[发明专利]一种线聚焦彩色共焦三维表面高度测量装置及方法

权利要求书

1.一种线聚焦彩色共焦三维表面高度测量装置，其特征在于，包括线聚焦照明结构和线聚焦光谱成像结构；

所述线聚焦照明结构，包括复色光源（1）、聚焦透镜组（2）、半反半透镜（3）、狭缝（4）、准直透镜组（5）和色散成像透镜组（78），所述复色光源（1）设置在所述聚焦透镜组（2）的一侧，所述聚焦透镜组（2）的另一侧依次设有半反半透镜（3）和狭缝（4），所述狭缝（4）一侧有半反半透镜，所述狭缝（4）的另一侧依次设有准直透镜组（5）和色散成像透镜组（78），所述狭缝（4）放在准直透镜组（ 5） 的焦线上；

按照光传播方向，所述复色光源（1）发出的光，按先后次序依次经过聚焦透镜组（2）、半反半透镜（3）、狭缝（4）、准直透镜组（5）和色散成像透镜组（78），照射在待测物体（9）表面上；

所述线聚焦光谱成像光路结构，包括光谱相机（167）和图像处理单元（18），以及与照明光路共享的光路结构，所述光路结构按照反射光传播方向包括待测物体（9）、色散成像透镜组（78）、准直透镜组（5）、狭缝（4）和半反半透镜（3）；经过半反半透镜（3）的反射进入到与所述半反半透镜（3）同侧设置的光谱相机（167）中，所述光谱相机（167）与图像处理单元（18）电相连；

所述狭缝（4）与待测物体（9）表面在照明光路中共轭，即所述狭缝（4）在不同光谱波段成像待测物体（9）不同高度的表面，且沿着所述狭缝（4）方向的一系列点Si与所述待测物体（9）表面的像位置Y_i一一对应，其中i=1,2,3,…N，N为正整数，所述狭缝（4）与光谱相机（167）在成像光路中也光学共轭；还包括系统控制装置、扫描运动装置（22）；

所述光谱相机（167）按照成像光路光前进方向依次包括准直透镜（20）、色散元件（16）、成像透镜（21）和黑白面阵相机（17），所述狭缝（4）的条形光经过色散元件（16）后在光谱空间横向展开成面阵形状且该面阵形状在成像透镜（21）聚焦后完全落在黑白面阵相机（17）的图像传感器上，其中面阵形状的空间维度方向，即对应于条形光Y_i的方向覆盖面阵相机图像传感器的第一个方向，面阵形状的光谱维度方向，即每个空间点Y_i的光谱展开Y_i(λ_k)的λ_k方向覆盖面阵相机图像传感器的第二个方向，其中，k=1,2,…,M,M为正整数，且第一和第二个方向彼此垂直；所述黑白面阵相机（17）与所述狭缝（4）的位置关系为两者在由半反半透镜（3）、准直透镜（20）、色散元件（16）及成像透镜（21）组成的光路中两者共轭，第一个方向与狭缝长边方向对应；

所述半反半透镜（3）的反射光依次通过所述色散元件（16），再通过黑白面阵相机（17）的成像转换为电信号，该电信号进入到所述图像处理单元（18）；

所述扫描运动装置（22）与系统控制装置电相连，所述待测物体（9）放置在所述扫描运动装置（22）表面上，所述扫描运动装置（22）扫描方向设置为X，其中X垂直于条形光照明方向为Y；

所述扫描运动装置（22）与黑白面阵相机（17）电相连，所述扫描运动装置（22）等步长发出的电信号触发所述黑白面阵相机（17）同步曝光采集图像。

2.根据权利要求1所述的一种线聚焦彩色共焦三维表面高度测量装置，其特征在于，所述色散成像透镜组（78）按照照明光传播方向次序包括色散管镜组（7）和成像透镜组（8），所述色散管镜组（7）设置在靠近所述狭缝（4）的一侧，所述成像透镜组（8）设置在所述色散管镜组（7）的靠近待测物体（9）的另一侧。

3.根据权利要求1所述的一种线聚焦彩色共焦三维表面高度测量装置，其特征在于，所述狭缝（4）为反射式或者透射式狭缝。

4.根据权利要求1所述的一种线聚焦彩色共焦三维表面高度测量装置，其特征在于，所述光谱相机（167）与所述图像处理单元（18）集成一体，所述图像处理单元（18）为嵌入式编程算法，嵌入式集成到光谱相机（167）中，形成嵌入式线高测量单元（19）。