基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，激光光源發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后，以大于0°且小于90°的入射角照射在DMD表面，利用DMD的控制系統(tǒng)將此光束調(diào)制成所需參數(shù)特征的結(jié)構(gòu)光，此結(jié)構(gòu)光由DMD的出射方向射出，先經(jīng)過第一凸透鏡進(jìn)行聚光，再由分光鏡轉(zhuǎn)向90°至第二凸透鏡進(jìn)行聚光，照射在被測(cè)物表面，經(jīng)被測(cè)物表面反射后，再依次通過第二凸透鏡、分光鏡和第三凸透鏡，最后被CCD相機(jī)接收，通過CCD相機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，完成對(duì)被測(cè)物表面的測(cè)量。本發(fā)明利用DMD構(gòu)建不同參數(shù)特征的結(jié)構(gòu)光，并將其應(yīng)用于材料表面形貌測(cè)量，可根據(jù)測(cè)量需要，方便、快捷、準(zhǔn)確地控制由DMD反射后的光源的參數(shù)及其掃描方式，從而完成不同尺度的表面形貌測(cè)量要求。
【專利說明】基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用于三維形貌檢測(cè)的測(cè)量方法，具體涉及一種基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前材料表面跨尺度測(cè)量方法主要有:多種傳感測(cè)頭融合的綜合測(cè)量平臺(tái)，圖像處理方法以及數(shù)學(xué)建模共同實(shí)現(xiàn)的軟件跨尺度測(cè)量等。前者在測(cè)頭裝配和拆卸、不同分辨率測(cè)量傳感器之間的銜接與過渡等方面存在著不足，后者通常建模較復(fù)雜，對(duì)于不同材料或不同加工方式得到的表面形貌，往往需要重新建模，增加了形貌表征的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)方法所存在的不足之處，提供一種基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，其無需對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的硬件參數(shù)做任何改變，只通過軟件編程便可實(shí)現(xiàn)對(duì)光探針、光探針陣列或其他結(jié)構(gòu)光的特征參數(shù)的控制，以滿足不同尺度下的測(cè)
量需求。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，激光光源發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后，以大于0°且小于90°的入射角照射在DMD表面，利用DMD的控制系統(tǒng)將此光束調(diào)制成所需參數(shù)特征的第一結(jié)構(gòu)光，此第一結(jié)構(gòu)光由DMD的第一出射方向射出，先經(jīng)過第一凸透鏡進(jìn)行聚光，再由分光鏡反射轉(zhuǎn)向90°至第二凸透鏡進(jìn)行聚光，再照射在被測(cè)物表面，經(jīng)被測(cè)物表面反射后，再依次通過第二凸透鏡、分光鏡和第三凸透鏡，最后被CCD相機(jī)接收，通過CCD相機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，完成對(duì)被測(cè)物表面的測(cè)量；其中，第一凸透鏡、第二凸透鏡和第三凸透鏡相應(yīng)側(cè)的焦點(diǎn)均落于分光鏡上，被測(cè)物放置于第二凸透鏡的另一側(cè)焦點(diǎn)附近，CCD相機(jī)放置于第三凸透鏡的另一側(cè)焦點(diǎn)附近。
[0006]上述入射角為66°。
[0007]上述DMD的控制系統(tǒng)將光束調(diào)制成不同參數(shù)特征的兩束結(jié)構(gòu)光，一束為上述第一結(jié)構(gòu)光，另一束為第二結(jié)構(gòu)光，此兩束結(jié)構(gòu)光在空間中形成互補(bǔ)；第二結(jié)構(gòu)光由另一臺(tái)CCD相機(jī)接收，兩臺(tái)CCD相機(jī)的電信號(hào)做疊加，以消除背景噪聲。
[0008]上述兩束結(jié)構(gòu)光均為光探針或光探針陣列。
