[发明专利]基于虚拟光学层析技术高速解析物体表面形貌的系统

说明书

基于虚拟光学层析技术高速解析物体表面形貌的系统，包括若干根光纤，光纤均连接有光纤开关，光纤开关控制每根光纤的数据传输通道的关断，光纤开关连接有准直仪，通过准直仪的光信号射到分束器中，分束器的下表面依次设置有参考表面和物体表面，参考表面上设有机械振荡器件，由机械振荡器件带动参考表面移动，通过分束器的光信号依次射到参考表面和物体表面上，再由参考表面和物体表面反射到物镜中，经过物镜的光信号传输至图像捕捉器件中，由图像捕捉器件获取物体表面的参数。本发明通过机械振荡器件求解单波长相位，采取虚拟光学层析技术来对物体表面的形貌进行高速解析，推导出物体的表面形貌，解决多值性的问题。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其是基于虚拟光学层析技术高速解析物体表面形貌的系统。

背景技术

不同类型的物体上的这样的抛光表面可以是几个平方米大小，并且要求1微米或更小的表面精度，另外，包括抛光表面的物体的本身的重量也是很大的，例如，汽车的器件的模具的抛光、发动机零件、医学植入物(人造髋关节)、光学器件等等，其物体表面抛光精度要求很小。如今，具有抛光表面的物体的抛光过程都是在实验室进行的，在实验室中，需要一次性在小的区域处对物体表面进行测量，对物体表面进行抛光的目的是要创建由预定义表面参数(例如，平滑度、表面形貌的均方根、预定义深度处的沟和线的清晰度、锐度和指定高度处的峰、结构的方向等)限定的预定义结构，这样的参数必须通过工业手段达到，并且通常一起被定义为物体表面的“质量”，现有的物体表面测量手段大多是手动进行的，通过手动抛光查看物体来建立质量，而即使小部分使用机器人等自动化设备的测量手段也必须是通过将物体从处理室中取出再进行手动检查，自动化程度低，且不能满足现在日益增长的精度的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过采取虚拟光学层析技术来高速解析物体表面形貌的系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

基于虚拟光学层析技术高速解析物体表面形貌的系统，包括若干根光纤，每根光纤中的光信号都为分离出的单色光源，所述光纤均连接有光纤开关，所述光纤开关控制每根光纤的数据传输通道的关断，所述光纤开关连接有准直仪，通过所述准直仪的光信号射到分束器中，所述分束器是适用于将照射光波朝向参考表面和物体表面引导的器件，准直仪适用于生成平坦的波前，即在平坦表面上具有相同相位的波前；

所述分束器的下表面依次设置有参考表面和物体表面，所述物体表面的形貌是指表面的物理几何三维属性的三维布置，如形状、高度、深度，即，包括其凸出特征及其特征的位置的表面的配置，所述参考表面是表面反射光波行进的路径距离的参考，该路径距离也可被称为延迟，所述参考表面上设有机械振荡器件，由所述机械振荡器件带动参考表面移动，通过所述分束器的光信号依次射到所述参考表面和物体表面上，再由所述参考表面和物体表面反射到物镜中，经过物镜的光信号传输至图像捕捉器件中，由图像捕捉器件获取物体表面的参数，图像捕捉器件可以是照相机，例如电荷耦合器件照相机、互补金属氧化物半导体照相机或其他适用于捕捉图像的任何类型的图像捕捉机构；

所述准直仪发出的照射光波在坐标系X轴和Y轴上的波分量为E_X和E_Y，E_X和E_Y之间的相位差为δ，基于相位差δ获取参考表面和物体表面之间的距离，相位差δ通过四帧重叠策略得出，所述四帧重叠策略为：

式中，a为背景强度，b为正弦条纹的调制值，为要测量的相位值，可为任意的参考相位值，为照射光波的坐标，为检测条纹的图案。

优选的，所述四帧重叠策略中的计算公式为：

i＝1、2……N。