光譜共焦傳感器的應用和展望
 

隨著精密制造業的發展，對精密測量技術的要求越來越高。光譜共焦傳感器作為實現自動檢測和自動控制的首要環節，其取得新突破能夠提升檢測技術的水平。光譜共焦傳感器測量技術作為幾何量精密測量的基礎，不僅需要超高測量精度，而且需要對環境和材料的廣泛適應性，并且逐步趨于實時、無損檢測。與傳統接觸式測量方法相比，共聚焦傳感器具有高速度，高精度，高適應性等明顯優勢，光譜共焦的精度比普通激光位移傳感器的精度要高很多，光譜共焦的基本是納米級的精度，而普通激光的高也是微米級的。光譜共焦的量程卻遠遠小于普通激光位移傳感器。

光譜共焦傳感器廣泛用于各種物體感測和材料屬性分析。高光譜成像對圖像中每個像素點進行光譜分析，可實現寬范圍測量。高光譜相機已經用于苛刻環境條件下的醫療、工業、空間和環境感測。

光譜共焦傳感器未來發展潛力巨大，可能再各個領域取得突破，如搭載光譜傳感器的智能手機，可實現果蔬糖分、水分，藥品真偽，皮膚年齡，酒類品質等各種日常用品檢測，管理人體健康，成為隨身攜帶的個性化健康管理集成終端，或者醫療領域應用于檢測各種疾病以及治療。

光譜共焦傳感器在設計色散鏡頭時，除了要考慮其軸向色差外，還要考慮如下因素：
1）增大物方數值孔徑可以提高分辨率；
2）增大像方數值孔可以提高光源利用率；
3）減小系統球差可以提高精度；
4）系統結構要易于裝配和調整。

以上這些關于光譜共焦傳感器因素是相互制約的，增大數值孔徑的同時系統球差也隨之變大， 如果要校正球差系統，結構就會變得復雜，所以光譜共焦傳感器色散鏡頭設計的目的是用少的透鏡達到理想的效果。光譜共焦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。

由于光譜共焦傳感器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。

在光譜共焦傳感器中得到的光譜信息包括光纖內部返回的背景光和從被測物表面返回的信號光。為了得到有用的信號光，首先需要對背景光進行采集，然后從光譜儀得到的數據中減去背景光。此外還要考慮光源光譜光強分布不均勻的影響。

由于光譜共焦傳感器中CCD像元有一定尺寸，相當于對原始的光譜進行了離散采樣，所以可能會出現漏峰的情況。如果使用原始光譜數據中的大值作為峰值波長會影響定位的精度，因此需要選用合適的算法對譜峰位置進行確定。質心法是常用的峰值定位算法，適用于處理關于峰值位置對稱的光點信號。