[发明专利]三维图形检测装置及测量方法

权利要求书

1.一种三维图形检测装置，用于对待测样品进行检测，包括：

照明投影模块，用于产生探测光束及参考光束，并将探测光束投影到所述待测样品表面；

参考成像模块，包括一参考平面，所述参考成像模块用于收集投射到所述参考平面处的所述参考光束，以产生参考光光强分布信号；

探测成像模块，用于收集待测样品表面的反射及衍射光，以产生探测光光强分布信号；以及

控制处理模块，用于将所述探测光光强分布信号与参考光光强分布信号进行强度关联运算，根据关联运算的结果，计算待测样品表面各点的深度值，获取待测样品表面形貌参数；

其中关联运算的函数为I_r为参考平面处的光强分布，I_t为待测样品处光强分布；根据公式获得待测样品表面形貌参数，其中Λ＝λZ²/D²，Λ表示探测面光场归一化的纵向相关长度，D为可变光阑的孔径，Z为参考平面到可变光阑的距离，所述待测样品表面到可变光阑的距离同样为Z，λ为探测波长，h为三维形貌图的深度。

2.如权利要求1所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述照明投影模块沿光传播方向依次包括：照明光源、光学调制组件、可变光阑以及分束器，所述照明光源产生的光束经所述光学调制组件、可变光阑及分束器后形成探测光束及参考光束。

3.如权利要求2所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述照明光源为热光源，所述热光源采用汞灯、氙灯、金属卤化物灯或空心阴极灯。

4.如权利要求2所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述光学调制组件包括沿光传播方向依次设置的准直透镜、起偏器、滤光片和透镜，用于对所述照明光源发出的光进行括束整形。

5.如权利要求2所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述照明光源采用多个波长不同的激光器，所述多个激光器产生的激光通过单模保偏光纤和多路转换器进入所述光学调制组件。

6.如权利要求2所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述光学调制组件包括沿光传播方向依次设置的扩束器、旋转玻璃、起偏器和透镜，用于对所述照明光源发出的光进行括束整形。

7.如权利要求6所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述旋转玻璃由一电机控制旋转。

8.如权利要求1所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述参考成像模块包括第一成像透镜及第一探测器，所述第一成像透镜用于将投射到所述参考平面处的参考光成像到所述第一探测器表面，所述第一探测器产生参考光光强分布信号并输出至所述控制处理模块。

9.如权利要求8所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述探测成像模块包括偏振分束器、1/4波片、第二成像透镜和第二探测器，所述探测光束经所述偏振分束器、1/4波片投射至所述待测样品表面，经所述待测样品反射及衍射光再次经过所述1/4波片、偏振分束器、第二成像透镜成像至所述第二探测器表面，所述第二探测器产生探测光光强分布信号输出至所述控制处理模块。

10.如权利要求9所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述参考平面与所述待测样品表面满足关于所述第一成像透镜的物像共轭关系。

11.如权利要求9所述的三维图形检测装置，其特征在于，所述第二探测器与所述待测样品表面满足关于所述第二成像透镜的物像共轭关系。

12.一种三维图形检测装置，用于对待测样品进行检测，包括：

照明投影模块，用于产生一探测光束，并将所述探测光束投射到所述待测样品表面；

探测成像模块，用于收集待测样品表面的反射及衍射光，以产生探测光光强分布信号；以及

控制处理模块，用于将所述探测光光强分布信号与一参考平面处的参考光光强分布信号进行强度关联运算，根据关联运算的结果，计算待测样品表面各点的深度值，获取待测样品表面形貌参数；其中关联运算的函数为I_r为参考平面处的光强分布，I_t为待测样品处光强分布；根据公式获得待测样品表面形貌参数，其中Λ＝λZ²/D²，Λ表示探测面光场归一化的纵向相关长度，D为可变光阑的孔径，Z为参考平面到可变光阑的距离，所述待测样品表面到可变光阑的距离同样为Z，h为三维形貌图的深度。