專利名稱：光學成像系統及具有該光學成像系統的光學檢測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學成像系統及具有該光學成像系統的光學檢測系統，尤其涉及一種通過模塊化的組合設計達到高精度、多功能檢測的光學成像系統及光學檢測系統，其可以用于光學加工行業中的光學元件檢驗、半導體工業中的晶片檢測、高等院校的科研和教學儀器、大平板顯示的平面度檢測等多種領域，并能夠對物體表面的平面度、球面的平整度、弧形表面的曲率半徑、直角棱鏡的90°偏差、光楔角誤差以及可透射材料材質均勻性等多種參數指標進行精確的檢測。
背景技術：
采用光學干涉原理進行檢測，已廣泛地應用于各種領域。在一些高質量的零件中，要求其不平度與理想平面之差小于一個波長。這時光學方法是檢驗這些零件的重要手段之一。通常使用的光學方法可分為相干成像方法和非相干成像方法，根據測量條件的不同和高頻信號的情況可以選擇不同的光學檢測方法。早期和目前生產現場仍然使用的一種簡單的相干條紋觀測法，即牛頓環，可以把待測平面與標準平面貼在一起使其產生干涉條紋，若條紋平直，則平面度滿足要求。若條紋彎曲，則可根據彎曲程度估算出其不平度。這種傳統式的接觸檢驗，易損傷加工表面、速度慢、精度低、對檢驗人員有較高的經驗要求。
隨著工業的迅猛發展，對光學檢測精度的要求、自動化程度的要求等越來越高。而高質量的零件加工是現代化工業發展的必然趨勢和市場走向，這就必然造成高精度的檢驗是高精密加工所必不可少的一部分，為此，現代化工業的市場需求要求提供100％的無損檢驗(即非接觸檢驗)、快速檢驗、定量的檢驗報告等。
目前，為了實現高精度的無損檢測，通常使用一種結構比較復雜、精度相對較高的光學檢測系統，其由光學成像系統、數據分析裝置、數據顯示裝置等構成。數據分析裝置可以根據光學成像系統檢測到的光學成像的結果進行相應的處理和運算，進而得出相應的檢測數據，然后，通過數據顯示裝置顯示檢測數據。其中，該光學成像系統可以由不同的光學器件布置而成，其主要包括光源、成像組件等。
然而現有的國產光學檢測系統功能單一，質量難以滿足市場的要求。
國際上最先進的光學檢測系統，如美國干涉儀公司的產品，它的各個部件均是固定不變的，很難隨意組合來適應現代工業產品不斷變化的要求。加之成本居高不下，對生產現場使用極不實際。
因此，目前的光學成像系統和光學檢測系統仍有待加以改進，以適應現代化發展的需求。
發明內容
鑒于現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種光學成像系統及具有該光學成像系統的光學檢測系統，其通過可模塊化組合的設計理念，使得根據本實用新型設計的光學成像系統及光學檢測系統能夠在結構簡單、適應于多種被測面的前提下，實現高精度、多功能的檢測，由此可大大降低檢測成本。
為此，本實用新型提供一種光學成像系統，其包括主機體，在該主機體內設置有點光源產生器，用于產生點光源；分光器，其接收來自該點光源產生器的光束并將其一分為二射出；調焦系統，其接收來自該分光器的匯合光束并將其射出；準直系統，用于調整被測面與光軸的相對位置；圖像顯示器，該圖像顯示器的顯示部分設置在與該主機體的殼體的一開口相對應的位置處；光源系統，其可替換地設置在該主機體的一側，來自該光源系統的光束通過該主機體進入該點光源產生器；鏡頭，其包括準直器，并可替換地設置在該主機體的、與設置該光源系統的側面相鄰或相對的一側，來自該點光源產生器的一部分光束通過該分光器及該鏡頭照射至被測面，并且另一部分光束通過該分光器照射至參考面上，該被測面反射的測試光束和該參考面反射的參考光束沿原光路返回，通過該分光器匯合，并進入該調焦系統；成像裝置，其可替換地設置在該主機體的、與設置該光源系統的側面相鄰的另一側，以使所述通過該調焦系統的光束在該成像裝置上成像。
根據上述構思，該準直系統與該調焦系統可進行位置互換。
根據上述構思，該光學成像系統根據不同的干涉原理進行配置。
