本发明公开了一种3D光谱共焦传感器和检测设备，传感器包括：宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输的路径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组和面阵相机，控制器；面阵相机位于第六镜片组的像方焦面上；控制器用于控制扫描振镜、扫描镜的扫描频率与面阵相机的曝光频率相同；扫描镜变化一个扫描角度，面阵相机的由上一列像素采样扫描光束转换为相邻的下一列像素采样扫描光束。实现了由点扫描向线扫描的过渡，成像速度快、成像质量高。

  (19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116840162 A (43)申请公布日 2023.10.03 (21)申请号 1.X (22)申请日 2023.06.06 (71)申请人 苏州因确匹电子科技有限公司 地址 215026 江苏省苏州市苏州工业园区 若水路388号B0806室 (72)发明人 王瑞 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 专利代理师 孟金喆 (51)Int.Cl. G01N 21/25 (2006.01) G01N 21/01 (2006.01) 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 (54)发明名称 一种3D光谱共焦传感器及其检测设备 (57)摘要 本发明公开了一种3D光谱共焦传感器和检 测设备，传感器包括 ：宽谱光源、光纤耦合器、第 一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光 束传输的路径上依次设置的第三镜片组、色散元 件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片 组和面阵相机，控制器 ；面阵相机位于第六镜片 组的像方焦面上；控制器用于控制扫描振镜、扫 描镜的扫描频率与面阵相机的曝光频率相同；扫 描镜变化一个扫描角度，面阵相机的由上一列像 素采样扫描光束转换为相邻的下一列像素采样 扫描光束。实现了由点扫描向线扫描的过渡，成 像速度快、成像质量高。 A 2 6 1 0 4 8 6 1 1 N C CN 116840162 A 权利要求书 1/2页 1.一种3D光谱共焦传感器，其特征是，包括： 宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输的路 径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组和面 阵相机，控制器； 所述宽谱光源出射宽光谱光束至所述光纤耦合器的光源输入端，所述宽光谱光束经所 述光纤耦合器输出至所述第一镜片组，所述第一镜片组准直所述宽光谱光束形成第一准直 光束至所述扫描振镜，所述扫描振镜扫描所述第一准直光束至所述第二镜片组，所述第二 镜片组用于沿轴线分离所述第一准直光束为不同波长的聚焦光束并照射至待测样品上，所 述待测样品不同深度位置反射对应波长的聚焦光束依次经过所述第二镜片组、所述扫描振 镜、所述第一镜片组、所述光纤耦合器后，入射至所述第三镜片组，形成成像光束； 所述第三镜片组用于接收成像光束，并对所述成像光束进行准直形成第二准直光束， 所述色散元件用于展开所述第二准直光束形成色散光束，所述第四镜片组用于对所述色散 光束进行聚焦形成第二聚焦光束，所述第五镜片组用于对所述第二聚焦光束进行准直形成 第三准直光束，所述扫描镜用于扫描所述第三准直光束形成扫描光束，所述第六镜片组用 于聚焦所述扫描光束至所述面阵相机，所述面阵相机位于所述第六镜片组的像方焦面上； 所述控制器分别与所述扫描振镜、所述扫描镜、所述面阵相机电连接，用于控制所述扫 描振镜、所述扫描镜的扫描频率与所述面阵相机的曝光频率相同；所述扫描镜变化一个扫 描角度，所述面阵相机的由上一列像素采样所述扫描光束转换为相邻的下一列像素采样所 述扫描光束。 2.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述第二镜片组为沿轴向扩 大色差的镜片组。 3.