CN107543500B - 一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测方法和装置，其特征在于，包括检测台以及微位移记录装置；所述微位移记录装置包括莫尔图像形成机构、图像记录机构以及上位机；其中，所述莫尔图像形成机构包括位于所述检测台上的微图文阵列以及与所述微图文阵列相对设置的微透镜阵列；所述微透镜阵列设于所述图像记录机构朝向微图文阵列一侧，所述图像记录机构连接所述上位机，所述图像记录机构将记录的图像传输于所述上位机，所述上位机对于图像提取移动的微位移。利用莫尔放大图像作为检测标志，能够同时探测(x,y,θ,z)四个维度的微小位移。

Description

一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置及方法，基于微透镜莫尔成像原理，由图像传感元件、微透镜阵列和微图像阵列构成，同时实现多维(x,y,θ,z)精密检测，在工作平面的三个维度上的精度可达到亚微米级。该方法和装置可用于微纳米器件加工、技术领域。

背景技术

科技的进步以及精密制造业的迅速发展对位移测量的分辨力和准确度提出了更高要求。微小位移的检测手段越来越多，测量准确度也不断提高。目前，高分辨率微位移测量技术主要分为光学和非光学两类测量技术。其中，光学测量技术可分为激光三角测量、光杠杆法、光栅尺测量法、光纤位移测量法和激光干涉法等，测量分辨率在几十皮米到几纳米之间。非光学测量技术包含电学、显微镜法等，如电阻法、电容和电感法以及电涡流法。电容和电感法发展迅速，较为常用。三端电容传感器可测出5×10^－5μm的微位移。显微镜测量技术主要有高性能透射电子显微镜、扫描电子显微镜和扫描探针显微镜(包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜)等。

激光干涉位移测量技术以其独特优势已成为高分辨率位移测量的最实用工具之一。激光干涉位移测量技术的主要发展方向：①亚纳米量级以上高分辨率。当前激光干涉位移测量技术遇到的一个普遍问题是，作为溯源手段，扫描探针显微镜等测量手技术比现有最好干涉仪的准确性至少高一个数量级，即现有的计量设备无法满足实际的标定和校准需求，因此具有亚纳米甚至更高分辨力新型位移测量技术的发展是大势所趋。②改进已有测量技术的同时，进一步改进和完善已有干涉仪的结构和性能。③解决高分辨力与大测量范围之间的矛盾。未来的位移测量要求在数十毫米以上的范围内达到亚纳米级以上分辨率，依靠单一的测量方法难以实现。结合多种测量方法以弥补各自的不足是解决矛盾的突破口。

1972年，M.C.King和D.H.Berry首先提出莫尔条纹技术应用于光刻平台微位移对准。利用周期稍有不同的圆光栅或菲涅尔线波带片作为掩模和基片的对准标记。其对准原理是：入射光经掩模、基片再到掩模发生三次衍射后方可观察到清晰衍射莫尔条纹，通过光电位置探测器采集图像信号，送往主控制机进行识别，移动高精度的工件台确定对准点。后来，又发展出光栅尺测量。它的基本原理是：标尺与扫描掩模之间的相对移动，在光源照射下形成莫尔条纹，莫尔条纹经过光电传感器转换为近似的正余弦电信号，就是原始的光栅扫描信号。然后采用不同的电子细分法，得到不同测量步距的计数脉冲信号。计数器的计数值再乘以测量步距则为光栅尺的位移测量值。光栅尺测量的最大允许移动速度是由光栅尺的输出频率及光栅扫描信号的信号周期决定。Shien Ri等人又提出利用数字相机和重复排列的图案实现全场的1/1000周期的光学精密位移测量(S.Ri,S.Hayashi,S.Ogihara,andH.Tsuda,Accurate full-field optical displacement measurement technique usinga digital camera and repeat patterns,Optics Express,22(8),9693-9706,2014.),测量精度已达0.1um，已成为微位移测量领域各工业化国家竞争的关键技术。它的应用非常广泛，几乎渗透到社会科学中的各个领域，如机床行业、计量测试部门、航空航天航海、科研教育以及国防等各个行业部门。