根據上述構思，該光源系統中包括有低相干性的光源(相干長度小于等于1米)、中相干性的光源(相干長度小于等于5米)或高相干性的光源(相干長度大于5米)。
根據上述構思，該鏡頭可選用小口徑的鏡頭、中口徑的鏡頭或大口徑的鏡頭，并且該成像裝置可選用相干直接成像、相干定倍變焦成像或相干連續變焦成像的成像裝置。
根據上述構思，該鏡頭還包括作為該參考面并靠近該被測面設置的標準鏡。
根據上述構思，該光學成像系統為采用不同的相移技術的光學成像系統，其中在該光學成像系統的鏡頭內設置有用于使該參考面移動的相移器、或在該成像裝置的CCD前設置全息相移器件、或在該成像裝置的CCD前設置偏振相移器件、或該光源系統為可對光波長進行調制的光源系統。
根據上述構思，在該參考光束和該測試光束分開的情形下，該參考光束和該測試光束分別經過準直器射至該參考面和該被測面。
根據上述構思，該鏡頭還包括用于測試球面的標準會聚透鏡，其設置在該被測面和該準直器之間。
根據上述構思，該成像裝置采用非相干成像的成像裝置。
根據上述構思，在該主機體的外表面上設置滑移件，并可在與所述滑移件相匹配的滑移支架上前后、左右和/或上下移動。
本實用新型還提供一種光學檢測系統，包括具有上述結構的光學成像系統；對數據進行分析或處理的數據分析裝置，其接收來自該光學成像系統的光學成像數據；以及顯示檢測結果的數據顯示裝置，其接收由該數據分析裝置分析或處理的數據。
根據本實用新型的光學成像系統和光學檢測系統通過模塊化的組合設計，具有以下有益技術效果1、高精度、非接觸、速度快由于本實用新型的光學成像系統和檢測系統以光波長作為量尺來測試面型誤差，故具有高精度；其用光波照射參考面和被測面來比較兩者反射的波像差以確定被測面的形狀誤差，故屬于典型的非接觸測量；而采用CCD接收圖像信息并可通過PC機進行極快速的處理具有檢測速度快的特點。
2、多功能根據本實用新型的光學成像系統和檢測系統可以對光學平面、球面、復曲面、輕度非球面、曲率半徑、直角錐鏡、直角棱鏡角度誤差、玻璃窗口、半導體晶片、基底材料、硬盤、氣浮表面、彎曲表面、夾盤面、陶瓷表面、材質均勻性等進行檢測，具有多功能的特點。
3、組合式依據實際檢測要求，如光源相干長度長短、或者口徑大小、或者一倍還是變倍成像、或者相移方式及軟件分析功能等，可隨意進行組合；依據財政預算要求，如近、中、長期購置計劃，產品可隨時升級而無需整體更換；依據樣品的最佳被測方式，可采用平式、俯式或仰式來進行使用；因為模塊化的組合式結構，各子系統均不會被重復使用，所以生產成本大大降低，極易被普通生產單位所接受，競爭力強、市場潛力大。
圖1為根據本實用新型的光學成像系統的模塊化結構設計的框圖；圖2為根據本實用新型的光學成像系統的基本結構示意圖；圖3為圖2所示的光學成像系統的基本結構的模塊化分解示意圖；圖4為根據本實用新型實施例1的以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖；圖5示出了在以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試平面時由標準平面鏡進入到被測面上的光路示意圖；圖6示出了在以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試凸球面時由標準球面鏡進入到被測面上的光路示意圖；圖7為根據本實用新型實施例2的以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖；圖8為根據本實用新型實施例3的以邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖；
