本發(fā)明涉及光譜測(cè)量，具體涉及一種靜態(tài)表面輪廓的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光譜共焦測(cè)量技術(shù)是一種高精度的非接觸式測(cè)量方法，其利用光學(xué)原理來(lái)測(cè)量物體表面的高度或輪廓。

2、傳統(tǒng)的基于光譜共焦的測(cè)量方式為單點(diǎn)測(cè)量，在每一次測(cè)量過(guò)程中，只能獲取樣品表面上一個(gè)特定點(diǎn)的高度信息。為了構(gòu)建整個(gè)樣品表面的形貌圖，需要依賴外部的機(jī)械裝置，如長(zhǎng)行程二維位移臺(tái)，來(lái)逐步移動(dòng)被測(cè)物體，使得光譜共焦傳感器能夠逐一測(cè)量樣品表面的不同點(diǎn)。但這種方式不僅測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，且大范圍的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可能引入較大的誤差，進(jìn)而降低測(cè)量精度。因此，快照式光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生?？煺帐焦庾V共焦測(cè)量系統(tǒng)能夠同時(shí)獲取被測(cè)物體上多個(gè)點(diǎn)的高度信息，該系統(tǒng)可以同時(shí)捕捉并解析來(lái)自樣品表面不同區(qū)域的光信號(hào)。因此，快照式系統(tǒng)不再需要長(zhǎng)行程的二維位移臺(tái)來(lái)逐一測(cè)量每個(gè)點(diǎn)，而是只需要短行程的位移臺(tái)進(jìn)行小范圍的微調(diào)，即可完成對(duì)整個(gè)樣品表面的測(cè)量。

3、盡管快照式光譜共焦系統(tǒng)提高了測(cè)量效率和精度，但其依然依賴機(jī)械裝置在二維平面內(nèi)移動(dòng)物體，在一定程度上限制了其檢測(cè)速度，同時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)易受磨損，需定期維護(hù)，且精度隨時(shí)間下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種靜態(tài)表面輪廓的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的光譜共焦測(cè)量方式依賴機(jī)械裝置在二維平面內(nèi)移動(dòng)物體，限制了檢測(cè)速度與檢測(cè)精度的問(wèn)題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種靜態(tài)表面輪廓的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：勻場(chǎng)復(fù)色光面光源、面視場(chǎng)色差物鏡、數(shù)字微鏡器件以及面視場(chǎng)高光譜成像儀；

3、所述勻場(chǎng)復(fù)色光面光源，用于發(fā)出光源光束；

4、所述面視場(chǎng)色差物鏡，位于所述勻場(chǎng)復(fù)色光面光源與被測(cè)物體之間，所述面視場(chǎng)色差物鏡用于接收所述勻場(chǎng)復(fù)色光面光源發(fā)出的所述光源光束，并將不同波長(zhǎng)的光線照射到所述被測(cè)物體的不同深度上，再將所述被測(cè)物體返回的光線投射至所述數(shù)字微鏡器件；

5、所述數(shù)字微鏡器件，位于所述面視場(chǎng)色差物鏡與所述面視場(chǎng)高光譜成像儀之間，所述數(shù)字微鏡器件用于控制微鏡陣列的傾角變化，并模擬出小孔陣列結(jié)構(gòu)，以調(diào)控所述面視場(chǎng)色差物鏡投射的光線的反射方向；

6、所述面視場(chǎng)高光譜成像儀，用于接收所述數(shù)字微鏡器件調(diào)控后的反射光束，并對(duì)所述數(shù)字微鏡器件調(diào)控后的反射光束進(jìn)行光譜分析和成像處理。

7、在一種可選的實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還包括：半反半透鏡；

8、所述半反半透鏡，位于所述勻場(chǎng)復(fù)色光面光源與所述面視場(chǎng)色差物鏡之間，以及所述面視場(chǎng)色差物鏡與所述數(shù)字微鏡器件之間；

9、所述半反半透鏡，用于接收所述半反半透鏡發(fā)出的所述光源光束，并對(duì)所述半反半透鏡發(fā)出的所述光源光束進(jìn)行反射和透射，使從所述勻場(chǎng)復(fù)色光面光源發(fā)出的所述光源光束反射至所述面視場(chǎng)色差物鏡，同時(shí)使從所述面視場(chǎng)色差物鏡返回的光線透射至所述數(shù)字微鏡器件。

10、在一種可選的實(shí)施方式中，所述面視場(chǎng)色差物鏡，位于所述半反半透鏡與所述被測(cè)物體之間，還用于接收由所述半反半透鏡透射的所述光源光束，將不同波長(zhǎng)的光線照射到所述被測(cè)物體的不同深度上，再將所述被測(cè)物體返回的光線通過(guò)所述半反半透鏡反射至所述數(shù)字微鏡器件。

