[发明专利]基于共焦光路的三维测量系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于共焦光路的三维测量系统，包括：照明组件，用于输出入射光线；色散物镜组件，用于将入射光线色散展开成不同波长的光线，将其中目标波长的光线分别聚焦在被测物的对应测量点上，并接收由测量点反射的出射光线；滤波组件，设置于照明组件和色散物镜组件之间，包括小孔掩膜阵列板，设置有若干个间隔设置的小孔，每个测量点反射的出射光线分别聚焦至其对应的小孔；分光成像组件，用于接收穿过小孔的出射光线，并将每个小孔穿过的出射光线分别聚焦在成像面上与小孔和测量点对应的像面坐标。其可以解决现有的三维测量系统采用复杂的光纤拼凑在一起传输光线导致工艺难度大，无法做到被测物上多点同时准确测量的问题。

技术领域

本发明涉及物体三维信息测量技术领域，尤其涉及到一种基于共焦光路的三维测量系统和一种基于共焦光路的三维测量方法。

背景技术

目前用于二维(2D)和三维(3D)物体测量的各种成像系统已经被开发，其中用于测量三维(3D)宏观结构的技术已经受到越来越多的关注，特别是在光学、电子和半导体工业中用于高级产品开发和其质量控制。例如许多常用于测量3D宏观结构的已知成像技术包括相移方法、光学相干断层扫描和全息术等。但是，这些可用的光学成像方法往往无法达到人们满意的效果，尤其是在系统的测量速度和精度、以及所获取图像的质量方面。并且，现有的测量系统采用复杂的光线拼凑起来传导光路，工艺难度大、成本高，同时光源光路与被测物反射光路之间成一定夹角的方式也会导致视野盲区。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种基于共焦光路的三维测量系统和方法，其可以解决现有的三维测量系统采用复杂的光纤拼凑在一起传输光线导致工艺难度大，无法做到被测物上多点同时准确测量的问题。

具体的，本发明提供一种基于共焦光路的三维测量系统，包括：照明组件、滤波组件、色散物镜组件和分光成像组件；所述照明组件用于输出入射光线；所述色散物镜组件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；所述滤波组件设置于所述照明组件和所述色散物镜组件之间，包括小孔掩膜阵列板，所述小孔掩膜阵列板上设置有若干个间隔设置的小孔，目标波长的所述出射光线分别聚焦至其对应的所述小孔；每个所述测量点反射的所述分光成像组件用于接收穿过所述小孔的所述出射光线，并将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。

在本发明的一个实施例中，所述滤波组件还包括：半透半反镜，所述色散物镜组件与所述照明组件同轴设置，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。

在本发明的一个实施例中，所述小孔掩膜阵列板设置于所述半透半反镜和所述色散物镜组件之间或者分别设置于所述照明组件和所述半透半反镜之间以及所述半透半反镜和所述分光成像组件之间。

在本发明的一个实施例中，某一时刻所述色散物镜组件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。

在本发明的一个实施例中，所述分光成像组件包括：分光装置和设置于所述分光装置两侧的远心准直透镜组合和远心汇聚透镜组合，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后到达所述分光装置，所述分光装置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。

在本发明的一个实施例中，所述分光装置为棱镜或光栅；所述小孔掩膜阵列板上的小孔的形状包括：圆形、三角形和平行四边形。