圖9示出了在根據邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試平面時的光路示意圖；圖10示出了在根據邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試凸球面時的光路示意圖；以及圖11為根據本實用新型實施例4的以邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖。
具體實施方式
下面將參考附圖詳細描述本實用新型的具體實施例，其實例將在附圖中示意性地示出。在此需要說明的是，所附附圖中僅示出與成像有關的光路系統，而省略了與成像無關的其它可能出現的光路，其中附圖中所示的實心雙箭頭表示可移動之意；空心雙箭頭表示可替換之意。
本實用新型的主要技術構思在于，對光學系統采用模塊化組合式結構的設計，從而使得根據本實用新型設計的光學系統結構簡單，并能通過隨意的組合來適應多種被測面的需要和檢測要求，從而實現高精度、多功能的檢測。
根據本實用新型的光學成像系統主要包括主機體，在該主機體內設置有點光源產生器，用于產生點光源；分光器，將接收來自該點光源產生器的光束并將其一分為二射出；調焦系統，其接收來自該分光器的匯合光束并將其射出；準直系統，用于調整被測面與光軸的相對位置；和圖像顯示器，該圖像顯示器的顯示部分設置在與該主機體的殼體的一開口相對應的位置處；光源系統，其可替換地設置在該主機體的一側，來自該光源系統的光束通過該主機體進入該點光源產生器；鏡頭，其包括準直器，并可替換地設置在該主機體的、與設置該光源系統的側面相鄰或相對的一側，來自該點光源產生器的一部分光束通過該分光器及該鏡頭照射至被測面，并且另一部分光束通過該分光器照射至參考面上，由該被測面反射的測試光束和該參考面反射的參考光束沿原光路返回，通過該分光器匯合，并進入該調焦系統；成像裝置，其可替換地設置在該主機體的、與設置該光源系統的側面相鄰的另一側，以使通過該調焦系統的光束在該成像裝置上成像。其中，在該主機體內設置的圖像顯示器便于用肉眼觀察成像圖案。主機體內的設置調焦系統可以準確地將被測面聚焦在成像裝置的CCD上。如果對在光學成像系統的成像裝置上的成像數據進行相應的分析或處理，即可得到所要檢測的數據。
請參考圖1，其為根據本實用新型的光學成像系統的模塊化結構設計框圖。再請參考圖2和圖3，其分別為根據本實用新型的光學成像系統的基本結構示意圖、以及圖2所示的光學成像系統的基本結構的模塊化分解示意圖。其中，主機體100為本實用新型光學成像系統的主體部分。在主機體100中，點光源產生器110可以采用針孔或光纖等形式來實現；分光器130則可以選用平板式、立體式、薄膜式等分光器。
在主機體100中設置有調焦系統140和準直系統150，準直系統150可用于對被測面的位置進行調整和定位，也就是說，調整被測面和光軸X的相對位置，例如被測面與光軸X的垂直位置、被測面的待測量位置等。在準直之后即可將準直系統150移走，然后將調焦系統140移至光路中進行調焦，從而進行成像。調焦系統140和準直系統150的這種可移動式設置可以通過各種公知的手段來實現，例如通過在主機體100中設置的諸如滑軌等機械移動裝置手動或自動地進行控制，或者采用其它各種可行的方式。
上述主機體100及其內部光學器件的結構設置可以使本實用新型的光學成像系統采用不同的成像原理進行設計，即可以設計為相干成像系統或非相干成像系統。其具體實現方式，將在下文中詳細說明。
此外，在主機體100的側面分別設置有可根據測試要求更換的光源系統200、鏡頭300和成像裝置400。所述測試要求由被測面的形狀、測試精度、采用的成像方式等因素來決定。
其中，光源系統200可拆卸并可根據測試要求更換地設置在圖2和圖3所示的主機體100的上側，其可以為諸如激光二極管、多模激光器等的低相干性光源；諸如單模激光器、可見的/近紅外/中紅外氦氖激光器、二氧化碳激光器等的中相干性光源；或者諸如穩頻氦氖激光器等的高相干性光源等等。
