[发明专利]一种用于三维面型测量的线形光谱共焦系统

权利要求书

1.一种用于三维面型测量的线形光谱共焦的测量装置，其特征在于，包括：

宽光谱光源，用于提供有一定波长范围的光辐射；

透射光栅，用于调整所述光辐射，以将所述光辐射分成分离的波长，

柱面镜组，用于调整经过所述透射光栅后的光辐射，使所述分离波长的光辐射从不同的方向上引导至所测量的物体表面，从而使不同波长的光辐射聚焦在被测物体表面法向上的不同高度处；并且在垂直于子午面方向上，不改变辐射光的传播方向；

所述柱面镜组被设置为使从透射光栅出射的不同波长的一级衍射光全部进入柱面镜组，聚焦在被测物体表面法向的不同高度上，并且在垂直于子午面方向上不改变光线的传播方向，且其他衍射级次均不能进入柱面镜组；

光辐射处理单元，在镜面反射方向上接收从所测量的物体表面反射的光辐射，且仅有聚焦在被测物体表面测量点的光辐射才能够与聚焦前的光路对称地进入所述光辐射处理单元；光辐射处理单元并将接收的光辐射引导至探测器，

探测器，用于接收从所测量的物体反射的辐射。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述宽光谱光源被设置为可提供均匀照度的平行光辐射。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述透射光栅线对数为n/毫米，一定波长范围的平行光辐射以一定入射角进入透射光栅，一级衍射光全部进入柱面镜组，且其他衍射级次均不能进入柱面镜组；所述透射光栅光轴与被测面法向呈非90°夹角，使一级衍射光沿非法线方向引导至被测面。

4.如权利要求1所述的测量装置，所述的柱面镜组包括第一柱面镜、第二柱面镜和第三柱面镜，柱面镜组被设置为柱面镜组光轴与透射光栅光轴成一定角度，减小由透射光栅出射的光辐射进入柱面镜组的入射角。

5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光辐射处理单元，包含一组柱面镜组，所述的柱面镜组被设置为将聚焦在被测物体表面测量点的光辐射以与聚焦前的光路对称地形式引导至探测器。

6.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于所述的光辐射处理单元包括沿光路依次排列的第四柱面镜、第五柱面镜、第六柱面镜和第七柱面镜，其中所述第四柱面镜、第五柱面镜、第六柱面镜与所述柱面镜组关于被测物体表面法向对称；所述第七柱面镜为平凸柱面镜，可将第六柱面镜出射的平行光聚焦在第七柱面镜的焦平面上。

7.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述探测器为面探测器，被设置在光辐射处理单元中第七柱面镜的焦平面上，通过探测器提供的信号确定聚焦在被测物体表面的辐射波长，并根据该辐射波长来确定表面的位置。

8.一种如权利要求1所述装置的三维面型测量方法；其特征在于包括如下步骤：

1）宽光谱光源提供有一定波长范围的光辐射；

2）透射光栅调整所述光辐射，以将所述光辐射分成分离的波长，

3）柱面镜组调整经过所述透射光栅后的光辐射，使所述分离波长的光辐射从不同的方向上引导至所测量的物体表面，从而使不同波长的光辐射聚焦在被测物体表面法向上的不同高度处；并且在垂直于子午面方向上，不改变辐射光的传播方向，即一次测量时可同时测量垂直子午面方向的一条线形的测量点，在得到被测物体表面的三维面型时，只需进行一个维度的扫描；

4）光辐射处理单元，将完美聚焦在被测物体表面测量点的光辐射在镜面反射方向上引导至所述探测器，使该波长的光辐射在镜面反射后的光路与镜面反射前光路对称，而未能完美聚焦在被测物体表面测量点的光辐射则不被引导至所述探测器；

5）探测器，接收从所测量的物体反射的光辐射对应的波长，根据波长信息得到被测物体表面的面型信息。