[0009]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0010]本發(fā)明利用DMD (數(shù)字微鏡器件)及其控制系統(tǒng)構(gòu)建所需參數(shù)特征的結(jié)構(gòu)光，并將其應(yīng)用于材料表面形貌測(cè)量，DMD可以通過其控制系統(tǒng)的軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)光線分束后點(diǎn)光源陣列的各個(gè)參數(shù)的控制，包括點(diǎn)大小、點(diǎn)間距等，無需對(duì)測(cè)量系統(tǒng)硬件做任何變動(dòng)，僅通過DMD的控制系統(tǒng)的軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的控制，可根據(jù)測(cè)量需要，方便、快捷、準(zhǔn)確地控制光源的參數(shù)及掃描方式，從而完成不同尺度的表面形貌測(cè)量要求。【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖中標(biāo)號(hào):
[0013]1-激光光源；2_準(zhǔn)直鏡；3_數(shù)字微鏡器件(DMD) ；31-DMD的控制系統(tǒng)；5_結(jié)構(gòu)光；6-結(jié)構(gòu)光；7-CCD相機(jī)；8_第一凸透鏡；9_分光鏡；10_第二凸透鏡；11_工作臺(tái)；12_被測(cè)物；13_第三凸透鏡；14-(XD相機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，激光光源發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后，以大于0°且小于90°的入射角(即，光束與不通電時(shí)的DMD表面的夾角大于0°且小于90° )照射在DMD (數(shù)字微鏡器件)表面，利用DMD的控制系統(tǒng)將此光束調(diào)制成所需參數(shù)特征的第一結(jié)構(gòu)光，此第一結(jié)構(gòu)光由DMD的第一出射方向射出，先經(jīng)過第一凸透鏡進(jìn)行聚光，再由分光鏡反射轉(zhuǎn)向90°至第二凸透鏡進(jìn)行聚光，再照射在被測(cè)物表面，經(jīng)被測(cè)物表面反射后，再依次通過第二凸透鏡、分光鏡和第三凸透鏡，最后被CCD相機(jī)接收，通過CCD相機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，完成對(duì)被測(cè)物表面的測(cè)量。
[0015]為了消除背景噪聲，通過DMD的控制系統(tǒng)將光束調(diào)制成不同參數(shù)特征的兩束結(jié)構(gòu)光，一束為上述第一結(jié)構(gòu)光，另一束為第二結(jié)構(gòu)光，此兩束結(jié)構(gòu)光在空間中形成互補(bǔ)；第二結(jié)構(gòu)光由另一臺(tái)CCD相機(jī)接收，兩臺(tái)CCD相機(jī)的電信號(hào)做疊加，以消除背景噪聲。
[0016]本發(fā)明具體的一個(gè)實(shí)施例如圖1所示，激光光源I發(fā)出的光束投向與光束共光軸的準(zhǔn)直鏡2，經(jīng)準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直后，以66 °入射角照射在DMD3表面，利用DMD的控制系統(tǒng)31將此光束調(diào)制成在空間中形成互補(bǔ)的兩束結(jié)構(gòu)光5、6，結(jié)構(gòu)光5、6均為光探針、光探針陣列或其他結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光5、6的特征參數(shù)通過控制系統(tǒng)31來控制。其中，結(jié)構(gòu)光6由DMD3的第二出射方向射出，再由放置于此出射方向上的CCD相機(jī)7接收，通過CCD相機(jī)7將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)。結(jié)構(gòu)光5由DMD3的第一出射方向射出，經(jīng)過第一凸透鏡8進(jìn)行聚光，再由分光鏡9反射轉(zhuǎn)向90°至第二凸透鏡10進(jìn)行聚光，然后照射在工作臺(tái)11上的被測(cè)物12表面，經(jīng)被測(cè)物12表面反射后，再依次通過第二凸透鏡10、分光鏡9和第三凸透鏡13，最后被CXD相機(jī)14接收，通過CXD相機(jī)14將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，再將CXD相機(jī)7和CXD相機(jī)14輸出的電信號(hào)進(jìn)行疊加處理，完成對(duì)被測(cè)物12表面的測(cè)量。其中，DMD3的反射面位于準(zhǔn)直鏡2和第一凸透鏡8的光軸上；第一凸透鏡8、第二凸透鏡10和第三凸透鏡13相應(yīng)側(cè)的焦點(diǎn)均落于分光鏡9上，被測(cè)物12放置于第二凸透鏡10的另一側(cè)焦點(diǎn)附近(可放在焦點(diǎn)左右Imm處)，CXD相機(jī)14放置于第三凸透鏡13的另一側(cè)焦點(diǎn)附近。