而鏡頭300則可拆卸并可根據測試要求更換地設置在圖2和圖3所示的主機體100的左側或下側，即設置在主機體100的、與設置光源系統200的側面相鄰或相對的一側，其能有效地將由被測面反射的、沿原光路返回的光束引導至分光器130，并借助準直系統150對被測面進行調整和定位，然后再通過調焦系統140進行調焦，從而在成像裝置400上進行成像。根據本實用新型的構思，鏡頭300可設置為小口徑的鏡頭、中口徑的鏡頭、或大口徑的鏡頭，并且在鏡頭300中可設置作為參考面的標準鏡，其中，標準鏡需根據實際設置的成像系統以及被測面來進行選擇。舉例說明，小口徑的鏡頭可以選用口徑小于或等于3/4英寸(即小于或等于19.05mm)的鏡頭，中口徑的鏡頭可以選用口徑介于2英寸至4英寸之間(介于50.8mm至101.6mm之間)的鏡頭，而大口徑的鏡頭則可以選用口徑大于4英寸(大于101.6mm)的鏡頭。對于口徑較小的鏡頭而言，可以采用直光路的模式進行設置，而對于口徑相對較大的鏡頭而言，為了減小器件的長度則可以采用折轉光路的模式進行設置。當然，本實用新型的鏡頭選擇并不限于上述方式。使用者完全可以根據實際需要或被測面的具體情況進行相應調整或修改。
另外，根據本實用新型的鏡頭300可以僅包括準直器320；或者包括靠近被測面設置的標準鏡310以及準直器320；可變化地，根據本實用新型的鏡頭300還可以包括靠近被測面設置的標準鏡頭310、準直器320以及設置在標準鏡310和準直器320之間的用于使參考面移動的相移器330，以適應不同的相干方式和相移方式(其具體配置將在下文中舉例說明)。
根據本實用新型的成像裝置400可拆卸并可根據測試要求更換地設置在圖2和圖3所示實施例的主機體100的右側(即主機體100的、與設置光源系統200的側面相鄰的另一側)，由被測面和參考面反射的光束通過分光器130和調焦系統140之后射至成像裝置400上成像。
這樣，主機體100、光源系統200、鏡頭300和成像裝置400以及被測面即可構成一個完整的光學成像系統。
下面就通過具體的幾個實例來說明本實用新型的光學成像系統的模塊化組合的設計構思。
根據本實用新型的實施例1是以菲索干涉原理來實現光學成像的，如圖4所示。圖4為根據本實用新型實施例1的以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖。根據本實用新型實施例1的光學成像系統可以用于測試平面或球面。
在圖4所示的光學成像系統中采用的鏡頭301由標準平面鏡311以及小口徑的準直器321組成，即鏡頭301為小口徑的鏡頭，其設置在主機體100的左側，并使平面標準鏡311與被測面900之間的光程差滿足相干成像的要求。來自光源系統200的光源210的光束經由折射鏡220和發散透鏡230沿垂直入射光的方向發射至點光源產生器110，由點光源產生器110發射的光束發射至分光器130，其中的一部分光束通過分光器130入射至鏡頭301，這部分光束的一部分通過標準平面鏡311反射回來形成第一反射光束R，而這部分光束的另一部分則透射穿過鏡頭照射至被測面900，通過被測面900沿原光路反射回來形成第二反射光束T，這樣兩束反射光束R和T透射穿過分光器130和調焦系統140發射至成像裝置400中成像。該成像的情況可以通過設置在主機體100內的圖像顯示器120用肉眼觀察。通常情況下，使用者可以通過設置于主機體100的殼體上的、與圖像顯示器120的顯示部分相對應的開口來觀察圖像顯示器120上的成像圖案。而該圖像顯示器120本身就可以認為是一個目測檢測系統。
由于在實施例1中采用的是直接成像，所以成像裝置400可以采用相干直接成像在CCD上來采集成像數據。
在實施例1的可變實施例中，可以將鏡頭301中的標準平面鏡311替換為標準球面鏡311’，由此就可以測試球面了；或者替換為其它形狀的標準鏡以測試其它形狀的被測面。