莫尔成像技术是将微透镜阵列(Microlens array，MLA)与微图形阵列(Micropattern array，MPA)结合实现的莫尔技术。莫尔放大涉及一种现象，从具有大致相同周期维度的微透镜阵列观察由相同微图形组成的阵列时可以产生这种现象，即以微图形的放大或者旋转形式出现。莫尔放大现象基本原理在M.C.Hutley,R.Hunt,R.F.Stevensand P.Savander,Pure Appl.Opt.3(1994),pp.133～142中有所描述。Drinkwater等在美国专利No.5,712,731中率先提出了将半球形微凸透镜阵列与微图形阵列结合的安全器件。微图形在微凸透镜的后焦面附近，人眼在微透镜凸面侧观察可看到微图形的莫尔放大像，其中微凸透镜口径在50～250微米，微图形阵列通过凹版印刷的方式得到，最小分辨率为5微米。在中国专利安全元件(申请号200680048634.8)中提出了一种预定弯曲的布拉维点阵结构。通过设计微透镜阵列与微图形阵列及其排列组合，能够实现多种视觉效果：1)微图形放大：即原本看不见的微图形被放大至可由肉眼直接观察；2)正交移动：即沿某方向晃动时，观察到的宏观图像沿与之垂直的方向移动；3)立体感：观察到的宏观图像具有浮出或者沉陷于纸面的立体效果；4)运动变形：观察到的宏观图像在移动过程中还可能发生大小、形状等的变化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于微透镜莫尔成像原理的微位移检测方法和装置，不但继承了传统莫尔条纹检测的优点，而且利用莫尔成像原理，同时进行四个维度上的精密检测。

一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，其特征在于，包括检测台以及微位移记录装置；所述微位移记录装置包括莫尔图像形成机构、图像记录机构以及上位机；

其中，所述莫尔图像形成机构包括位于所述检测台上的微图文阵列以及与所述微图文阵列相对设置的微透镜阵列；所述微透镜阵列设于所述图像记录机构朝向微图文阵列一侧，所述图像记录机构连接所述上位机，所述图像记录机构将记录的图像传输于所述上位机，所述上位机对于图像提取移动的微位移。

在其中一实施例中，所述微透镜阵列与所述微图文位于所述检测台同侧。

在其中一实施例中，所述图像记录机构选自电荷耦合器件、互补金属氧化物导体、感光记录图像的光学元件、电子器件或者化学材料。

在其中一实施例中，所述微透镜阵列形状可以是柱面、球面或非球面。

在其中一实施例中，所述微透镜阵列中微透镜排列方式可以是周期型的规则排布，也可以是随机或者非周期非规则排布。

在其中一实施例中，所述微图文阵列与所述微透镜阵列的焦平面的距离在所述微透镜焦距的50％～150％范围之内。

在其中一实施例中，所述微图文单元位置坐标与微透镜单元相关联，所述相关联微图文单元的位置坐标由经过微透镜单元的位置坐标经过变换获得，所述的变换包括坐标缩放变换和/或坐标旋转变换。

在其中一实施例中，所述微图文阵列中的微图文为微印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案或印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案以及线条结构微图案中一种或两种以上组合构成。

一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测方法，其特征在于，包括：

检测台以及微位移记录装置；所述微位移记录装置包括莫尔图像形成机构、图像记录机构以及上位机；所述莫尔图像形成机构包括位于所述检测台上的微图文阵列以及与所述微图文阵列相对设置的微透镜阵列；所述微透镜阵列设于所述图像记录机构朝向微图文阵列一侧；

其中，所述微透镜阵列与所述微图文阵列可相对移动，所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像；所述图像记录机构记录所述第一莫尔图像，当检测台发生相对位移时，由于所述微图文阵列伴随检测台也产生位移，所述所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像的大小、位移、方位角或清晰度中一种或两种以上将发生变化，所述图像记录机构记录所述第二莫尔图像，所述图像记录机构将第一莫尔图像以及第二莫尔图像传输给上位机，所述上位机结合数字图像处理方法，对第一莫尔图像以及第二莫尔图像的大小、位移、方位角或清晰度一种或两种以上进行分析计算，可检测出所述检测台(x,y)平移量和/或转动角(θ)的变化值，利用记录的莫尔图像的清晰程度，可检测z轴方向的微动值。

在其中一实施例中，所述微透镜阵列与所述微图文位于所述检测台同侧。

本发明将产生三种有益效果：

(一)相对于传统光栅莫尔条纹，在不降低检测分辨率的情况下，莫尔图像在工作平面内能够检测多个维度，包括x、y和转角θ。另外，还可以利用光学记录系统中的图像聚焦清晰度，在z轴方向的距离检测。

(二)利用随机或非周期排布的微透镜单元，通过将微透镜单元与位于另一机构的微图文单元相关联，在成像区域内形成一个悬浮的、仅且有一个放大的微图文单元影像，而非传统的周期排布的多个放大微图文影像。当微透镜单元和微图文单元发生相对移动或者转动时，莫尔图像会发生放大的相对移动，有利于高精度的微位移检测。

(三)该方法原理明确，机械机构简单，方法灵活。

附图说明

图1是本发明实施例一中一种基于莫尔成像原理的微位移检测装置示意图。

图2a～2c是本发明实施例二中微透镜阵列排布示意图。

图3a～3c是本发明实施例三中微图文阵列排布示意图。

图4a～4d是本发明实施例四中的记录于图像记录装置的莫尔图像。

图5a～5d是本发明实施例五中的呈正方排布的微透镜阵列和微图文阵列形成的莫尔图像示例。

图6a～6c是本发明实施例六中的呈正方排布的微透镜阵列和微图文阵列形成的莫尔图像示例。

图7a～7d是本发明实施例七中的呈随机排布的微透镜阵列和微图文阵列形成的Glass效应莫尔图像示例。

图8a～8c是本发明实施例八中的呈随机排布的微透镜阵列和微图文阵列形成的Glass效应莫尔图像示例。

图9是本发明实施例九中的在垂直工作平面方向的微位移检测原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

