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专利名称：基于数字微镜光源的并行共焦测量系统及测量方法
技术领域：
本发明涉及应用于三维形貌检测的测量系统，更具体地说是一种并行共焦测量 系统。
背景技术：
传统的并行共焦显微镜通常采用Nipkow转盘、微针孔阵列、微光学器件(如 微透镜阵列等)实现对光束的分割，从而由单点测量变成多点同时测量，但是这些光学 器件一旦制成，光源的参数就固定了，若要改变光源点的分布及尺寸就必须更换光学器 件，这不仅提高了成本，还限制了并行共焦系统的部分应用。

发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可以任意改变光源 的形状、大小，改变光源阵列疏密等参数，以增强并行共焦测量系统获取表面信息的能 力的基于数字微镜光源的并行共焦测量系统。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明基于数字微镜光源的并行共焦测量系统的特点是设置以DMD微镜控制 系统和DMD芯片构成的、可以控制DMD芯片中任一微镜的偏转的DMD系统；准直光 源发出的光束在所述DMD系统中形成反射，由所述DMD系统形成的反射光经过成像透 镜形成测量所需的光源，所述测量所需的光源依次经过分光镜和望远镜系统投照在工作 台上的被测物表面，由所述被测物将投照在其表面的光束反射至面阵CCD，构成并行共 焦测量系统。与已有技术相比，本发明有益效果体现在本发明利用DMD构建了一种柔性的数字微镜光源，并将其应用于并行共焦测量 系统，可以按照需要，方便、快捷地控制微镜阵列中每个微镜的偏转状态，从而构建出 不同形状、任意大小的柔性光源。


图1为本发明中用于消除泰伯效应对并行共焦测量影响的DMD控制流程图。图2测量表面有细槽的被测物的DMD控制流程图。图3为本发明原理图。图中标号1准直光源、2为DMD系统、3成像透镜、4分光镜、5望远镜系 统、6工作台、7面阵CCD7。
具体实施例方式参见图3，本实施例设置以DMD微镜控制系统和DMD芯片构成的DMD系统 2，并行共焦测量系统中的DMD进行工作时，可以将每个微镜以纵横坐标的形式加以区分，再通过DMD微镜控制系统对每个坐标点上的微镜进行编程，分别控制它们的偏转情 况。如图3所示，准直光源1发出的光束在DMD系统2中形成反射，由DMD系统 2形成的反射光经过成像透镜3形成测量所需的光源，测量所需的光源依次经过分光镜4 和望远镜系统5投照在工作台6上的被测物表面，由被测物将投照在其表面的光束反射至 面阵CCD7，构成并行共焦测量系统。DMD芯片是由800' 600的微镜阵列构成的光学器件，其中每个微镜都有0°、 +12°和-12°三种状态，0°时微镜处于“非工作”状态；工作状态下，+12°时微镜将 照射而来的光线反射后形成光源点，-12°时经微镜反射后的光线则被吸收屏吸收，不参 与构建光源。本发明所涉及的DMD微镜控制系统可以对微镜阵列中每个坐标点上的微 镜进行编程，分别控制它们的偏转情况，这样就可以控制+12°偏转的微镜在微镜阵列中 的位置任意分布，从而形成所需的光源。设系统中准直光源的波长为λ，测量量程为L，系统要求的横向分辨率为δ， 系统的放大率为M，DMD芯片是由m' η个微镜构成的微镜阵列，每个正方形微镜的边 长为Citl，每个微镜在阵列中的位置用φ」表示，其中i和j分别表示该微镜的横坐标和纵 坐标，i=l，2，…，m ； j = 1, 2，…，η;那么k' k个微镜构成的点光源大小为 kd。，kd。；本实施例中的测量方法按如下步骤进行a、由泰伯间距的公式z = 2d/l，为使系统量程达到L，则所构建的光源周期d = Ci1,此时点光源间距N1 = Vd0 ；
/= 1+ CiNl,2+ aNu—,k+ αΝλ j= 1+ bK,2+ bK,-,k+ bK _8] ^控制^偏转+⑵，其中^，仏如肅刚
b= 0,l,2,-Xn/ {k+ N1)]其余微镜偏转-12°，构建出预览光源；由所述预览光源确定点光源对应区域 的正焦面位置；C、由d2 = d/M确定光源周期光源点间距N2 = d2/d0 ；