圖5示出了在以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試平面時由標準平面鏡進入到被測面上的光路示意圖，圖6示出了在以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試凸球面時由標準球面鏡進入到被測面上的光路示意圖，其中，顯然入射光線和反射光線在圖5和圖6所示出的情況下應該是重合的，但是為了更清晰地示出光路的走向，在圖5和圖6中將重合的光束分開示出。
在本實施例及其變化例中，除了采用小口徑的鏡頭之外，還可以采用中口徑的鏡頭或大口徑的鏡頭，以使根據本實用新型的光學成像系統可以自由地進行模塊化的配置，這時，也可以將相干直接成像的成像裝置400替換為相干定倍變焦成像的成像裝置410。在相干定倍變焦成像的成像裝置410中，通常在成像位置S與CCD之間設置固定倍率的光學器件411。而對于非相干的成像裝置而言，則可以在成像裝置410中加入漫反射器500。
根據本實用新型的實施例1所得到的成像數據可以傳送到數據分析裝置中，并通過條紋分析軟件進行分析運算，進而獲得準確的測量結果。
由此可見，本實用新型的實施例1及其變化例具有如下特點1、出射光束的方向是水平的；2、參考和測試光路為共用光路(即參考光束和測試光束是重合的)，這樣可以減少測量誤差；3、可以根據被測面為平面或球面等不同形狀，來選擇是采用標準平面鏡還是標準球面鏡或是其它標準鏡；4、通過模塊化地更換鏡頭，使得鏡頭的口徑可以隨著光束的直徑而發生相應變化；5、從參考面和測試面反射回來的光是以透射方式通過分光器的，因此，分光器本身的面型誤差對測量的影響較小。
根據本實用新型的實施例2(如圖7所示)與實施例1的大部分配置是相同的，其區別主要在于鏡頭和成像裝置的配置以及鏡頭的設置位置。
圖7為根據本實用新型實施例2的以菲索干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖。根據本實用新型實施例2的光學成像系統可以用于測試平面、球面或其它形狀的表面。
在圖7所示的光學成像系統中采用的鏡頭302由靠近被測面900設置的標準平面鏡312、大口徑的準直器322、以及位于標準平面鏡312和大口徑的準直器322之間的相移器332組成，并設置在主機體100的下側。來自光源系統200的光源210的光束經由折射鏡220和發散透鏡230沿垂直入射光的方向發射至點光源產生器110，由點光源產生器110發射的光束發射至分光器130，其中的一部分光束通過分光器130向下發射至鏡頭302，這部分光束的一部分通過標準平面鏡312沿原光路反射回來形成第一反射光束R，而這部分光束的另一部分則透射穿過鏡頭照射至被測面900，通過被測面900沿原光路反射回來的光束形成第二反射光束T，這樣兩束反射光束R和T通過分光器130和調焦系統140發射至成像裝置400中成像。該成像的情況可以通過設置在主機體100內設置的圖像顯示器120用肉眼觀察。
從實施例2中可以看到，為了使大口徑的準直器322的整體長度盡可能地小，可以采用折轉光路的方式來減小準直器322的整體長度，但是，這樣會產生一定的光能損失。
在鏡頭302中設置的相移器332是用于移動參考面的相移器，其可以由壓電元件(例如壓電晶體、壓電陶瓷、壓電半導體、有機高分子壓電材料等)制成或者采用其它的機械移動方式來連續移動諸如標準平面鏡之類的標準鏡。由于在實施例2中采用的是連續變焦的相干成像，所以成像裝置400可以采用相干連續變焦成像的CCD。
在實施例2的一變例中，與實施例1一樣也可以將鏡頭302中的標準平面鏡替換為標準球面鏡，由此就可以測試球面了，其中，由標準平面鏡或球面鏡進入到被測面上的光路與圖5和圖6所示的情況基本相同。
在根據本實用新型的實施例2及其變化例中，除了采用大口徑的鏡頭之外，還可以采用中口徑的鏡頭或小口徑的鏡頭，以使根據本實用新型的光學成像系統可以自由地進行模塊化的配置。
