[發明專利]利用LCD的三維形貌測量裝置

有效

• 申請號: 200880104955.4
• 申請日: 2008-08-11
• 公開（公告）號: CN101802545A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 樸喜載;李日煥;崔洵民;李正縞
• 申請（專利權）人: 株式會社SNU精密
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星

技術領域

本發明涉及一種利用LCD的三維形貌測量裝置，更具體地涉及一種在測量物上形成正弦波圖案，借此用由攝像機及上述正弦波圖案獲得測量物的影像信息，分析影像信息來測得測量物形貌的利用LCD的三維形貌測量裝置。

背景技術

所謂利用穆爾干涉條紋的三維形貌測量裝置一般是指如下裝置：將在要檢測的測量物的表面照射具有一定形態的光而出現的網格圖案和作為基準的網格圖案重迭來形成穆爾干涉條紋，并測量及解析該干涉條紋而得到物體的表面高度的信息。這種測量方法可以簡單且快速地得到測量物的三維形貌，所以被廣泛應用在醫學、工業領域。

這種利用穆爾干涉條紋的測量三維形貌的方式大致可分為投影式和影子式。影子式是不使用透鏡而利用由出現在測量物表面的網格圖案的影子生成的穆爾條紋來檢測測量物的表面形貌的方式。投影式是利用由通過透鏡投影到測量物的網格的圖像生成的穆爾條紋來測量測量物的表面形貌的方式。

圖1為傳統的影子式測量裝置的示意圖。參照圖1，在影子式測量裝置中，從光源100出射的光通過網格103在測量物P的表面形成網格形態的影子，或者由于塔爾博特(Talbot)效應形成網格形態的圖像。這里使用的網格103具有改變所透射光的強度的功能。上述網格103的影子圖像和網格103本身的圖案合成而形成穆爾條紋，將這樣形成的穆爾條紋稱為影子式穆爾。利用二維影像傳感元件排列來檢測所述穆爾條紋，此時為了計算穆爾條紋的相位，需要相位偏移的多個穆爾條紋。

為得到相位偏移的穆爾條紋，通過驅動單元D向接近測量物P或遠離測量物P的方向移動上述網格103。此時由于干涉條紋的相位隨著上述網格103的移動而變化，可以得到至少偏移3個相位的穆爾條紋。如此移動上述網格103而生成的相位偏移的穆爾條紋通過聚焦透鏡109而成像到影像傳感元件110上。通過上述影像傳感元件110依次重復進行相位偏移的穆爾條紋的圖像檢測及上述網格103的移動。利用在此得到的多個相位偏移的穆爾條紋，可以通過公知的解析方法得到物體的三維形貌信息。

這種影子式測量裝置具有設備簡單的優點，但是需要利用網格影子，因此，具有僅能夠在可以使網格圖案和測量物充分接近的情況下應用的缺點。為了解決上述影子式測量裝置的缺點，投影式測量裝置得到人們的青睞。

圖2為傳統的投影式測量裝置的示意圖。參照圖2，投影式穆爾測量裝置通過第一聚焦透鏡113將從光源111照射的光通過第一網格112形成的圖像成像在測量物P上，并通過第二聚焦透鏡114，將該測量物P的圖像成像在第二網格115上。通過第三聚焦透鏡116，將成像在第二網格115上的圖像和第二網格115本身的圖案成像在影像傳感元件117上而得到穆爾條紋。

在這種投影式穆爾測量裝置中，通過驅動單元D上下移動第一網格112及第二網格115來得到相位偏移的穆爾條紋。將在此得到的相位偏移的信號通過公知的方法解析，從而可以得到測量物的三維形貌信息。然而在投影式穆爾測量裝置下，為了把成像在測量物P上的網格圖案成像在第二網格115上生成穆爾條紋，并將該穆爾條紋成像在影像傳感元件上117，需要高價的精密光學系統。因此，亟待提出一種不需要第二聚焦透鏡114和第二網格115的簡化的系統。

為此，提出了一種將結構化形態的圖案投影到測量物來測量形貌的結構化的圖案投影方式的裝置，以便進一步簡化投影式測量裝置。

圖3為傳統的應用結構化的圖案投影方式的投影式測量裝置示意圖。如圖3所示，將從光源120照射的光通過網格121而形成的圖像，通過第一聚焦透鏡122成像在測量物P上，將測量物P的圖像通過第二聚焦透鏡124成像在影像傳感元件127上，從而得到網格121投影其上的測量物P的影像。這里，為了提取三維形貌，可通過水平移動網格121或移動第一聚焦透鏡122或第二聚焦透鏡124來獲得各種相位的投影網格影像。并且，網格121可替代為具有其它周期的網格。

在這種測量裝置中，用第一聚焦透鏡122將網格121的圖案成像在測量物P上后，用影像傳感元件127測量成像在測量物P上的影像，然后由該影像和在計算器中生成的基準網格生成穆爾條紋后檢測測量物P的三維形貌。

但是，由于網格121的水平移動網格121，為了在網格121移動之后通過第一聚焦透鏡122在測量物P上形成網格121的圖像，需要與網格121的移動對應地移動第一聚焦透鏡122。