矩陣上產生一個明顯的波峰。在穿孔蓋板后面，需要一個分光器測量反射光的顏色信息。分光器類似一個特制光柵，可以根據反射光的波長，增強或減弱折射率。因此，CCD矩陣上的每一個位置，對應一個測量物體到探頭的距離。