在此需要提及的是，根據本實用新型實施例2的另一變化例，成像裝置400可以采用帶全息相移器件的CCD或帶偏振相移器件的CCD來取代在標準鏡頭和準直鏡之間的相移器，另外還可通過對光源的波長進行調制來實現相移(亦即，該光源系統為可對光波長進行調制的光源系統)。如圖8所示，其中示出了連續變焦成像的成像裝置420，在該連續變焦成像的成像裝置420中，通常在成像位置S與CCD之間設置連續變焦的光學器件421。而對于非相干成像裝置而言，則可以在成像裝置420中加入漫反射器500。
根據本實用新型的實施例2所得到的成像數據可以傳送到數據分析裝置中，并通過相移分析軟件進行分析運算，進而獲得準確的測量結果。
由此可見，本實用新型的實施例2及其變化例具有如下特點1、出射光束的方向是垂直的；2、參考和測試光路為共用光路(即參考光束和測試光束是重合的)，這樣可以減少測量誤差；3、可以根據被測面為平面、球面或其它表面，來選擇是采用標準平面鏡、標準球面鏡還是其它標準鏡；4、通過模塊化地更換鏡頭，使得鏡頭的口徑可以隨著光束的直徑而發生相應變化；5、從參考面和測試面反射回來的光是以反射方式通過分光器的，因此，分光器本身的面型誤差對測量的影響較大。
根據本實用新型的實施例3是以相干成像系統中的邁克爾遜干涉儀的工作原理來實現光學成像的，如圖8所示。
圖8為根據本實用新型實施例3的以邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖。根據本實用新型的實施例3的光學成像系統可以用于測試平面、球面或其它形狀的表面。
在圖8所示的光學成像系統中采用的鏡頭303僅由準直器323構成，其設置在主機體100的左側。而在主機體100的分光器130的下方，依次設置有另一個準直器(即準直透鏡)160和參考面800。
其成像原理如下來自光源系統200的光源210的光束經由折射鏡220和發散透鏡230沿垂直入射光的方向發射至點光源產生器110，由點光源產生器110發射的光束發射至分光器130，其中，一部分光束通過分光器130透射至準直透鏡160，然后由參考面800反射的光束沿原光路返回形成第一反射光束R；而另一部分光束通過分光器130反射至鏡頭303，并透射穿過鏡頭303而照射至被測面900上，通過被測面900反射的光束沿原光路返回形成第二反射光束T，之后，兩束反射光束R和T通過分光器130和調焦系統140發射至成像裝置400中成像。該成像的情況可以通過設置在主機體100內設置的圖像顯示器120用肉眼觀察。
根據本實用新型的實施例3可以采用如實施例1和2一樣的模塊化替換的方式，通過采用不同口徑的鏡頭及其調節方式、以及不同的成像裝置，來實現直接成像、定倍變焦成像或連續變焦成像。
圖9示出了在根據邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試平面時的光路示意圖；圖10示出了在根據邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統中，測試凸球面時的光路示意圖；其中，顯然入射光線和反射光線在圖9和圖10所示出的情況下應該是重合的，但是為了更清晰地示出光路的走向，在圖9和圖10中將重合的光束分開示出。在本實用新型的實施例3中，測平面時不需要標準平面鏡，但是測球面時卻需要設置標準的會聚透鏡333，會聚透鏡的尺寸可以根據測試光束的光束口徑的變化來進行選擇。
在本實用新型的實施例3及其變化例中，鏡頭303可以采用不同的口徑，以使根據本實用新型的光學成像系統可以自由地進行模塊化的配置。與實施例1和2相類似，成像裝置400可以根據實際配置進行選用。
由此可見，本實用新型的實施例3及其變化例具有如下特點1、出射光束方向是水平的；2、參考和測試光路并非共用光路(即參考光束和測試光束是分開的)，測量誤差會增加；3、測平面時不需要標準平面鏡，但是測球面或其它彎曲表面時需要標準的會聚透鏡或其它標準鏡，標準鏡的尺寸可以隨測試光束口徑的變化而變化；4、參考光束的口徑和參考面是不變化的，但需要設置一個準直透鏡；5、從參考面和測試面反射回來的光分別以反射和透射方式通過分光器，因此，分光器本身的面型誤差對測量的影響較大。