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述色散元件位于所述第四 镜片组的物方焦面处，所述第四镜片组的像方焦面与所述第五镜片组的物方焦面为同一位 置，所述扫描镜位于所述第五镜片组的像方焦面处，或者，所述扫描镜位于所述第五镜片组 的像方焦面处，且还位于所述第六镜片组的物方焦面处。 4.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述第三镜片组包括至少一 个镜片；所述第四镜片组包括至少一个镜片；所述第五镜片组包括至少一个镜片；所述第六 镜片组包括至少一个镜片。 5.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述第三镜片组为反射式镜 片组或透射式镜片组、所述第四镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组、所述第五镜片组 为反射式镜片组或透射式镜片组、所述第六镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组。 6.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述扫描镜为电流计扫描振 镜、共振振镜、MEMS振镜、多边形转镜、电光偏转器或声光偏转器中的其中一种。 7.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述扫描振镜为电流计扫描 振镜、共振振镜、MEMS振镜中的一种。 8.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述色散元件为光栅、棱镜、 衍射分光器件或超表面材料光学分光器件中的其中一种，所述色散元件为反射式色散元件 或透射式色散元件。 9.依据权利要求1所述的3D光谱共焦传感器，其特征是，所述宽谱光源为白光LED、卤 2 2 CN 116840162 A 权利要求书 2/2页 素灯、氙灯或者激光驱动白光光源中的其中一种。 10.一种检测设备，其特征是，包括如权利要求1‑9任一项所述的3D光谱共焦传感器。 3 3 CN 116840162 A 说明书 1/7页 一种3D光谱共焦传感器及其检测设备 技术领域 [0001] 本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种3D光谱共焦传感器及其检测设备。 背景技术 [0002] 目前，光谱共焦传感器被大范围的应用在各行各业的光学检测中，其中，光谱共焦传感 器大体上分为点光谱共焦传感器和线光谱共焦传感器。点光谱共焦传感器的缺点在于，其利 用线阵相机采集光谱数据，线阵相机每行数据可以采集一行光谱数据；由于目前的线阵相 机受限于线阵图像传感芯片技术的限制，此外，线阵相机使用较少的数模转换(ADC)通道数 量，目前的线阵相机的数据获取速率较低，行频限制在几十万线/秒，因此，目前点光谱共焦 传感器的成像速度也限制在几十万线/秒。传统的线光谱共焦传感器的缺点在于，线光谱共 焦传感器照明待测样品的一条线，将这一条线的反射光，通过自由空间，并行的导入光谱 仪，对这一条线的反射光做并行的光谱采集。由于其需要采用自由空间的光学和机械结构， 不能采用光纤传输的方式，光谱仪和探头必须固定安装在一起，体积大，重量大，不适合空 间紧凑的探测场景和需要移动测量的场景。 发明内容 [0003] 本发明提供了一种3D光谱共焦传感器及其检测设备，以在提升成像速度和成像质 量的基础上，由于检测探头和3D光谱共焦传感器中的成像光路是光纤连接，方便安装，方便 使用。 [0004] 为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种3D光谱共焦传感器，包括： [0005] 宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输 的路径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组 和面阵相机，控制器； [0006] 所述宽谱光源出射宽光谱光束至所述光纤耦合器的光源输入端，所述宽光谱光束 经所述光纤耦合器输出至所述第一镜片组，所述第一镜片组准直所述宽光谱光束形成第一 准直光束至所述扫描振镜，所述扫描振镜扫描所述第一准直光束至所述第二镜片组，所述 第二镜片组用于沿轴线分离所述第一准直光束为不同波长的聚焦光束并照射至待测样品 上，所述待测样品不同深度位置反射对应波长的聚焦光束依次经过所述第二镜片组、所述 扫描振镜、所述第一镜片组、所述光纤耦合器后，入射至所述第三镜片组，形成成像光束； [0007] 所述第三镜片组用于接收成像光束，并对所述成像光束进行准直形成第二准直光 束，所述色散元件用于展开所述第二准直光束形成色散光束，所述第四镜片组用于对所述 色散光束进行聚焦形成第二聚焦光束，所述第五镜片组用于对所述第二聚焦光束进行准直 形成第三准直光束，所述扫描镜用于扫描所述第三准直光束形成扫描光束，所述第六镜片 组用于聚焦所述扫描光束至所述面阵相机，所述面阵相机位于所述第六镜片组的像方焦面 上； [0008] 所述控制器分别与所述扫描振镜、所述扫描镜、所述面阵相机电连接，用于控制所 4 4 CN 116840162 A 说明书 2/7页 述扫描振镜、所述扫描镜的扫描频率与所述面阵相机的曝光频率相同；所述扫描镜变化一 个扫描角度，所述面阵相机的由上一列像素采样所述扫描光束转换为相邻的下一列像素采 样所述扫描光束。 [0009] 可选地，所述第二镜片组为沿轴向扩大色差的镜片组。 [0010] 可选地，所述色散元件位于所述第四镜片组的物方焦面处，所述第四镜片组的像 方焦面与所述第五镜片组的物方焦面为同一位置，所述扫描镜位于所述第五镜片组的像方 焦面处，或者，所述扫描镜位于所述第五镜片组的像方焦面处，且还位于所述第六镜片组的 物方焦面处。 [0011] 可选地，所述第三镜片组包括至少一个镜片；所述第四镜片组包括至少一个镜片； 所述第五镜片组包括至少一个镜片；所述第六镜片组包括至少一个镜片。 [0012] 可选地，所述第三镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组、所述第四镜片组为反 射式镜片组或透射式镜片组、所述第五镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组、所述第六 镜片组为反射式镜片组或透射式镜片组。 [0013] 可选地，所述扫描镜为电流计扫描振镜、共振振镜、MEMS振镜、多边形转镜、电光偏 转器或声光偏转器中的其中一种。 [0014] 可选地，所述扫描振镜为电流计扫描振镜、共振振镜、MEMS振镜中的一种。 [0015] 可选地，所述色散元件为光栅、棱镜、衍射分光器件或超表面材料光学分光器件中 的其中一种，所述色散元件为反射式色散元件或透射式色散元件。 [0016] 可选地，所述宽谱光源为白光LED、卤素灯、氙灯或者激光驱动白光光源中的其中 一种。 [0017] 为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种检测设备，包括如本发明任 一实施例所述的3D光谱共焦传感器。 [0018] 根据本发明实施例提出的3D光谱共焦传感器和检测设备，3D光谱共焦传感器包 括：宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束传输的路 径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜片组和面 阵相机，控制器；宽谱光源出射宽光谱光束至光纤耦合器的光源输入端，宽光谱光束经光纤 耦合器输出至第一镜片组，第一镜片组准直宽光谱光束形成第一准直光束至扫描振镜，扫 描振镜扫描第一准直光束至第二镜片组，第二镜片组用于沿轴线分离第一准直光束为不同 波长的聚焦光束并照射至待测样品上，待测样品不同深度位置反射对应波长的聚焦光束依 次经过第二镜片组、扫描振镜、第一镜片组、光纤耦合器后，入射至第三镜片组，形成成像光 束；第三镜片组用于接收成像光束，并对成像光束进行准直形成第二准直光束，色散元件用 于展开第二准直光束形成色散光束，第四镜片组用于对色散光束进行聚焦形成第二聚焦光 束，第五镜片组用于对第二聚焦光束进行准直形成第三准直光束，扫描镜用于扫描第三准 直光束形成扫描光束，第六镜片组用于聚焦扫描光束至面阵相机，面阵相机位于第六镜片 组的像方焦面上；控制器分别与扫描振镜、扫描镜、面阵相机电连接，用于控制扫描振镜、扫 描镜的扫描频率与面阵相机的曝光频率相同；扫描镜变化一个扫描角度，面阵相机的由上 一列像素采样扫描光束转换为相邻的下一列像素采样扫描光束。