[发明专利]基于共焦光路的三维测量系统和方法

权利要求书

1.一种基于共焦光路的三维测量系统，其特征在于，包括；照明组件（11）、色散物镜组件（12）、滤波组件（13）和分光成像组件（14）；

所述照明组件（11）用于输出入射光线；

所述色散物镜组件（12）与所述照明组件（11）同轴设置，用于将所述入射光线中不同波长的光线色散展开，将所述不同波长的光线中的目标波长的光线分别聚焦在被测物不同高度方向上和不同水平方向上的对应测量点上，并接收由所述测量点反射的目标波长的出射光线；

所述滤波组件（13）设置于所述照明组件（11）和所述色散物镜组件（12）之间，包括小孔掩膜阵列板（132）和半透半反镜（131），所述小孔掩膜阵列板（132）上设置有多行多列若干个间隔设置的小孔，分别与所述测量点一一对应设置，每个所述测量点反射的目标波长的所述出射光线分别聚焦至所述小孔掩膜阵列板（132）上与其对应行列所在的所述小孔；所述小孔掩膜阵列板（132）设置于所述半透半反镜（131）和所述色散物镜组件（12）之间或者分别设置于所述照明组件（11）和所述半透半反镜（131）之间以及所述半透半反镜（131）和所述分光成像组件（14）之间；所述入射光线与经由所述半透半反镜（131）反射之前的所述出射光线的光路相平行；

所述分光成像组件（14）用于接收穿过所述小孔的所述出射光线，并将穿过每个所述小孔的目标波长的所述出射光线分别聚焦在成像面上与所述小孔和所述测量点对应的像面坐标。

2.根据权利要求1所述的基于共焦光路的三维测量系统，其特征在于，某一时刻所述色散物镜组件（12）将目标波长的所述入射光线聚焦在所述被测物的对应高度，且所述被测物在测量时沿着不同于所述高度的方向移动，所述小孔掩膜阵列板上的同一个所述小孔对应的所述测量点随着所述被测物的移动相应改变，其聚焦的所述出射光线的波长随着对应的所述测量点在所述被测物的高度变化而相应变化。

3.根据权利要求2所述的基于共焦光路的三维测量系统，其特征在于，所述分光成像组件（14）包括：分光装置（141）和设置于所述分光装置（141）两侧的远心准直透镜组合（142）和远心汇聚透镜组合（143），通过所述小孔掩膜阵列板的所述出射光线透过所述远心准直透镜组合（142）后到达所述分光装置（141），所述分光装置（141）将通过同一个所述小孔的所述出射光线根据不同波长分开，并通过远心汇聚透镜组合（143）将不同波长的所述出射光线聚焦在所述成像面上对应的所述像面坐标。

4.根据权利要求3所述的基于共焦光路的三维测量系统，其特征在于，所述分光装置（141）为棱镜或光栅；所述小孔掩膜阵列板（132）上的小孔的形状包括：圆形、三角形、平行四边形。

5.一种基于共焦光路的三维测量方法，其特征在于，包括：

由照明组件输出入射光线；

所述入射光线穿过小孔掩膜阵列板后到达色散物镜组件，由所述色散物镜组件将所述入射光线中不同波长的光线色散展开，将所述不同波长的光线中的目标波长的光线分别聚焦在被测物不同高度方向上和不同水平方向上的对应测量点上；

由所述色散物镜组件接收所述测量点反射的目标波长的出射光线，

将每个所述测量点反射的目标波长的所述出射光线分别一一对应地聚焦至所述小孔掩膜阵列板上与其对应行列所在位置的小孔；

由分光成像组件将穿过每个所述小孔的目标波长的所述出射光线分别聚焦在成像面上与所述小孔和所述测量点对应的像面坐标；

所述入射光线到达所述色散物镜组件之前还透过半透半反镜，所述出射光线通过所述色散物镜组件后由所述半透半反镜反射出去，所述入射光线与经由所述半透半反镜反射之前的所述出射光线的光路相平行。

6.根据权利要求5所述的基于共焦光路的三维测量方法，其特征在于，某一时刻目标波长的所述入射光线通过轴向色散聚焦在所述被测物的测量点，穿过同一个所述小孔的所述出射光线通过径向色散聚焦于与所述目标波长在所述成像面上对应的像面坐标，进而通过所述像面坐标获取所述测量点的高度。

7.根据权利要求5所述的基于共焦光路的三维测量方法，其特征在于，目标波长的所述出射光线通过远心光路并经由光栅分光后聚焦在所述成像面上对应的像面坐标处成像。