根據本實用新型的實施例4與實施例3的大部分配置是相同的，其區別主要在于鏡頭的設置位置。
圖11為根據本實用新型實施例4的以邁克爾遜干涉原理進行設計的光學成像系統的示意圖。根據本實用新型的實施例4的光學成像系統也可以用于測試平面、球面或其它形狀的表面。
在圖11所示的光學成像系統中鏡頭303設置在主機體100的下側。而在主機體100的分光器130的左側，依次設置有準直透鏡160和參考面800。
其成像原理如下來自光源系統200的光源210的光束經由折射鏡220和發散透鏡230沿垂直入射光的方向發射至點光源產生器110，由點光源產生器110發射的光束發射至分光器130，其中，一部分光束通過分光器130反射至準直透鏡160，然后由參考面800反射的光束沿原光路返回形成第一反射光束R；而另一部分光束通過分光器130向下透射至鏡頭303，并照射至被測面900上，通過被測面900反射的光束沿原光路返回形成第二反射光束T，之后，兩束反射光束R和T通過分光器130發射至成像裝置400中成像。該成像的情況可以通過設置在主機體100內設置的圖像顯示器120用肉眼觀察。
根據本實用新型實施例4測試平面時的光路和測試球面時的光路與實施例3類似，在此將不再贅述。設置在主機體100上的其它裝置可以根據實際需要自由地進行模塊化的配置。
由此可見，本實用新型的實施例4具有如下特點1、出射光束方向是垂直的；2、參考和測試光路并非共用光路(即參考光束和測試光束是分開的)，測量誤差會增加；3、測平面時不需要標準平面鏡，但是測球面或其它彎曲表面時需要標準的會聚透鏡或其它標準鏡，標準鏡的尺寸隨測試光束口徑的變化而變化；4、參考光束的口徑和參考面是不變化的，但需要設置一個準直透鏡；5、從參考面和測試面反射回來的光分別以透射和反射方式通過分光器，因此，分光器本身的面型誤差對測量的影響較大。
雖然已通過上述實施例對本實用新型的光學成像系統進行了說明，但是，其只是示例性的，根據其它干涉原理，例如太曼格林(Twyman Green)干涉原理、馬赫-澤德(Mach-Zender)干涉原理、剪切(shearing)干涉原理、法布里-鉑羅(Fabry-Perot)干涉原理等，也可以采用本實用新型的模塊化設計構思而應用于各類光學成像系統中。
另外，除了干涉成像之外，也可以采用非干涉成像的方式來設計本實用新型的成像裝置，由于其構思與上面所述的詳細實例具有共性，故在此不再詳細說明。本領域的技術人員在閱讀了本實用新型之后，完全可以根據本實用新型的技術構思實現各種變化和改型。
為了使本實用新型的光學成像系統更易于使用，可以在該主機體100的外表面上設置滑移件，以在與所述滑移件相匹配的滑移支架上前后、左右和/或上下移動，從而可以進一步實現平式使用、仰式使用或臥式使用。
根據本實用新型的光學成像系統可以用于光學檢測系統中，其中，該光學檢測系統還包括數據分析裝置和數據顯示裝置，其中，數據分析裝置可以是計算機，通過預設的分析軟件可以對由光學成像系統檢測到的數據進行分析處理，進而可以獲得數據準確的檢測報告。并且，分析出來的結果可以在諸如電腦顯示器等的數據顯示裝置上顯示。根據本實用新型的模塊化設計結構的不同，可以采用條紋分析軟件或相移分析軟件等現有軟件對相關數據進行分析和處理。
綜上所述，對光學成像系統和光學檢測系統采用如本實用新型所述的模塊化設計方式，能夠僅通過更換局部光學器件即可滿足各種測量的需求，并實現高精度、非接觸、速度快、多功能的檢測。