由此，通过上述设置，通过 扫描振镜的设置实现了由点扫描向线扫描的过渡，并且面阵相机的使用使得成像速度和成 像质量得到提升，3D光谱共焦传感器通过光纤耦合器的使用，使得成像光路与检测光路之 5 5 CN 116840162 A 说明书 3/7页 间活动连接，方便拆卸、组装和携带。 [0019] 应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特 征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。 附图说明 [0020] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够准确的通过这些附图获得其他 的附图。 [0021] 图1是本发明实施例提出的3D光谱共焦传感器的光路示意图； [0022] 图2是根据本发明实施例提出的3D光谱共焦传感器中面阵相机采集成像光束的过 程示意图。 具体实施方式 [0023] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。 [0024] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第 二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或 描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图是在于覆 盖不排他的包含。 [0025] 图1是本发明实施例提出的3D光谱共焦传感器的光路示意图。如图1所示，该3D光 谱共焦传感器100，包括： [0026] 宽谱光源101、光纤耦合器102、第一镜片组103、扫描振镜104、第二镜片组105，以 及沿成像光束传输的路径上依次设置的第三镜片组106、色散元件107、第四镜片组108、第 五镜片组109、扫描镜110、第六镜片组111和面阵相机112，控制器113； [0027] 宽谱光源101出射宽光谱光束至光纤耦合器102的光源输入端，宽光谱光束经光纤 耦合器102输出至第一镜片组103，第一镜片组103准直宽光谱光束形成第一准直光束至扫 描振镜104，扫描振镜104扫描第一准直光束至第二镜片组105，第二镜片组105用于沿轴线 分离第一准直光束为不同波长的聚焦光束并照射至待测样品200上，待测样品200不同深度 位置反射对应波长的聚焦光束依次经过第二镜片组105、扫描振镜104、第一镜片组103、光 纤耦合器102后，入射至第三镜片组106，形成成像光束； [0028] 第三镜片组106用于接收成像光束，并对成像光束进行准直形成第二准直光束，色 散元件107用于展开第二准直光束形成色散光束，第四镜片组108用于对色散光束进行聚焦 形成第二聚焦光束，第五镜片组109用于对第二聚焦光束进行准直形成第三准直光束，扫描 镜110用于扫描第三准直光束形成扫描光束，第六镜片组111用于聚焦扫描光束至面阵相机 6 6 CN 116840162 A 说明书 4/7页 112，面阵相机112位于第六镜片组111的像方焦面上； [0029] 控制器113分别与扫描振镜104、扫描镜110、面阵相机112电连接，用于控制扫描振 镜104、扫描镜110的扫描频率与面阵相机112的曝光频率相同；扫描镜110变化一个扫描角 度，面阵相机112的由上一列像素采样扫描光束转换为相邻的下一列像素采样扫描光束。 [0030] 能够理解的是，宽谱光源101发出的宽谱光束导入光纤耦合器102，由光纤耦合器 102的一路光纤的端面发射出来形成样品光束，入射到第一镜片组103上，第一镜片组103将 光束准直成平行光束(即形成第一准直光束)；该平行光束(第一准直光束)进入扫描振镜 104(可选地，该扫描振镜可以是电流计扫描振镜，共振振镜，或者MEMS振镜等等)，然后被第 二镜片组105聚焦在待测样品200上；该第二镜片组105(可以为色散镜头)，能够将不同波长 的光聚焦在不同的深度位置，如图1所示，不同波长的光的焦点，分布在不同的深度位置。