/'= 1+ aN2,2 + aN2,---,k+ CtN2
/■= 1+ bN7,2+ bN7,-,k+ bN7 [_] d、控制(偏转+『，其中β= ^2Iwa2+卸]
b= 0,1,2,…,[ /(众+TV2)]其余微镜偏转-12°，构建出测量光源；在已探知正焦面位置的情况下，用测 量光源进行并行共焦测量，得到各采样点的坐标值。上述测量方法的控制流程如图1所示，这一测量方法可以消除泰伯效应对并行 共焦测量的影响。如果被测物表面有细槽时，亦可通过该方法测量槽宽 及表面其余位置的表面形 貌，测量方法为1、控制 φ, j 偏转+12°i = l+aN2, 2+aN2,…，N^aN2
j = 1，2，…，ηa = 0, 1，2，…，[m/(N^N2)]其余微镜偏转-12°，构建粗细为Ci1,间距为d2的纵向条纹光源；2、条纹光源照射在细槽上时，会在槽的边缘出现两个折点，计算纵向条纹下的 折点宽度Y1 ；
i = l，2，-"，m3、控制 φ, j 偏转 +12° J= 1+ bNA,2+ bN4,-,N3+bN4
b= 0,1,2, ···,[ /OV3+ TV4)]其余微镜偏转-12°，构建粗细为d3，间距为d4的横向条纹光源；4、计算横向条纹下的折点宽度y2 ；5、当y1; Y21O时，由^y=Ay2 ii计算细槽的真实宽度；
V y\ y^而当yi = 0 时，y = y2 ；反之，y = Y1 ；6、由d = d/M确定光源周期光源点间距N = d/d0 ；
/'= 1+ CiN,2+ aN,".,k+ aN
^ /= 1+ bN,2+ bN,-,k+ bN了、控制偏转+『，其中β=0Λ2,..如/W州
b= 0,1,2,…,[ /(众+TV)]其余微镜偏转-12°，构建了测量光源；8、用测量光源对 表面其余位置进行并行共焦测量，得到各采样点的坐标值。其 控制流程如图2所示。
权利要求
1.基于数字微镜光源的并行共焦测量系统，其特征是设置以DMD微镜控制系统和 DMD芯片构成的、可以控制DMD芯片中任一微镜的偏转的DMD系统(2)；准直光源 (1)发出的光束在所述DMD系统(2)中形成反射，由所述DMD系统(2)形成的反射光 经过成像透镜(3)形成测量所需的光源，所述测量所需的光源依次经过分光镜(4)和望远 镜系统(5)投照在工作台(6)上的被测物表面，由所述被测物将投照在其表面的光束反射 至面阵CCD(7)，构成并行共焦测量系统。
2.—种权利要求1所述基于数字微镜光源的并行共焦测量系统的测量方法，设系统中准直光源的波长为λ，测量量程为L，系统要求的横向分辨率为δ，系统 的放大率为M，DMD芯片是由m' η个微镜构成的微镜阵列，每个正方形微镜的边长为 d0,每个微镜在阵列中的位置用(Ι”表示，其中i和i分别表示该微镜的横坐标和纵坐标， i = 1, 2，…，m ； j = 1, 2，…，η；那么k' k个微镜构成的点光源大小为kdQ' kd0 ； 其特征是所述测量方法按如下步骤进行a、由泰伯间距的公式z= 2d/l，为使系统量程达到L，则所构建的光源周期d = d1， 此时点光源间距N1 =d1/d。；b、控制di,j偏转+12°，其中
全文摘要
本发明基于数字微镜光源的并行共焦测量系统及测量方法，其特征是设置以DMD微镜控制系统和DMD芯片构成的、可以控制DMD芯片中任一微镜的偏转的DMD系统；准直光源发出的光束在所述DMD系统中形成反射，由DMD系统形成的反射光经过成像透镜形成测量所需的光源，测量所需的光源依次经过分光镜和望远镜系统投照在工作台上的被测物表面，由被测物将投照在其表面的光束反射至面阵CCD，构成并行共焦测量系统。本发明利用DMD构建了一种柔性的数字微镜光源，并将其应用于并行共焦测量系统，可以按照需要，方便、快捷地控制微镜阵列中每个微镜的偏转状态，从而构建出不同形状、任意大小的柔性光源。
文档编号G01B11/24GK102012218SQ20101054703
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者余卿, 余晓芬 申请人:合肥工业大学