[0017]本發(fā)明中，光束射入DMD的入射角可取0° <入射角<90°范圍內(nèi)的任一角度，上述實(shí)施例中的66 °僅是較佳的實(shí)施例。
[0018]上述實(shí)施例中，可省略結(jié)構(gòu)光6和CXD相機(jī)7，增加結(jié)構(gòu)光6和CXD相機(jī)7是為了將CCD相機(jī)7和CCD相機(jī)14輸出的電信號(hào)進(jìn)行疊加處理，消除背景噪聲，以獲得更好的測(cè)
量效果。
[0019]現(xiàn)有的表面形貌測(cè)量方法很多，各種方法都有自身的適用范圍，為了實(shí)現(xiàn)大量程、高精度的測(cè)量目標(biāo)，普遍采用了多種傳感測(cè)頭融合的綜合測(cè)量平臺(tái)，或圖像處理方法以及數(shù)學(xué)建模共同實(shí)現(xiàn)的軟件跨尺度測(cè)量等跨尺度測(cè)量方法。這些方法在傳感器耦合、建模復(fù)雜程度等方面都存在一定的不足。本發(fā)明利用數(shù)字微鏡器件(DMD)構(gòu)建不同參數(shù)特征的探測(cè)光源，并將其應(yīng)用于材料表面形貌測(cè)量，無需對(duì)測(cè)量系統(tǒng)硬件做任何變動(dòng)，僅通過軟件編程即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光探針、光探針陣列及其他結(jié)構(gòu)光參數(shù)的控制，針對(duì)不同的被測(cè)對(duì)象方便、快捷、準(zhǔn)確地調(diào)整結(jié)構(gòu)光源，以完成不同尺度下的測(cè)量任務(wù)。
[0020]此外，DMD還可以編程實(shí)現(xiàn)在視場(chǎng)內(nèi)的局部區(qū)域構(gòu)造點(diǎn)陣列光、條紋光、面形光等各種結(jié)構(gòu)光，以應(yīng)對(duì)同一測(cè)量物體中不同區(qū)域的不同測(cè)量需求，這些都是其他光分束器件或跨尺度測(cè)量裝置無法完成的。
【權(quán)利要求】
1.基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，其特征在于:激光光源發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后，以大于0°且小于90°的入射角照射在DMD表面，利用DMD的控制系統(tǒng)將此光束調(diào)制成所需參數(shù)特征的第一結(jié)構(gòu)光，此第一結(jié)構(gòu)光由DMD的第一出射方向射出，先經(jīng)過第一凸透鏡進(jìn)行聚光，再由分光鏡反射轉(zhuǎn)向90°至第二凸透鏡進(jìn)行聚光，再照射在被測(cè)物表面，經(jīng)被測(cè)物表面反射后，再依次通過第二凸透鏡、分光鏡和第三凸透鏡，最后被CXD相機(jī)接收，通過CCD相機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，完成對(duì)被測(cè)物表面的測(cè)量；其中，第一凸透鏡、第二凸透鏡和第三凸透鏡相應(yīng)側(cè)的焦點(diǎn)均落于分光鏡上，被測(cè)物放置于第二凸透鏡的另一側(cè)焦點(diǎn)附近，CXD相機(jī)放置于第三凸透鏡的另一側(cè)焦點(diǎn)附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，其特征在于:上述入射角為66°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，其特征在于:上述DMD的控制系統(tǒng)將光束調(diào)制成不同參數(shù)特征的兩束結(jié)構(gòu)光,一束為上述第一結(jié)構(gòu)光，另一束為第二結(jié)構(gòu)光，此兩束結(jié)構(gòu)光在空間中形成互補(bǔ)；第二結(jié)構(gòu)光由另一臺(tái)CCD相機(jī)接收，兩臺(tái)CCD相機(jī)的電信號(hào)做疊加，以消除背景噪聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字微鏡器件的跨尺度測(cè)量方法，其特征在于:上述兩束結(jié)構(gòu)光均為光探針或光探針陣列。
【文檔編號(hào)】G01B11/25GK103486980SQ201310378749
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】余卿, 崔長彩, 葉瑞芳, 范偉 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)