[發(fā)明專利]基于共焦光路的三維測量系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113358060B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧俊濤;劉榮華;鄭增強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢精測電子集團(tuán)股份有限公司;武漢精立電子技術(shù)有限公司;上海精瀨電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 張英

本發(fā)明公開了一種基于共焦光路的三維測量系統(tǒng)，包括：照明組件，用于輸出入射光線；色散物鏡組件，用于將入射光線色散展開成不同波長的光線，將其中目標(biāo)波長的光線分別聚焦在被測物的對應(yīng)測量點上，并接收由測量點反射的出射光線；濾波組件，設(shè)置于照明組件和色散物鏡組件之間，包括小孔掩膜陣列板，設(shè)置有若干個間隔設(shè)置的小孔，每個測量點反射的出射光線分別聚焦至其對應(yīng)的小孔；分光成像組件，用于接收穿過小孔的出射光線，并將每個小孔穿過的出射光線分別聚焦在成像面上與小孔和測量點對應(yīng)的像面坐標(biāo)。其可以解決現(xiàn)有的三維測量系統(tǒng)采用復(fù)雜的光纖拼湊在一起傳輸光線導(dǎo)致工藝難度大，無法做到被測物上多點同時準(zhǔn)確測量的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物體三維信息測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種基于共焦光路的三維測量系統(tǒng)和一種基于共焦光路的三維測量方法。

背景技術(shù)

目前用于二維(2D)和三維(3D)物體測量的各種成像系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)，其中用于測量三維(3D)宏觀結(jié)構(gòu)的技術(shù)已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注，特別是在光學(xué)、電子和半導(dǎo)體工業(yè)中用于高級產(chǎn)品開發(fā)和其質(zhì)量控制。例如許多常用于測量3D宏觀結(jié)構(gòu)的已知成像技術(shù)包括相移方法、光學(xué)相干斷層掃描和全息術(shù)等。但是，這些可用的光學(xué)成像方法往往無法達(dá)到人們滿意的效果，尤其是在系統(tǒng)的測量速度和精度、以及所獲取圖像的質(zhì)量方面。并且，現(xiàn)有的測量系統(tǒng)采用復(fù)雜的光線拼湊起來傳導(dǎo)光路，工藝難度大、成本高，同時光源光路與被測物反射光路之間成一定夾角的方式也會導(dǎo)致視野盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明實施例提供了一種基于共焦光路的三維測量系統(tǒng)和方法，其可以解決現(xiàn)有的三維測量系統(tǒng)采用復(fù)雜的光纖拼湊在一起傳輸光線導(dǎo)致工藝難度大，無法做到被測物上多點同時準(zhǔn)確測量的問題。

具體的，本發(fā)明提供一種基于共焦光路的三維測量系統(tǒng)，包括：照明組件、濾波組件、色散物鏡組件和分光成像組件；所述照明組件用于輸出入射光線；所述色散物鏡組件用于將所述入射光線中不同波長的光線色散展開，將所述不同波長的光線中的目標(biāo)波長的光線分別聚焦在被測物的對應(yīng)測量點上，并接收由所述測量點反射的目標(biāo)波長的出射光線；所述濾波組件設(shè)置于所述照明組件和所述色散物鏡組件之間，包括小孔掩膜陣列板，所述小孔掩膜陣列板上設(shè)置有若干個間隔設(shè)置的小孔，目標(biāo)波長的所述出射光線分別聚焦至其對應(yīng)的所述小孔；每個所述測量點反射的所述分光成像組件用于接收穿過所述小孔的所述出射光線，并將目標(biāo)波長的所述出射光線分別聚焦在成像面上與所述小孔和所述測量點對應(yīng)的像面坐標(biāo)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述濾波組件還包括：半透半反鏡，所述色散物鏡組件與所述照明組件同軸設(shè)置，所述入射光線與經(jīng)由所述半透半反鏡反射之前的所述出射光線的光路相平行。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述小孔掩膜陣列板設(shè)置于所述半透半反鏡和所述色散物鏡組件之間或者分別設(shè)置于所述照明組件和所述半透半反鏡之間以及所述半透半反鏡和所述分光成像組件之間。

在本發(fā)明的一個實施例中，某一時刻所述色散物鏡組件將目標(biāo)波長的所述入射光線聚焦在所述被測物的對應(yīng)高度，且所述被測物在測量時沿著不同于所述高度的方向移動，所述小孔掩膜陣列板上的同一個所述小孔對應(yīng)的所述測量點隨著所述被測物的移動相應(yīng)改變，其聚焦的所述出射光線的波長隨著對應(yīng)的所述測量點在所述被測物的高度變化而相應(yīng)變化。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述分光成像組件包括：分光裝置和設(shè)置于所述分光裝置兩側(cè)的遠(yuǎn)心準(zhǔn)直透鏡組合和遠(yuǎn)心匯聚透鏡組合，通過所述小孔掩膜陣列板的所述出射光線透過所述遠(yuǎn)心準(zhǔn)直透鏡組合后到達(dá)所述分光裝置，所述分光裝置將通過同一個所述小孔的所述出射光線根據(jù)不同波長分開，并通過遠(yuǎn)心匯聚透鏡組合將不同波長的所述出射光線聚焦在所述成像面上對應(yīng)的所述像面坐標(biāo)。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述分光裝置為棱鏡或光柵；所述小孔掩膜陣列板上的小孔的形狀包括：圓形、三角形和平行四邊形。