[发明专利]三维形状测量装置

权利要求书

1.一种使用共焦光学系统的三维形状测量装置，包括：

提供有多个共焦孔的孔板，所述多个共焦孔各自允许来自光源的光束从其通过并且所述多个共焦孔被二维设置为具有预定设置周期；

物镜，配置为将通过所述多个共焦孔的每一所述光束会聚于物侧聚焦点，并再次将由会聚光束在测量物体处的反射形成的每一反射光束会聚于各自对应的共焦孔；

包括旋转体和驱动部的焦点位置改变单元，所述旋转体上提供有多个平行板式构件，所述多个平行板式构件至少折射率和厚度之一彼此不同，并沿着旋转方向设置以便与所述物镜的光轴相交，所述驱动部配置为以预定速度连续地旋转所述旋转体，所述焦点位置改变单元配置为每次由所述旋转体的旋转改变与所述光轴相交的所述平行板式构件时，不连续地改变所述物侧聚焦点在光轴方向上的位置；

光检测器组，包括多个光检测器，每一个所述光检测器输出与再次通过所述共焦孔的反射光束的强度相对应的信号；

孔板位移单元，配置为使所述孔板在垂直于所述光轴方向的预定方向上以恒定速度产生位移，以改变在垂直于所述光轴方向的所述方向上所述物侧聚焦点的所述位置与所述测量物体的位置之间的相对位置关系；

成像控制单元，配置为使所述光检测器组在所述孔板在垂直于所述光轴方向的所述预定方向上的恒定速度移动时段中多次执行曝光，以及使所述光检测器组在每次成像目标区包括在所述平行板式构件中时执行每一所述曝光，以及控制所述孔板的移动速度、所述旋转体的旋转速度以及所述光检测器组的曝光时间和曝光时序，以使得所述光检测器组的所述曝光时间与所述孔板移动由所述预定设置周期乘以第一正整数获得的距离所经历的时间一致；

高度确定单元，配置为基于所述光检测器的对于由所述焦点位置改变单元不连续地改变的所述物侧聚焦点在所述光轴方向上的每一所述位置的所述信号，估计所述测量物体的所述位置，在所述位置处入射到每一所述光检测器上的所述反射光束的强度变为最大；

盖构件，提供在所述孔板上方，以与所述孔板整体地由所述孔板位移单元产生位移，所述盖构件配置为包括透明体，所述透明体允许所述光源的所述光束从其通过并且允许所述光源的所述光束照射到所述多个共焦孔，并且所述盖构件配置为保护所述多个共焦孔避免灰尘；以及

考虑到包括所述盖构件的所述透明体的整个光学系统的光学特性而设计的成像光学系统，并且所述成像光学系统配置为将再次通过所述共焦孔的所述反射光束引导到所述光检测器。

2.根据权利要求1所述的三维形状测量装置，其中，所述盖构件可分离地附接到所述孔板。

3.根据权利要求1所述的三维形状测量装置，其中，

所述成像控制单元还控制所述孔板的所述移动速度、所述旋转体的所述旋转速度、以及所述光检测器组的所述曝光时间和所述曝光时序，以使得在所述多次曝光中，从任一曝光开始时间到下一曝光开始时间的时段与所述孔板移动由所述预定设置周期乘以大于所述第一正整数的第二正整数获得的距离所需的时间一致。

4.根据权利要求1所述的三维形状测量装置，其中，

所述焦点位置改变单元设置在所述孔板与所述物镜之间，以使得所述多个平行板式构件与所述物镜在所述孔板一侧的光轴相交。

5.根据权利要求1所述的三维形状测量装置，还包括：

安装底座，所述测量物体安装在所述安装底座上；以及

安装底座位移单元，配置为使所述安装底座在垂直于所述光轴方向的所述方向上产生位移，以改变在垂直于所述光轴方向的所述方向上所述物侧聚焦点的所述位置与所述测量物体的所述位置之间的所述相对位置关系，

其中，在除了所述孔板在垂直于所述光轴方向的所述预定方向上以恒定速度产生位移的时段之外的时段中，所述安装底座位移单元改变在垂直于所述光轴方向的所述方向上所述物侧聚焦点的所述位置与所述测量物体的所述位置之间的所述相对位置关系，以及

除了所述孔板在垂直于所述光轴方向的所述预定方向上以恒定速度产生位移的时段之外的所述时段是所述孔板由所述孔板位移单元在所述预定方向上加速和减速的时段，和当由所述孔板位移单元在所述预定方向上反转所述孔板的移动方向时的时间或时段。

6.根据权利要求1所述的三维形状测量装置，其中，所述孔板位移单元包括：

孔板安装单元，所述孔板安装在所述孔板安装单元上；以及

线性电机，由所述成像控制单元控制，并且配置为使所述孔板安装单元在垂直于所述光轴方向的所述预定方向上产生位移。