由 于每种波长的光的焦点，和第一镜片组103之前的光纤端面处的是共轭关系，由于光纤的纤 芯直径很小，能起到共聚焦探测的效果。待测样品200表面只能将焦点恰好位于这个待测 样品200表面的深度位置的波长的光，原路反射回光纤。而其他波长的光由于焦点的深度位 置高于或者低于该处的待测样品200表面，处于离焦状态，返回到光纤端面处的光斑很大， 会被光纤包层结构屏蔽掉，不能有效的进入光纤耦合器102的光纤的纤芯。如果待测样品 200是透明的多层结构，比如多层玻璃等，由于有多层表面，就会有多个波长的光能够被待 测样品的多个表面反射并返回进光纤耦合器102。 [0031] 扫描振镜104可以为x‑y扫描振镜，即在x和y方向偏转扫描时，聚焦的样品光束会 在x和y方向扫描样品，实现对样品的横向扫描。 [0032] 由此，通过扫描振镜104的设置，将宽光谱光束形成的点光源聚焦至待测样品200 上，并在待测样品200上进行扫描，在实现了线的功能的基础上，并且可 以通过光纤传输光束，相比于现有的线光谱共焦传感器，本发明实施例中的3D光谱共焦传 感器的检测部分和成像部分通过光纤耦合器活动连接，有利于拆卸和安装，便于携带。 [0033] 被待测样品200反射的样品光束返回进入光纤耦合器，从光纤耦合器中的另外一 路光纤导出，形成成像光束，被第三镜片组106准直成平行光束(第二准直光束)，然后照射 在色散元件107上。色散元件107将平行光束中不同波长的光束色散展开到不同的方向。 [0034] 被色散元件107色散展开的不同波长的光束入射到第四镜片组108，色散元件107 位于第四镜片组108的物方焦面处。第四镜片组108将不同波长的平行光束聚焦在第四镜片 组108的像方焦面处，每种波长的光都被第四镜片组108聚焦成一个点，多个波长的光则被 第四镜片组108聚焦形成一条中间光谱线可以是透射式的，也可以是反射 式的，第四镜片组108包含至少一片镜片。 [0035] 然后该中间光谱线会发散开，再入射到第五镜片组109。第五镜片组109的物方焦 面和第四镜片组108的像方焦面重合。因此，第五镜片组109会将每种波长的光准直为平行 光束(第三准直光束)；但是这些不同波长的平行光束，互相之间却会汇聚重叠在第五镜片 组109的像方焦面处。第五镜片组109可以是透射式的，也可以是反射式的，第五镜片组109 包含至少一片镜片。 [0036] 在第五镜片组109的像方焦面处，放置一个扫描镜110，该扫描镜110可以是来回摆 动的振镜(比如，电流计扫描振镜，共振振镜，或者MEMS振镜，等等)，也可以是旋转的多边形 转镜，还可以是电光偏转器，或者声光偏转器，等等。不同波长的平行光束互相之间汇聚重 7 7 CN 116840162 A 说明书 5/7页 叠在扫描镜110(也就是第五镜片组109的像方焦面处)之后，又会散开。继续入射到第六镜 片组111处，第六镜片组111将这些不同波长的平行光束聚焦在第六镜片组111的像方焦面 处，形成一条光谱线可以是透射式的，也可以是反射式的，第六镜片组111 包含至少一片镜片。 [0037] 一个面阵相机112用来接收这个光谱线里面的面阵图像传感器芯片 位于第六镜片组111的像方焦面处，从而能得到清晰的光谱线，一条光谱线的一线中包含面阵图像传感器(可以是CCD、CMOS或NMOS等类 型的面阵图像传感器)。 [0038] 扫描镜110的扫描周期和面阵相机112的曝光周期之间使用电信号进行同步。当扫 描镜110扫描光束时，光谱线会在面阵图像传感器上扫描移动，从而，在扫描镜110的一个扫 描周期内的不同时刻，光谱线会依次照射到面阵图像传感器的不同线的像素。因此，扫描镜 110的一个扫描周期内，面阵图像传感器被逐线的扫描到，可以得到不同时刻的很多线] 需要说明的是，成像光束随着待测样品200的待测点的不同，成像光束发生变化， 示例性的，若待测点有两个，成像光束对应的包括第一成像光束和第二成像光束。如图2所 示，面阵相机112包括沿行和列排布的感光元件1121，第一成像光束依次经过第三镜片组 106、色散元件107、第四镜片组108和第五镜片组109之后，打在扫描镜110上，并经扫描镜 110的扫描，再经过第六镜片组111聚焦至面阵相机112上的一列像素上(如图2中，第一扫描 光束0061被聚焦至一列像素对应的感光元件1121上)。