[实用新型]一种光纤光谱共聚焦位移传感器

说明书

本实用新型提供了一种光纤光谱共聚焦位移传感器，本系统装置包括光源、色散物镜、光谱仪、光纤，色散物镜包括壳体及设置在壳体上的入光口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、固定孔位、限位槽；采用价格便宜的Y型光纤、通用光纤光谱仪，而对光谱共聚焦透镜组进行改进优化，结构简单，操作方便，具有较强的实用性；采用了可见光带通滤波器，从而大大地减少了杂散光对光谱共聚焦传感器的噪声影响，检测精度高、速度快；装置结构、装调方便，易于实现小型化。

技术领域

本实用新型涉及非接触式光学精密位移检测技术领域，特别是涉及一种光纤光谱共聚焦位移传感器。

背景技术

随着微电子、微机械、微光学等技术的发展，测量分辨率、范围、工作距离等超精密测量指标在结构表面形貌高精度测量、凸台高度绝对微位移测量等几何量超精密测量领域有着更高的发展需求。光谱共聚焦位移检测技术的原理源于经典的共焦显微技术，它是在共焦显微技术的基础上加入了新的光学方法——彩色编码技术，因此扩展了聚焦的深度，解决了共焦显微技术中聚焦深度非常小的问题，使其可以应用在位移测量方面，并保留了共焦显微技术中高信噪比和高分辨率的优点。

然而，在光谱共聚焦位移传感器使用的过程中发现，受探测器噪声和环境因素等影响，光谱信号中存在一定的随机噪声，影响检测精度，尤其是外界的杂散光对探头存在干扰，需要通过软件的数据处理进行降噪，但是降噪如果不准确就会导致有用的光谱信号被消除，进一步影响检测精度。因此，有必要通过改进散射物镜的光学组件，对这些杂散光进行抑制，从而以提高检测精度。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述在先技术的不足，提供了一种光纤光谱共聚焦位移传感器的技术方案，采用价格便宜的Y型光纤、通用光纤光谱仪，而对光谱共聚焦透镜组进行改进优化，结构简单，操作方便，具有较强的实用性，也实现了传感器的小型化，利用该装置进行微细尺寸样品的位移量检测，具有速度快、精度高、适应性强等优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案如下：

一种光纤光谱共聚焦位移传感器，其特点在于：本装置包括光源、色散物镜、光谱仪、光纤，色散物镜包括壳体及设置在壳体上的入光口、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、固定孔位、限位槽；

所述的第一透镜和所述的第二透镜分别是N-SK57和N-SSK2材料制成的，其组合构成消色差场镜，把来自于所述的入光口的不同波长的光准直成平行光，并入射到所述的第三透镜；所述的第三透镜是非球面透镜，材料是N-NK-7，作为色散聚焦镜，把不同波长的光聚焦在光轴上的不同位置。

所述的光纤，是Y型光纤用于进行光信号传输，其材质类型是可见玻璃光纤或紫外石英光纤或深紫外石英光纤或抗紫外石英光纤或近红外石英光纤；该Y型光纤双头一端的两个接头分别以光纤连接接口连接到所述的光源和所述的光谱仪上，该Y型光纤单头一端的接头以光纤连接接口连接到所述的色散物镜壳体上的入光口；所述的光纤连接接口类型是SMA或SC或LC或FC/FC或ST。

所述的第一透镜和所述的第二透镜之间的距离为1.0~2.0mm。

所述的第一透镜安装时，其位置与所述的入光口在光轴方向上的距离为D/（2·NA）；其中D为所述的第一透镜的直径，NA为所述的光纤的数值孔径大小。

所述的第三透镜和所述的第二透镜之间的距离为1.5~3.0mm。

所述的第四透镜为带通滤光片，其通光波长范围为350~750nm。

所述的第四透镜和所述的第三透镜之间的距离为2.0~4.0mm。

所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜分别由所述的限位槽以所设计的距离安装在所述的壳体上，并通过所述的固定孔位采用顶丝或螺丝将各限位槽紧固在所述的壳体上；所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜各透镜之间的距离和位置关系，可以根据采用不同尺寸的限位槽进行调整。