11、在一種可選的實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還包括成像中繼鏡頭；

12、所述成像中繼鏡頭，位于所述數(shù)字微鏡器件與所述面視場(chǎng)高光譜成像儀之間；

13、所述成像中繼鏡頭，用于接收所述數(shù)字微鏡器件調(diào)控后的反射光束，進(jìn)行中繼成像，并傳輸給所述面視場(chǎng)高光譜成像儀。

14、在一種可選的實(shí)施方式中，所述面視場(chǎng)高光譜成像儀，還用于接收所述成像中繼鏡頭中繼成像后的光束，并對(duì)所述成像中繼鏡頭中繼成像后的光束進(jìn)行光譜分析和成像處理，得到所述被測(cè)物體的表面深度信息。

15、在一種可選的實(shí)施方式中，所述中繼鏡頭的成像比例為1:1。

16、在一種可選的實(shí)施方式中，所述光源光束為均勻且連續(xù)的復(fù)色光束。

17、在一種可選的實(shí)施方式中，所述數(shù)字微鏡器件中包括有所述微鏡陣列；

18、所述微鏡陣列中的每個(gè)微鏡的切換狀態(tài)均包括開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)，當(dāng)所述微鏡陣列中的第一微鏡處于開狀態(tài)時(shí)，則所述第一微鏡將投射到所述第一微鏡上的光線按照第一反射方向反射至所述面視場(chǎng)高光譜成像儀的接收區(qū)域內(nèi)；當(dāng)所述微鏡陣列中的第二微鏡處于關(guān)狀態(tài)時(shí)，所述第二微鏡將投射到所述第二微鏡上的光線按照第二反射方向反射至所述面視場(chǎng)高光譜成像儀的接收區(qū)域外的位置。

19、本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

20、在本發(fā)明的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)中，利用數(shù)字微鏡器件(dmd)的這一特性，通過(guò)編程的方式逐步控制微鏡陣列中每個(gè)微鏡的傾角變化。當(dāng)微鏡的傾角發(fā)生改變時(shí)，入射到微鏡上的光線的反射方向也會(huì)相應(yīng)地改變。本發(fā)明利用數(shù)字微鏡器件(dmd)模擬小孔陣列掃描，無(wú)需被測(cè)物體進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，可以直接通過(guò)控制數(shù)字微鏡器件(dmd)的狀態(tài)，快速地獲取被測(cè)物體表面不同位置的信息，從而能夠快速完成被測(cè)物體表面輪廓的測(cè)量。本發(fā)明由于不需要被測(cè)物體移動(dòng)，避免了機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用，不存在機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損的問(wèn)題，從而可以保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行，使得系統(tǒng)的測(cè)量精度能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.一種靜態(tài)表面輪廓的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：勻場(chǎng)復(fù)色光面光源、面視場(chǎng)色差物鏡、數(shù)字微鏡器件以及面視場(chǎng)高光譜成像儀；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括：半反半透鏡；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述面視場(chǎng)色差物鏡，位于所述半反半透鏡與所述被測(cè)物體之間，還用于接收由所述半反半透鏡透射的所述光源光束，將不同波長(zhǎng)的光線照射到所述被測(cè)物體的不同深度上，再將所述被測(cè)物體返回的光線通過(guò)所述半反半透鏡反射至所述數(shù)字微鏡器件。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括成像中繼鏡頭；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述面視場(chǎng)高光譜成像儀，還用于接收所述成像中繼鏡頭中繼成像后的光束，并對(duì)所述成像中繼鏡頭中繼成像后的光束進(jìn)行光譜分析和成像處理，得到所述被測(cè)物體的表面深度信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼鏡頭的成像比例為1:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源光束為均勻且連續(xù)的復(fù)色光束。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字微鏡器件中包括有所述微鏡陣列；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光譜測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靜態(tài)表面輪廓的光譜共焦測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：勻場(chǎng)復(fù)色光面光源發(fā)出光源光束，面視場(chǎng)色差物鏡接收光源光束，并將不同波長(zhǎng)的光線照射到被測(cè)物體的不同深度上，再將被測(cè)物體返回的光線投射至數(shù)字微鏡器件，該數(shù)字微鏡器件控制微鏡陣列的傾角變化，并模擬出小孔陣列結(jié)構(gòu)，以調(diào)控面視場(chǎng)色差物鏡投射的光線的反射方向，面視場(chǎng)高光譜成像儀接收數(shù)字微鏡器件調(diào)控后的反射光束，并對(duì)反射光束進(jìn)行光譜分析和成像處理。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無(wú)需物理移動(dòng)被測(cè)物體的快速、高精度測(cè)量方法，不僅提高了測(cè)量速度和精度，還減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)需求。

技術(shù)研發(fā)人員：楊晉,潘明忠,王金雨,謝璐璠,曹義朋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)科大杭州高等研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19