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自然界的日光屬白光一種，白光不是最純潔的光，而是許多單色光組成的。光在不同介質(zhì)中傳播可能會(huì)有角度偏差的現(xiàn)象產(chǎn)生，而實(shí)際的白光照射下不同介質(zhì)將有很多單線(xiàn)光的折射。光學(xué)材料(透鏡)對(duì)于不同單色光的折射率是不同的，也就是折射角度，波長(zhǎng)愈短折射率愈大，波長(zhǎng)愈長(zhǎng)折射率愈小，同一薄透鏡對(duì)不同單色光，每一種單色光都有不同的焦距，按色光的波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)，它們的像點(diǎn)離開(kāi)透鏡由近到遠(yuǎn)地排列在光軸上(不同的單色光的波長(zhǎng)是不同的)。而光譜共焦測(cè)量方法恰恰利用這種物理現(xiàn)象的特點(diǎn)。
通過(guò)使用特殊透鏡，延長(zhǎng)不同顏色光的焦點(diǎn)光暈范圍，形成特殊放大色差，使其根據(jù)不同的被測(cè)物體到透鏡的距離，會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)精確波長(zhǎng)的光聚焦到被測(cè)物體上。通過(guò)測(cè)量反射光的波長(zhǎng)，就可以得到被測(cè)物體到透鏡的精確距離。為了得到上述特殊的色差，需要在傳感器探頭內(nèi)使用若干特殊透鏡，用來(lái)根據(jù)所需量程將光線(xiàn)分解。最后使用一個(gè)凸透鏡，將傳感器探頭射出的光線(xiàn)聚攏在一條軸線(xiàn)上，形成所謂的焦點(diǎn)軸線(xiàn)。如果不使用凸透鏡，傳感器探頭射出的光將分散開(kāi)來(lái)，測(cè)量也就無(wú)法進(jìn)行了。
白色光通過(guò)一個(gè)半透鏡面到達(dá)凸透鏡。上述特殊色差就在這里產(chǎn)生。光線(xiàn)照射到被測(cè)物體后發(fā)生反射,透過(guò)凸透鏡，返回到傳感器探頭內(nèi)的半透鏡上。半透鏡將反射光折射到一個(gè)穿孔蓋板上，小孔只允許聚焦反射光通過(guò)。透過(guò)穿孔蓋板的光是一組模糊光譜，也就是說(shuō)若干不同波長(zhǎng)的光都有可能穿過(guò)小孔照在CCD感光矩陣單元上。但是只有在被測(cè)物體上聚焦的反射光擁有足夠光強(qiáng)，在CCD感光矩陣上產(chǎn)生一個(gè)明顯的波峰。在穿孔蓋板后面，需要一個(gè)分光器測(cè)量反射光的顏色信息。分光器類(lèi)似一個(gè)特制光柵，可以根據(jù)反射光的波長(zhǎng)，增強(qiáng)或減弱折射率。因此，CCD矩陣上的每一個(gè)位置，對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量物體到探頭的距離。這里只計(jì)算光線(xiàn)波長(zhǎng)，用以產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)。反射光產(chǎn)生的信號(hào)波峰振幅并不在信號(hào)測(cè)量依據(jù)之內(nèi)。也就是說(shuō)反射光的光強(qiáng)不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。這意味著，無(wú)論有多少反射光從被測(cè)物體反射回來(lái)，測(cè)量的距離結(jié)果可能是不變的。因?yàn)榉瓷涔獾墓鈴?qiáng)僅僅取決于反射物體的反光程度。
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