用于彩色共焦测量的颜色标定方法技术

本发明专利技术公开的用于彩色共焦测量的颜色标定方法，包括以能够完全反射入射光的物面作为标准反射面，得到彩色共焦测量系统的基本“位移‑波长”曲线；以色卡为被测物，得到各波长的“位移‑波长”曲线；计算各波长的“位移‑波长”曲线相对于基本“位移‑波长”曲线的偏移量Δi的大小和方向，将这些偏移量和中心波长制成颜色偏移表；利用光谱仪获取被测物面上各颜色的中心波长信息，从颜色偏移表找到相对应的偏移量Δi；利用已标定的基本“位移‑波长”曲线，得到对应被测物面上各颜色的“位移‑波长”曲线；根据步骤四得到的“位移‑波长”曲线，计算有颜色的被测物面的形貌特征。本发明专利技术能够修正因为被测物颜色给彩色共焦测量系统带来的测量误差。

【技术实现步骤摘要】
用于彩色共焦测量的颜色标定方法
本专利技术涉及应用于光学表面形貌测量
与光学表面检测
，特指用于彩色共焦测量的颜色标定方法。
技术介绍
彩色共焦测量方法的原理如图1所示。复色光源1发出的光线经过小孔2后可以看作是点光源，经过分光镜3后被色散物镜4在光轴方向上色散开，形成图中所示的色散区域5。在此色散区域5(自上而下，从蓝光到红光)内，被测物面6的沿光轴方向的位移信息与不同波长的光线的聚焦点一一对应。当被测物面6位移至光轴方向某个位置时，反射光经过分光镜3后到达小孔7，此时，理论上只有唯一一种波长的光线能够通过小孔7并到达光电接收器8，其它波长的光线则会被阻挡，从而形成彩色共焦测量。一般的共焦测量系统在测量被测物面高度时，需要让光学系统或载物台沿光轴方向做扫描运动，而彩色共焦测量系统则利用了不同波长的光线形成的色散区域(自上而下，从蓝光到红光)，通过建立位移与波长的对应关系，来实现对被测物面高度信息的测量，这种测量方式省去了沿光轴方向的扫描运动，提高了测量效率。但是，从前文所描述的彩色共焦测量方法的原理来看，其用于测量的色散区域5(自上而下，从蓝光到红光)只有在测量无颜色被测物或能够完全反射入射光的被测物时，才能保持所标定的色散区域；一旦被测物有颜色时，已标定的“波长-位移”曲线会受到被测物颜色的严重干扰，导致测量不准确。因此，本专利技术人在理论推导被测物颜色对“位移-波长”曲线的影响函数关系的基础上，提出一种针对有颜色被测物的颜色标定方法，解决彩色共焦测量方法中的颜色干扰难题。
技术实现思路
本专利技术的技术目的在于提出一种用于彩色共焦测量的颜色标定方法，以修正因为被测物颜色给彩色共焦测量系统带来的测量误差。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：用于彩色共焦测量的颜色标定方法，包括以下步骤：步骤一、以能够完全反射入射光的物面作为标准反射面，得到基本“位移-波长”曲线，所述“位移-波长”曲线，是指在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中，将标定的点连接而成的曲线，所述标定的点是指当被测物沿光轴方向移动时，利用测量工具记录其位移、同时利用光谱仪记录其波长，进而在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中标记的离散点；步骤二、以色卡为被测物，分别得到各波长的“位移-波长”曲线；步骤三、计算每种波长的“位移-波长”曲线相对于基本“位移-波长”曲线的偏移量Δi的大小和方向，并将这些偏移量和对应的色卡各颜色的中心波长制成颜色偏移表；步骤四、实际测量时，利用光谱仪获取被测物面上各颜色的中心波长信息，并从前述颜色偏移表中找到相对应的偏移量Δi；再利用已标定的基本“位移-波长”曲线，得到对应被测物面上各颜色的“位移-波长”曲线；步骤五、根据步骤四得到的“位移-波长”曲线，计算出有颜色的被测物面的形貌特征。与现有技术相比，本专利技术有益效果为：现有彩色共焦测量方法并不考虑被测物面的颜色特征，其用于测量的“位移-波长”曲线是基于能够完全反射入射光的物面作为被测物面时得到的。然而，不管是理论推导，还是实验结果，均表明被测物面的颜色因素会对彩色共焦测量的最终结果产生严重干扰。本专利技术提出一种针对性的颜色标定方法，通过色卡的“位移-波长”曲线对比被测物完全反射入射光时的基本“位移-波长”曲线，可计算得到颜色偏移表；实际测量时，根据被测物面颜色情况，从颜色偏移表中选取合适的偏移值，并对基本“位移-波长”曲线进行修正，从而减小甚至消除了彩色共焦测量系统带来的测量误差。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。附图说明图1是彩色共焦测量方法的原理图；图2是理论推导的光强函数平移结果；图3是光强函数平移的实验结果；图4是本专利技术的流程简图。具体实施方式在介绍本专利技术用于彩色共焦测量的颜色标定方法之前，本例先对彩色共焦测量系统的测量原理进行说明。根据经典的共焦系统光强函数，将其中的波长变成函数形式，从而形成彩色共焦系统的光强函数：其中，以下，将利用I(u)进行相关推导首先将彩色共焦测量系统中的物方色散区域(自上而下，从蓝光到红光)进行离散化，建立各个波长的光强函数集合：式(1)中，1～n表示色散区域(自上而下，从蓝光到红光)内各个波长的序号。