[发明专利]基于光谱色散的三维测量设备与方法

说明书

本发明公开了一种基于光谱色散的三维测量设备，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，使不同波长的光线分别聚焦在被测物的对应测量点上，并接收测量点反射的不同波长的出射光线；滤波组件，包括：在光路上处于等距的共轭位置的第一小孔阵列和第二小孔阵列，分别设置的第一小孔与第二小孔相对交错排列，不同波长集合的光线分别穿过对应的第一小孔和第二小孔；分光成像组件，用于接收穿过小孔的出射光线，并分别聚焦在成像面上与小孔和测量点对应的像面坐标。其可以解决现有三维测量设备需要采用排孔阵列滤除杂光，由于受到排孔周期的限制导致横向分辨率较低的问题。

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光谱色散的三维测量设备与一种基于光谱色散的三维测量方法。

背景技术

目前，用于测量三维(3D)宏观结构的成像技术日益成熟，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。

一般基于光谱共聚焦原理，利用白光光源经过色散元件分光后产生宽谱段色散光，色散光再通过镜头聚焦于被测工件表面，在被测表面附近形成具有特殊空间分布的色散的彩红带。不同光谱的光在不同高度范围内聚焦，当样品存在一定的3D形貌时，不同高度上聚焦的是不同颜色的光，则反射回光路后的是不同波长的光，再经过色散及光谱探测组件测量反射光的波长，则可以知晓其反射的光成分。由于不同高度对应着不同颜色的反射光，所有通过反射光谱，可以探测在一个维度上3D样品的高度和形貌。通过扫描的装置，可以实现样品整面的3D测量。

然而，在现有的色散光谱测量的3D设备中，为了避免杂散光的影响，一般采取了阵列排孔的方式实现滤除背景光和周围干扰光的影响，但是这种方式由于受到各排孔之间间距(排孔周期)的限制，测量设备最高的横向分辨率即为排孔的周期，导致横向分辨率较低，难以满足较高图像分辨率的检测场景。

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光谱色散的三维测量设备与一种基于光谱色散的三维测量方法，其可以解决现有三维测量设备需要采用排孔阵列滤除杂光，由于受到排孔周期的限制导致横向分辨率较低的问题。

具体的，本发明提供一种基于光谱色散的三维测量设备，包括：线光源组件、色散物镜组件、滤波组件和分光成像组件；所述线光源组件用于输出一线入射光线；所述色散物镜组件用于将所述线入射光线在轴向上色散展开，使不同波长的光线分别聚焦在被测物不同高度的对应测量点上，并接收由所述测量点反射的不同波长的出射光线；所述滤波组件包括：第一小孔阵列，设置有若干个间隔设置的第一小孔，分别与被测物在线光源方向上不同位置的若干个第一测量点一一对应，使聚焦于所述第一测量点后反射的出射光线分别聚焦并穿过对应的所述第一小孔；第二小孔阵列，设置有若干个间隔设置的第二小孔，分别与被测物在线光源方向上不同位置的若干个第二测量点一一对应、且与所述第一小孔相对交错排列，使聚焦于所述第二测量点后反射的出射光线分别聚焦并穿过对应的所述第二小孔；所述分光成像组件用于接收穿过所述小孔的所述不同波长出射光线，并将所述出射光线聚焦到传感器，得到对应的光谱图像。

在本发明的一个实施例中，所述滤波组件还包括：第一半透半反镜，沿光路设置于所述线光源组件和所述色散物镜组件之间，透射所述入射光线并反射所述出射光线；第二半透半反镜，沿光路设置于所述第一半透半反镜和所述第一小孔阵列之间，将所述第一半透半反镜反射的所述出射光线部分透射至所述第一小孔阵列，以及部分反射至所述第二小孔阵列。

在本发明的一个实施例中，所述分光成像组件包括：第一分光成像组件和第二分光成像组件；所述第一分光成像组件至少包括第一聚焦组件和第一传感器，用于接收穿过所述第一小孔阵列的光，并将所述穿过所述第一小孔阵列的光聚焦到第一传感器上；所述第一分光成像组件至少包括第二聚焦组件和第二传感器，用于接收穿过所述第二小孔阵列的光，并将所述穿过所述第二小孔阵列的光聚焦到第二传感器上。