本實用新型雖然揭示了多個實施例，但是其并非用于限定本實用新型的保護范圍，只要是根據本實用新型的模塊式設計構思所制成的光學成像系統和具有該光學成像系統的光學檢測系統均應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種光學成像系統，其特征在于，包括主機體，在該主機體內設置有點光源產生器，用于產生點光源；分光器，其接收來自該點光源產生器的光束并將其一分為二射出；調焦系統，其接收來自該分光器的匯合光束并將其射出；準直系統，用于調整被測面與光軸的相對位置；和圖像顯示器，該圖像顯示器的顯示部分設置在與該主機體的殼體的一開口相對應的位置處；光源系統，其可替換地設置在該主機體的一側，來自該光源系統的光束通過該主機體進入該點光源產生器；鏡頭，其包括準直器，并可替換地設置在該主機體的、與設置該光源系統的側面相鄰或相對的一側，來自該點光源產生器的一部分光束通過該分光器及該鏡頭照射至被測面，并且另一部分光束通過該分光器照射至參考面上；該被測面反射的測試光束和該參考面反射的參考光束沿原光路返回，通過該分光器匯合，并進入該調焦系統；成像裝置，其可替換地設置在該主機體的、與設置該光源系統的側面相鄰的另一側，以使通過該調焦系統的光束在該成像裝置上成像。
2.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該準直系統與該調焦系統可進行位置互換。
3.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，該光學成像系統根據不同的干涉原理進行配置。
4.如權利要求3所述的光學成像系統，其特征在于，該光源系統中包括有低相干性的光源、中相干性的光源或高相干性的光源。
5.如權利要求3所述的光學成像系統，其特征在于，該鏡頭可選用小口徑的鏡頭、中口徑的鏡頭或大口徑的鏡頭，并且該成像裝置可采用相干直接成像、相干定倍變焦成像或相干連續變焦成像的成像裝置。
6.如權利要求3所述的光學成像系統，其特征在于，該鏡頭還包括作為該參考面并靠近該被測面設置的標準鏡。
7.如權利要求3所述的光學成像系統，其特征在于，該光學成像系統為采用不同的相移技術的光學成像系統，其中在該光學成像系統的鏡頭內設置有用于使該參考面移動的相移器、或在該成像裝置的CCD前設置全息相移器件、或在該成像裝置的CCD前設置偏振相移器件、或該光源系統為可對光波長進行調制的光源系統。
8.如權利要求3所述的光學成像系統，其特征在于，在該參考光束和該測試光束分開的情形下，該參考光束和該測試光束分別經過準直器射至該參考面和該被測面。
9.如權利要求8所述的光學成像系統，其特征在于，該鏡頭還包括用于測試球面的標準會聚透鏡，其設置在該被測面和該準直器之間。
10.如權利要求3所述的光學成像系統，其特征在于，該成像裝置為非相干成像的成像裝置。
11.如權利要求1所述的光學成像系統，其特征在于，在該主機體的外表面上設置有滑移件，并可在與所述滑移件相匹配的滑移支架上前后、左右和/或上下移動。
12.一種光學檢測系統，其特征在于，包括具有如權利要求1-11中任一項所述的光學成像系統；對數據進行分析或處理的數據分析裝置，其接收來自該光學成像系統的光學成像數據；以及顯示檢測結果的數據顯示裝置，其接收由該數據分析裝置分析或處理的數據。
專利摘要光學成像系統及光學檢測系統，該光學成像系統包括主機體，其內設置有點光源產生器、分光器，調焦系統、準直系統和圖像顯示器；光源系統，可替換地設置在主機體的一側，來自光源系統的光束通過主機體進入點光源產生器；鏡頭，可替換地設置在主機體的與設置光源系統的側面相鄰或相對的一側，來自點光源產生器的一部分光束通過分光器及鏡頭照射至被測面，另一部分光束通過分光器照射至參考面上，被測面反射的光束和參考面反射的光束沿原光路返回，通過分光器匯合，經由調焦系統進入成像裝置；成像裝置，可替換地設置在主機體的與設置光源系統的側面相鄰的另一側。本實用新型通過模塊化的組合設計來實現高精度、非接觸、速度快、多功能的檢測。
文檔編號G01N21/88GK2921828SQ20062012130
公開日2007年7月11日 申請日期2006年6月12日 優先權日2006年6月12日
發明者韓森 申請人:霍爾國際有限公司