A表示振幅、λ表示波长、表示相位、z表示光轴方向的位置，当光线照射到被测物面并被反射后，光强函数集合将变为：其中，Iref表示反射后的光强，I’表示被测物面的反射函数，理论上，共焦点的直径为零，因此本推导只考虑轴上光线，而不考虑轴外光线。基于此，接下来将仅考虑被测物面上一个点对光线的反射情况。同时，由于被测物面只能处在一种波长光线的聚焦点上，因此可以将式(2)中各波长的光线函数集合简化成某一种波长的光线函数，并与被测物面的函数进行卷积：从式(3)不难看出，当只考虑波长的影响时，反射后的光强函数将在波长的方向上平移一段距离；而当被测物面在物方的色散区域(自上而下，从蓝光到红光)内移动，并停留在各个波长光线的聚焦点时，所对应波长的光强函数都将在波长的方向上平移一段距离。在被测物的颜色发生改变时，各波长的光强函数依然会发生平移，但平移量和平移方向将会发生变化。通过理论推导可知，平移量、平移方向将由光源的中心波长与被测物面颜色所对应的波长的差值决定：Δ＝k·(λ0-λ')(4)被测物颜色引起的光强函数平移的理论推导结果与实验结果如图2和图3所示。从图2和图3中可以看出，当被测物完全反射光线时，将可以得到一个标定结果(图3中记为achromatic时的结果)，表明位移(纵坐标)和波长(横坐标)的一一对应关系。然而，被测物有颜色时，会导致已标定的结果失效。如图4所示，本专利技术为解决上述颜色偏移的问题，揭示了一种用于彩色共焦测量的颜色标定方法，包括以下步骤：步骤一、以能够完全反射入射光的物面作为标准反射面(意味着该反射面对所用光源发出的所有波长的光束都有相同的反射率和吸收率，本专利技术以镀了380nm-780nm增透膜的反射镜作为此标准反射面)，得到彩色共焦测量系统的基本“位移-波长”曲线，所述“位移-波长”曲线，是指在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中，将标定的点连接而成的曲线，所述标定的点是指当被测物沿光轴方向移动时，利用测量工具记录其位移、同时利用光谱仪记录其波长，进而在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中标记的离散点；步骤二、以色卡为被测物，分别得到各波长的“位移-波长”曲线；本实施例采用的色卡是KODAKQ-60，该色卡上有若干种颜色，但是，此处的色卡并不限于上述品牌和型号；步骤三、计算每种波长的“位移-波长”曲线相对于基本“位移-波长”曲线的偏移量Δi的大小和方向，并将这些偏移量和对应的色卡各颜色的中心波长制成颜色偏移表；表1颜色偏移表(光源中心波长λ0)颜色波长偏差(λi-λ0)偏移量Δi红λred-λ0Δred黄λyellow-λ0Δyellow………步骤四、实际测量时，利用光谱仪获取被测物面上各颜色的中心波长信息，并从前述颜色偏移表中找到相对应的偏移量Δi；再利用已标定的基本“位移-波长”曲线，得到对应被测物面上各颜色的“位移-波长”曲线；步骤五、根据步骤四得到的“位移-波长”曲线，计算出有颜色的被测物面的形貌特征。以上所述，仅是本专利技术较佳实施例而已，并非对本专利技术的技术范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于彩色共焦测量的颜色标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以能够完全反射入射光的物面作为标准反射面，得到基本“位移‑波长”曲线，所述“位移‑波长”曲线，是指在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中，将标定的点连接而成的曲线，所述标定的点是指当被测物沿光轴方向移动时，利用测量工具记录其位移、同时利用光谱仪记录其波长，进而在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中标记的离散点；步骤二、以色卡为被测物，分别得到各波长的“位移‑波长”曲线；步骤三、计算每种波长的“位移‑波长”曲线相对于基本“位移‑波长”曲线的偏移量Δi的大小和方向，并将这些偏移量和对应的色卡各颜色的中心波长制成颜色偏移表；步骤四、实际测量时，利用光谱仪获取被测物面上各颜色的中心波长信息，并从前述颜色偏移表中找到相对应的偏移量Δi；再利用已标定的基本“位移‑波长”曲线，得到对应被测物面上各颜色的“位移‑波长”曲线；步骤五、根据步骤四得到的“位移‑波长”曲线，计算出有颜色的被测物面的形貌特征。

【技术特征摘要】
2017.11.22 CN 20171122158301.用于彩色共焦测量的颜色标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以能够完全反射入射光的物面作为标准反射面，得到基本“位移-波长”曲线，所述“位移-波长”曲线，是指在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中，将标定的点连接而成的曲线，所述标定的点是指当被测物沿光轴方向移动时，利用测量工具记录其位移、同时利用光谱仪记录其波长，进而在由位移作为纵坐标波长作为横坐标的坐标轴中标记的...

【专利技术属性】
技术研发人员：余卿，崔长彩，章明，叶瑞芳，王寅，周瑞兰，张昆，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35