[发明专利]一种差动光谱共焦传感器

权利要求书

1.一种差动光谱共焦传感器，其特征在于：基于宽谱光源和两个光谱仪，光谱仪一和光谱仪二；

其中，宽谱光源经过Y型光纤分成光强相等的两束光，分别进入光纤环形器一和光纤环形器二；

光纤环形器一出光口C1和光纤环形器二出光口C2出射的光源分别经过偏振片一和偏振片二后，二者偏振方向相互垂直，再经过半透半反棱镜后合束照射到同一个色散镜头上，不同波长的光汇聚在光轴不同位置；

从被测物体表面反射的光再经过半透半反棱镜后分别进入光纤环形器一出光口C1和光纤环形器二出光口C2，分别从光纤环形器一B1口和光纤环形器二B2口输出，输出光分别由光谱仪一和光谱仪二接收，从而构成两个共用色散透镜的两个光谱共焦传感器；

所述光纤环形器一出光口C1和光纤环形器二出光口C2距离半透半反棱镜中心O的距离分别为L和L+dL，二者存在微小差距dL；

其中，还包括通过将两个光谱曲线相减求零点对应的波长，以此计算被测表面位置信息，步骤如下：

两个传感器的共焦波长存在偏移Δλ；

假定被测物对所有波长的反射率一致，光谱1采集的曲线是A₁I₁(λ)，光谱2 采集的曲线是A₂I₂(λ)，其中I₁(λ)和I₂(λ)为 归一化曲线，A₁和A₂表征了两束光的光强差异；

在dL很小在设定值时，近似I₂(λ)＝I₁(λ+Δλ)；记A₁I₁(λ)或A₂I₂(λ)的峰值波长分别为λ_p1或λ_p2，则λ_p2＝λ_p1 +Δλ；

则当被测物体表面的反射率为R(λ)时，两个光谱共焦传感器采集的光谱曲线分别为：

f₁(λ)＝A₁I₁(λ)*R(λ)

f₂(λ)＝A₂I₁(λ+Δλ)*R(λ)

由A₁I₁(λ)或A₂I₂(λ)的峰值波长λ_p1或λ_p2均可以测量物体位置，但是由光谱仪实测的f₁(λ)和f₂(λ)无法得到准确λ_p1或λ_p2；将两个实测的光谱曲线，对各自的光强归一化并做差得到：

由于Δλ较小，且I₁(λ)在峰值波长附近大致是关于峰值波长对称分布的，则I₁(λ)-I₁(λ+Δλ)的零点位置λ_o大致位于I₁(λ)和I₁(λ+Δλ)峰值波长λ_p1和λ_p2的中间，即λ_o＝(λ_p1+λ_p1+Δλ)/2，因此

所以只要求出λ_o即可得到λ_p1，进而根据共焦关系得到物体位置。