[發明專利]一種光學三維成像裝置及其成像方法

在審

• 申請號: 201510918175.5
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105423947A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 周向前;瞿鑫
• 申請（專利權）人: 常州雷歐儀器有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;尚群

1.一種光學三維成像裝置，其特征在于，包括：

光學顯微鏡系統，用于生成待測物體的顯微光路并獲得所述待測物體的平面坐標信號；

三維表面成像模塊，與所述光學顯微鏡系統連接，用于生成干涉光路并通過一次掃描探測得到所述待測物體整個視場內每個像素點的高度坐標信號，并將所述平面坐標信號和所述高度坐標信號經計算處理后直接生成并輸出待測物體的三維圖像，以實現快速三維表面成像；以及

驅動機構，與所述待測物體或所述三維表面成像模塊連接，用于實現對所述待測物體沿光軸方向的掃描。

2.如權利要求1所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述光學顯微鏡系統為光學顯微鏡、光學放大鏡或者物鏡。

3.如權利要求1或2所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述三維表面成像模塊包括：

白光光源，用于提供三維表面成像的光源；

干涉光路，用于生成干涉光路并通過一次掃描探測得到所述待測物體整個視場內每個像素點的高度坐標信號；

陣列式CMOS傳感器，用于接收所述干涉光路的信號并輸出平面坐標信號和所述高度坐標信號；以及

智能像素芯片，用于對所述平面坐標信號和所述高度坐標信號進行背景信號補償、鎖相放大及高度坐標計算后，生成所述三維圖像并輸出。

4.如權利要求3所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述干涉光路包括：

發射光路，包括第一準直棱鏡和分光鏡，所述第一準直棱鏡設置在所述白光光源及所述分光鏡之間，所述分光鏡將經上述第一準直棱鏡的光路分為垂直向下的第一光路和水平向左的第二光路，所述第一光路用于探測所述待測物體，所述第二光路用于形成干涉光以獲得所述高度坐標信號；

參考光路，包括參考反射鏡、第二準直或聚焦棱鏡和45度反射鏡，所述第二準直或聚焦棱鏡設置于所述45度反射鏡與所述參考反射鏡之間，所述45度反射鏡相對于所述分光鏡設置，所述第二光路的光經所述45度反射鏡、第二準直或聚焦棱鏡及所述參考反射鏡反射后進入所述分光鏡；以及

探測光路，包括第三準直或聚焦棱鏡，設置于所述分光鏡和所述陣列式CMOS傳感器之間，用于將所述參考光路和所述第一光路的信號輸送至所述陣列式CMOS傳感器。

5.如權利要求4所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述參考光路還包括中心強度過濾器，設置在所述45度反射鏡與所述分光鏡之間。

6.如權利要求4所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述參考光路還包括補償板，設置在所述45度反射鏡與所述第二準直或聚焦棱鏡之間。

7.如權利要求4所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述探測光路還包括用于輔助準直及信號優化的光學小孔，設置在所述分光鏡和所述第三準直或聚焦棱鏡之間。

8.如權利要求4所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述驅動機構為驅動電機，所述驅動電機與所述參考反射鏡連接，以驅動所述參考反射鏡沿光軸移動，或所述驅動電機與所述待測物體的位移平臺連接，以驅動所述待測物體沿光軸移動。

9.如權利要求4所述的光學三維成像裝置，其特征在于，所述光學顯微鏡系統為光學顯微鏡，包括成像光路和觀測光路，所述成像光路包括成像分光鏡和物鏡，所述觀測光路包括目鏡，所述成像分光鏡正對所述第一光路設置，所述物鏡設置在所述成像分光鏡的正下方。

10.一種光學三維成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

S100、預備成像，在顯微鏡中用于成像的CCD相機或者目鏡的接口處連接遮光筒，所述遮光筒的另一端與三維表面成像模塊連接；

S200、安裝用于驅動所述三維表面成像模塊或所述待測物體移動的驅動電機，調整并固定所述驅動電機的運行角度以保證所述驅動電機的移動方向與待測物體的待測平面垂直；

S300、將所述三維表面成像模塊的圖像處理模塊的數據傳輸端口連接到計算機，同時連接所述驅動電機的驅動端口和控制端口到直流驅動電源和電機控制器，并將電機控制器與所述計算機相連，設置所述驅動電機的驅動程序，以控制所述待測物體的移動，同時設置所述圖像處理模塊的信號處理程序；以及

S400、利用所述顯微鏡的聚焦調節系統調節所述待測物體成像的焦距，使得三維表面成像模塊可以清晰成像，將所述待測物體需要三維成像的區域移動到目標區域內，對所述待測物體沿光軸方向掃描，通過一次掃描探測得到所述待測物體整個視場內每個像素點的高度坐標信號，并經計算處理后直接生成待測物體的三維圖像并傳輸到所述計算機快速輸出三維表面成像。