2021-12-23
隨著計算機技術的飛速發展，共焦顯微術成了研究的熱點，得到快速的發展。光譜共焦測量技術由于其具有測量精度高、測量速度快、可以實現非接觸測量的獨特優勢而被廣泛應用于工業級測量。
共焦顯微鏡可突破普通光學顯微鏡的衍射極限，其橫向分辨力為光學顯微鏡的1.4倍。共焦測量術由于其高精度、高分辨率以及易于實現三維數字化成像的獨特優勢，在生物醫學、材料科學、半導體制造、表面工程研究、精密測量等領域得到廣泛應用。
光譜共焦無需軸向掃描，直接由波長對應軸向距離信息，從而大幅提高測量速度。而基于光譜共焦技術的傳感器是近年來出現的一種高精度、非接觸式的新型傳感器，精度理論上可達nm量級。由于光譜共焦傳感器對被測表面狀況要求低，允許被測表面有更大的傾斜角，測量速度快，實時性高，迅速成為工業測量的熱門傳感器，廣泛應用于精密定位、薄膜厚度測量、微觀輪廓精密測量等領域。
光譜共焦傳感器在幾何量計量測試中的典型應用
光譜共焦技術工作原理：光譜共焦位移傳感器使用寬譜光源照射到被測物體表面，由光譜儀探測反射回來的光譜，確定完美聚焦于物體表面的峰值波長，從而確定其軸向距離信息。
光源發出的具有寬光譜的復色光(如白光)穿過針孔后，近似為點光源。復色光經過分光鏡(半透半反鏡)后，照射在一組色散鏡頭組上。色散鏡頭組將復色光在光軸方向上分解成不同波長的單色光(λ1，λ2，λ3…)，當被測物體放置在色散鏡頭組像平面附近的測量區域時，所有波長的光被反射回透鏡組后，通過分光鏡的反射面，反射至針孔，由放置在針孔后的光譜儀接收。由于點光源、物體表面某點、光譜儀前的針孔三者相互共軛，只有完美聚焦在被測物體表面的單色光才可以穿過針孔，由光譜分析儀確定其波長。因為每一個波長都預先對應于一個固定的距離值，因此通過確定光譜曲線峰值波長即可推算出對應的精確距離值。
假設被測物體表面某點剛好在單色光(λ2)的像點處，而針孔位于色散鏡頭組的焦點處，則此單色光反射反射回針孔時，形成的像點最小，剛好穿過針孔，此時光譜儀探測到的光強最大。針孔作為光闌，不但消除了雜散光，而且擋住了非色散透鏡主焦平面上其他波長的單色光，有效的提高了光譜儀的信噪比，使得光譜共焦探測系統具有很高的對比度和清晰度，極高的分辨率，可提供可靠、高精度、可持續的尺寸測量。
假設物體表面與傳感器相對移動，此時物體表面另外一點剛好處在單色光(λ1)的像點處，則光譜儀探測到的光譜曲線即為單色光(λ1)的光譜，如圖2所示。通過每次測量得到不同的波長值，即可推算出物體表面不同點之間的相對位移值。如果配上三維精細掃描機構，即可進行整體的三維表面輪廓及形貌的精確測量。
光譜共焦傳感器憑借其獨特的測量原理，相比其他傳統的位移傳感器，具有非接觸、體積小、精度高、測量效率高的特點，在各個領域得到了廣泛的應用。
光譜共焦技術將軸向距離與波長建立起一套編碼規則，是一種高精度、非接觸的光學測量技術。基于光譜共焦技術的傳感器作為一種亞微米級、快速精確測量的傳感器，已經被廣泛應用于表面微觀形狀、厚度測量、位移測量、在線監控及過程控制等工業測量領域。隨著光譜共焦傳感技術的發展，必將在微電子、線寬測量、納米測試、超精密幾何量計量測試等領域得到更多的應用。
