[发明专利]利用LCD的三维形貌测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用LCD的三维形貌测量装置，更具体地涉及一种在测量物上形成正弦波图案，借此用由摄像机及上述正弦波图案获得测量物的影像信息，分析影像信息来测得测量物形貌的利用LCD的三维形貌测量装置。

背景技术

所谓利用穆尔干涉条纹的三维形貌测量装置一般是指如下装置：将在要检测的测量物的表面照射具有一定形态的光而出现的网格图案和作为基准的网格图案重迭来形成穆尔干涉条纹，并测量及解析该干涉条纹而得到物体的表面高度的信息。这种测量方法可以简单且快速地得到测量物的三维形貌，所以被广泛应用在医学、工业领域。

这种利用穆尔干涉条纹的测量三维形貌的方式大致可分为投影式和影子式。影子式是不使用透镜而利用由出现在测量物表面的网格图案的影子生成的穆尔条纹来检测测量物的表面形貌的方式。投影式是利用由通过透镜投影到测量物的网格的图像生成的穆尔条纹来测量测量物的表面形貌的方式。

图1为传统的影子式测量装置的示意图。参照图1，在影子式测量装置中，从光源100出射的光通过网格103在测量物P的表面形成网格形态的影子，或者由于塔尔博特(Talbot)效应形成网格形态的图像。这里使用的网格103具有改变所透射光的强度的功能。上述网格103的影子图像和网格103本身的图案合成而形成穆尔条纹，将这样形成的穆尔条纹称为影子式穆尔。利用二维影像传感元件排列来检测所述穆尔条纹，此时为了计算穆尔条纹的相位，需要相位偏移的多个穆尔条纹。

为得到相位偏移的穆尔条纹，通过驱动单元D向接近测量物P或远离测量物P的方向移动上述网格103。此时由于干涉条纹的相位随着上述网格103的移动而变化，可以得到至少偏移3个相位的穆尔条纹。如此移动上述网格103而生成的相位偏移的穆尔条纹通过聚焦透镜109而成像到影像传感元件110上。通过上述影像传感元件110依次重复进行相位偏移的穆尔条纹的图像检测及上述网格103的移动。利用在此得到的多个相位偏移的穆尔条纹，可以通过公知的解析方法得到物体的三维形貌信息。

这种影子式测量装置具有设备简单的优点，但是需要利用网格影子，因此，具有仅能够在可以使网格图案和测量物充分接近的情况下应用的缺点。为了解决上述影子式测量装置的缺点，投影式测量装置得到人们的青睐。

图2为传统的投影式测量装置的示意图。参照图2，投影式穆尔测量装置通过第一聚焦透镜113将从光源111照射的光通过第一网格112形成的图像成像在测量物P上，并通过第二聚焦透镜114，将该测量物P的图像成像在第二网格115上。通过第三聚焦透镜116，将成像在第二网格115上的图像和第二网格115本身的图案成像在影像传感元件117上而得到穆尔条纹。

在这种投影式穆尔测量装置中，通过驱动单元D上下移动第一网格112及第二网格115来得到相位偏移的穆尔条纹。将在此得到的相位偏移的信号通过公知的方法解析，从而可以得到测量物的三维形貌信息。然而在投影式穆尔测量装置下，为了把成像在测量物P上的网格图案成像在第二网格115上生成穆尔条纹，并将该穆尔条纹成像在影像传感元件上117，需要高价的精密光学系统。因此，亟待提出一种不需要第二聚焦透镜114和第二网格115的简化的系统。

为此，提出了一种将结构化形态的图案投影到测量物来测量形貌的结构化的图案投影方式的装置，以便进一步简化投影式测量装置。

图3为传统的应用结构化的图案投影方式的投影式测量装置示意图。如图3所示，将从光源120照射的光通过网格121而形成的图像，通过第一聚焦透镜122成像在测量物P上，将测量物P的图像通过第二聚焦透镜124成像在影像传感元件127上，从而得到网格121投影其上的测量物P的影像。这里，为了提取三维形貌，可通过水平移动网格121或移动第一聚焦透镜122或第二聚焦透镜124来获得各种相位的投影网格影像。并且，网格121可替代为具有其它周期的网格。

在这种测量装置中，用第一聚焦透镜122将网格121的图案成像在测量物P上后，用影像传感元件127测量成像在测量物P上的影像，然后由该影像和在计算器中生成的基准网格生成穆尔条纹后检测测量物P的三维形貌。

但是，由于网格121的水平移动网格121，为了在网格121移动之后通过第一聚焦透镜122在测量物P上形成网格121的图像，需要与网格121的移动对应地移动第一聚焦透镜122。