2020-02-17
眾所周知，自然界的陽光屬于白光。白光不是純光，而是由許多單色光組成的。人眼可見光的波長范圍從400納米(藍光)到700納米(紅光)。光在不同介質中傳播時可能會有角度偏差，但在實際白光照射下，單線光在不同介質中會有多次折射。
光學材料(透鏡)對于不同的單色光具有不同的折射率，即不同的折射角度。波長越短，折射率越大，波長越長，折射率越小(這也是不同望遠鏡有所謂色差的原因)。同一薄透鏡對于不同的單色光具有不同的焦距，并且每個單色光具有不同的焦距。根據彩色光的波長，它們的像點從近到遠排列在光軸上，遠離透鏡(不同單色光的波長不同)，因此成像產生所謂的色差透鏡誤差。色差透鏡誤差導致成像產生彩色斑點或光暈。在照相設備中，應進行特殊處理，以盡量減少色差透鏡誤差引起的成像問題。常見的消除方法包括雙膠合系統和雙分離系統。
一側單透鏡的色差導致不同波長的彩色光的不同焦距
對于消色差雙合透鏡，可見光的波長具有近似相等的焦距
具有色散消除特性的衍射光學器件可用于校正色差
然而，光譜共焦測量方法正好利用了這種物理現象的特征。通過使用特殊的透鏡，擴展了不同顏色光的聚焦光暈范圍，形成特殊的放大色差，從而可以根據不同被測物體與透鏡之間的距離，將精確波長的光聚焦在被測物體上。通過測量反射光的波長，可以獲得被測物體和透鏡之間的精確距離。這個過程與照相設備通過各種方法減少色差的過程正好相反。
為了獲得上述特殊的色差，需要在傳感器探頭中使用幾個特殊的透鏡來根據所需的范圍分解光。然后使用凸透鏡將傳感器探頭發出的光聚集在一個軸上，形成所謂的聚焦軸。如果不使用凸透鏡，傳感器探頭發出的光將被散射，無法進行測量。
白光通過半透鏡表面到達凸透鏡。這就是上述特殊色差發生的地方。光線照射到被測物體上后發生反射，穿過凸透鏡后返回傳感器探頭中的半透鏡。半透鏡將反射光折射到穿孔蓋板上，小孔只允許聚焦良好的反射光通過。穿過多孔蓋板的光是一組模糊的光譜，也就是說，幾個不同波長的光可以穿過小孔并照射在CCD光敏矩陣單元上。
然而，只有聚焦在待測物體上的反射光才具有足夠的光強，從而在CCD光敏矩陣上產生明顯的峰值。在穿孔蓋板后面，需要一個分光器來測量反射光的顏色信息。分光器類似于一種特殊的光柵，它可以根據反射光的波長來增強或減弱折射率。因此，電荷耦合器件矩陣上的每個位置對應于從測量對象到探頭的距離。
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