当前期采样的成像光束变化之后，第 二成像光束依次经过第三镜片组106、色散元件107、第四镜片组108和第五镜片组109之后， 打在扫描镜110上，并经扫描镜110的扫描，再经过第六镜片组111聚焦至面阵相机112上的 一列像素上(如图2中，第二扫描光束0062被聚焦至另一列像素对应的感光元件1121上)，移 动方向如图2中的x’方向所示。进而，随着光谱共焦传感器前期待测样品200的待测点的变 化，成像光路中通过扫描镜110的扫描，每次采样的扫描光束都可以在面阵相机112的一列 像素对应的感光元件1121上。由此，相对于线阵相机，在成像速度方面得到了很大的提升。 在该实施例中，感光元件1121沿x’方向的尺寸大于光谱线本身的宽度，多个感光元件1121 沿垂直于x’方向的方向(即图2中的列方向)的尺寸大于光谱线变化 一个角度，其反射的光谱线自上一列像素可以刚好移动到下一列像素。其中，扫描镜110的 扫描周期与面阵相机112的曝光周期同步。 [0040] 也就是说，第三准直光束到达扫描镜110时，单个波长的光束是准直的，但是不同 波长之间是汇聚的。在离开扫描镜110时，单个波长的光束是准直的，但是不同波长之间是 散开的。然后再被第六镜片组111聚焦成一条细细的光谱线的一列像 素上)。 [0041] 面阵相机112所获取的光谱数据，被传入处理器或者电脑(控制器113)。由于每线 光谱数据，每个波长对应于一个特定的深度，对于不透明的样品，每线光谱数据，只有一个 波长峰，该波长对应该待测样品200该点处的深度。而如果待测样品200是透明的多层结构 (比如多层玻璃等)，光谱数据会有多个波长峰，每个波长分别对应各层表面的深度。将光谱 数据的波长峰的波长对应到待测样品200的深度坐标(可以通过标定来确定波长和深度的 关系)，就能得到待测样品200的z方向的深度坐标。如果让扫描待测样品200的xy扫瞄镜的x 8 8 CN 116840162 A 说明书 6/7页 方向的扫描周期，扫描光谱的扫描镜110的扫描周期，面阵相机112的曝光周期这三者进行 同步，则对面阵相机112获得的每帧光谱数据经过上述数据处理之后，可以得到待测样品 200在xz方向的轮廓线。如果再加上xy扫描振镜104中的对待测样品200的y方向的扫描；或 在y方向移动待测样品200本身来实现y方向的扫描，这两种方法，都可以重建得到样品的x, z,y三个维度的3D轮廓图。 [0042] 可选地，第二镜片组105可以为沿轴向扩大色差的镜片组。即多光谱光源经过第二 镜片组105(可以为色差镜头)后，沿轴向不同深度分离出不同波长的光。 [0043] 可选地，色散元件107位于第四镜片组106的物方焦面处，第四镜片组108的像方焦 面与第五镜片组109的物方焦面为同一位置，扫描镜110位于第五镜片组109的像方焦面处， 或者，所述扫描镜位于所述第五镜片组的像方焦面处，且还位于所述第六镜片组的物方焦 面处。 [0044] 其中，色散元件107位于第四镜片组108的物方焦面处，第四镜片组108的像方焦面 与第五镜片组109的物方焦面为同一位置，可以使得色散光束在第四镜片组108之后，聚焦 成一条光谱线的像方焦面处，有利于第三准直光束到达扫 描镜110时，不同波长的光束处于汇聚状态，在经过扫描镜110扫描之后，扫描光束可以准直 到达第六镜片组111，最后聚焦在面阵相机112上，这样，在光束传输过程中，有利于提高成 像清晰度，并能清晰的分辨不同波长的光谱。如果扫描镜110位于第六镜片组109的物 方焦面处，会起到类似于像方远心镜头的效果，扫描光束被第六镜片组109聚焦后，会垂直 入射到像素平面，有利于提升图像的亮度。 [0045] 可选地，第三镜片组106包括至少一个镜片；第四镜片组108包括至少一个镜片；第 五镜片组109包括至少一个镜片；第六镜片组111包括至少一个镜片。其中，上述的镜片可以 为凸透镜。也可以为不同镜片胶合的胶合透镜，能够完全满足聚焦与准直功能即可，本发明对此 不作具体限制。其中，第三镜片组106为准直镜片组，第四镜片组108为聚焦镜片组，第五镜 片组109为准直镜片组，第六镜片组111为聚焦镜片组。 [0046] 可选地，第三镜片组106为反射式镜片组或透射式镜片组、第四镜片组108为反射 式镜片组或透射式镜片组、第五镜片组109为反射式镜片组或透射式镜片组、第六镜片组 111为反射式镜片组或透射式镜片组。 [0047] 其中，通过合理配置第三镜片组106、第四镜片组108、第五镜片组109和第六镜片 组111的反射或者透射光束，有利于光路变化的设计，比如有利于整体光路的体积的减小。 [0048] 继续参考图1，图1中，第三镜片组106、第四镜片组108、第五镜片组109和第六镜片 组111均为透射式透镜。若需要光路折返，可以将上述镜片组中的一种或几种设置为反射式 透镜，即可以在镜片组的反射面涂覆反射涂层来实现反射。或者，在光路中设置反射镜来改 变光路走向。 [0049] 可选地，扫描镜110为电流计扫描振镜、共振振镜、MEMS振镜、多边形转镜、电光偏 转器或声光偏转器中的其中一种。 [0050] 可选地，色散元件107为光栅、棱镜、衍射分光器件或超表面材料光学分光器件中 的其中一种，色散元件107为反射式色散元件或透射式色散元件。有利于光路变化的设计， 比如有利于整体光路的体积的减小。 [0051] 可选地，宽谱光源101为白光LED、卤素灯、氙灯或者激光驱动白光光源中的其中一 9 9 CN 116840162 A 说明书 7/7页 种。 [0052] 本发明实施例还提出了一种检测设备，包括如本发明任一实施例所述的3D光谱共 焦传感器100。 [0053] 上述的采集光谱数据的3D光谱共焦传感器100，使用扫描镜110将光谱线上进行扫描，由于面阵相机112比线阵相机更多的数模转换(ADC)通道数，有更高的数 据获取速率，能明显提高光谱共焦传感器的成像速度。另外，相比起线光谱共焦传感器，该 实施例中能够使用光纤软连接探头(检测部分)和光谱仪(成像部分)，由于探头的体积和重 量较小，方便对样品进行移动测量，只需移动探头即可，无需连带成像部分一起移动。 [0054] 该3D光谱共焦传感器能应用在工业检验测试领域，包含但不限于：3C电子科技类产品的缺 陷检测和精密测量，比如手机的外壳检测，曲面屏检测，手机镜头的检测，印刷电路板的检 测，等等。锂电池的检测：比如锂电池的极片的毛刺检测，以及锂电池外壳的焊缝缺陷的检 测。半导体的检测：比如芯片封装的缺陷检验测试等等。汽车零部件的检测：比如抛光的金属零 件的检测等等。 [0055] 综上所述，根据本发明实施例提出的3D光谱共焦传感器和检测设备，3D光谱共焦 传感器包括：宽谱光源、光纤耦合器、第一镜片组、扫描振镜、第二镜片组，以及沿成像光束 传输的路径上依次设置的第三镜片组、色散元件、第四镜片组、第五镜片组、扫描镜、第六镜 片组和面阵相机，控制器；宽谱光源出射宽光谱光束至光纤耦合器的光源输入端，宽光谱光 束经光纤耦合器输出至第一镜片组，第一镜片组准直宽光谱光束形成第一准直光束至扫描 振镜，扫描振镜扫描第一准直光束至第二镜片组，第二镜片组用于沿轴线分离第一准直光 束为不同波长的聚焦光束并照射至待测样品上，待测样品不同深度位置反射对应波长的聚 焦光束依次经过第二镜片组、扫描振镜、第一镜片组、光纤耦合器后，入射至第三镜片组，形 成成像光束；第三镜片组用于接收成像光束，并对成像光束进行准直形成第二准直光束，色 散元件用于展开第二准直光束形成色散光束，第四镜片组用于对色散光束进行聚焦形成第 二聚焦光束，第五镜片组用于对第二聚焦光束进行准直形成第三准直光束，扫描镜用于扫 描第三准直光束形成扫描光束，第六镜片组用于聚焦扫描光束至面阵相机，面阵相机位于 第六镜片组的像方焦面上；控制器分别与扫描振镜、扫描镜、面阵相机电连接，用于控制扫 描振镜、扫描镜的扫描频率与面阵相机的曝光频率相同；扫描镜变化一个扫描角度，面阵相 机的由上一列像素采样扫描光束转换为相邻的下一列像素采样扫描光束。由此，通过上述 设置，通过扫描振镜的设置实现了由点扫描向线扫描的过渡，并且面阵相机的使用使得成 像速度和成像质量得到提升，光谱共焦传感器全部采用光纤传输光源。 [0056] 上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应明 白的是，根据设计的基本要求和其他因素，能够直接进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围以内。 10 10 CN 116840162 A 说明书附图 1/1页 图1 图2 11 11

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