[發(fā)明專利]一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010220510.5
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111220090A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 易定容;蔣威;孔令華;葉一青;朱星星
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波五維檢測科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/06
• 代理公司: 成都時譽知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51250
• 代理人: 王杰

1.一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：

照明單元，所述照明單元包含一個復(fù)色光源，該復(fù)色光源產(chǎn)生復(fù)色光，復(fù)色光包括多個波長；所述照明單元通過光源線整形元件將復(fù)色光源配置成一維線陣光束；所述照明單元還通過色散元件將光源配置成不同波長光束具有不同焦深的色散光束；所述照明單元將光源配置得到一維線陣色散光束，一維線陣色散光束照射于被測物表面，任意光軸軸向高度Z處存在唯一波長值λ的線光束處于聚焦狀態(tài)；

測量空間，所述測量空間為可容納被測樣品的空間，被測樣品被設(shè)置于一個可移動的載物臺上并可以自由的在測量空間中移動；

成像單元，該成像單元包含用于對從被測樣品表面的反射光束進行聚焦的成像透鏡組，還包含將聚集反射光等能量分成兩束光的分光片，兩個誤差范圍內(nèi)完全等同的狹縫；所述的兩個狹縫等距離放置在所述成像透鏡組焦面前后，一個在焦面前，一個在焦面后；從樣品表面反射的反射光先繼通過所述聚焦成像透鏡組、分光片分為兩路，每路各自相繼經(jīng)過狹縫，之后分別進入所述的探測器成像；來自樣品表面的反射光束為包含一個或若干個波長值λm的光束，其波長值λ與被測樣品表面沿光軸軸向高度Z相關(guān)，其中m∈1，2，…，M；

探測器，所述探測器包含誤差許可范圍內(nèi)兩個完全等同的光譜相機，分別放置于所述成像單元兩個成像光路的狹縫之后，每個所述光譜相機包含面陣黑白相機和一個色散原件；每個所述光譜相機接收成像單元收集的被測物返回線光束，該線光束與所述光譜相機的圖像傳感器第一維度X維度像素對齊，該X維度上坐標值與被測物表面一維坐標值一一對應(yīng)；所述光譜相機通過橫向色散元件將任意坐標Xn處光束配置為橫向色散光束，所述橫向色散光束的光譜波長值λ與光譜相機的圖像傳感器第二維度Y維度像素對齊，該Y維度坐標Ym與被測物返回光束光譜波長值λm一一對應(yīng)，其中n∈1，2，…，N；

處理單元，該處理單元與所述探測器相連，所述處理單元為任意具備圖像信息處理能力的處理器，所述處理器用于處理所述探測器得到的圖像，將推掃測量范圍拼接成測量條帶，將測量條帶拼接成整個測量表面，得到被測樣品表面三維信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述照明單元將光源配置得到一維線陣色散光束可采用狹縫、柱面透鏡或特殊線陣光源。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述照明單元采用的色散元件為：折射式色散透鏡、衍射式色散透鏡、反射式色散鏡、或它們的組合、或其它可將復(fù)色光源配置成不同波長光束具有不同焦深的方式調(diào)制得到色散光束。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述載物臺為三維運動載物臺，用于帶動被測物先沿第一方向即Y方向進行一維運動，形成一長條覆蓋樣品沿Y方向的測量條帶；之后沿第二方向即X方向移動測量條帶寬度范圍，之后沿著負Y方向移動，形成第二條覆蓋樣品Y方向的測量條帶，重復(fù)操作，獲得整個樣品表面的形貌測量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述載物臺也可是任何形式的帶有位置反饋信息的多軸移動載物臺，用于帶動被測物在二維平面移動或三維空間姿態(tài)調(diào)整與移動。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述載物臺可向處理器返回即時的水平位置信息，根據(jù)即時水平位置信息記錄相應(yīng)被測樣品光軸方向軸向高度，遍歷被測物表面完成三維表面測量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線聚焦差動彩色共焦三維表面形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器采用的色散元件為：光柵反射鏡、色散棱鏡、或它們的任意形式的組合、或其它可配置不同波長光束具有不同成像高度的方式調(diào)制得到橫向色散光束。