本发明提供了一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，包括检测台以及微位移记录装置；所述检测台主要可以将需要测量微位移的样品放于所述检测台上，样品与检测台相对静止，样品跟随检测台一起运动，或者所述检测台就是样品；所述微位移记录装置包括莫尔图像形成机构、图像记录机构以及上位机；这里的上位机主要是计算机，图像记录机构将图片传输给计算机，计算机结合图像处理技术计算莫尔图像的变化，来得知检测台的变化情况。

其中，所述莫尔图像形成机构包括位于所述检测台上的微图文阵列以及与所述微图文阵列相对设置的微透镜阵列；其中，所述微透镜阵列形状可以是柱面、球面或非球面。所述微透镜阵列中微透镜排列方式可以是周期型的规则排布，也可以是随机或者非周期非规则排布。所述微透镜阵列设于所述图像记录机构朝向微图文阵列一侧，所述图像记录结构可以是CCD或者CMOS，当然还可以是其他可以记录图像的设备，这样微透镜阵列设于所述图像记录机构前侧，可以设于图像记录机构上，也可以设于微图文阵列与所述图像记录机构之间，并且与所述图像记录机构保持相对静止，所述图像记录机构连接所述上位机，所述图像记录机构将记录的图像传输于所述上位机，所述上位机对于图像提取移动的微位移。

当检测台自身就是样品的时候，所述微图文阵列设于所述样品上，这样样品移动就可以通过图像记录机构进行实时的抓拍，计算样品的移动情况。

在其中一实施例中，所述微透镜阵列与所述微图文位于所述检测台同侧，也就是说，所述微图文阵列朝向所述微透镜阵列；当然，当所述检测台是透明的时候，所述微透镜阵列与所述微图文阵列也可以是位于所述检测台的两侧，这样同样也可以实现检测的功能。

在其中一实施例中，所述图像记录机构选自电荷耦合器件、互补金属氧化物导体、感光记录图像的光学元件、电子器件或者化学材料，只要能完成图像的采集功能的器件，且能够达到相对应的精度要求，都可以使用。

在其中一实施例中，所述微图文阵列与所述微透镜阵列的焦平面的距离在所述微透镜焦距的50％～150％范围之内，这样当检测台在Z轴方向上运动时，可以保证微透镜阵列与所述微图文阵列可以成像。

在其中一实施例中，所述微图文单元位置坐标与微透镜单元相关联，所述相关联微图文单元的位置坐标由经过微透镜单元的位置坐标经过变换获得，所述的变换包括坐标缩放变换和/或坐标旋转变换，通过这样的变化，可以保证图像记录机构只记录一个图像，也就是这样微透镜阵列与所述微图文阵列能形成唯一的图像。

在其中一实施例中，所述微图文阵列中的微图文为微印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案或印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案以及线条结构微图案中一种或两种以上组合构成。

一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测方法，其特征在于，包括：

检测台以及微位移记录装置；所述微位移记录装置包括莫尔图像形成机构、图像记录机构以及上位机；所述莫尔图像形成机构包括位于所述检测台上的微图文阵列以及与所述微图文阵列相对设置的微透镜阵列；所述微透镜阵列设于所述图像记录机构朝向微图文阵列一侧；

其中，所述微透镜阵列与所述微图文阵列可相对移动，所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像；所述图像记录机构记录所述第一莫尔图像，当检测台发生相对位移时，由于所述微图文阵列伴随检测台也产生位移，所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像的大小、位移、方位角或清晰度中一种或两种以上将发生变化，所述图像记录机构记录所述第二莫尔图像，所述图像记录机构将第一莫尔图像以及第二莫尔图像传输给上位机，所述上位机结合数字图像处理方法，对第一莫尔图像以及第二莫尔图像的大小、位移、方位角或清晰度一种或两种以上进行分析计算，可检测出所述检测台(x,y)平移量和/或转动角(θ)的变化值，利用记录的莫尔图像的清晰程度，可检测z轴方向的微动值。

在其中一实施例中，所述微透镜阵列与所述微图文位于所述检测台同侧。

实施例一：参见附图1所示，一种基于莫尔成像原理的微位移检测装置示意图。检测台14上承载有用于本发明莫尔图像微位移检测的微图文阵列区11。微透镜阵列区12和图像记录机构13位于可相对于待测台运动的另一机械结构上。微透镜阵列区12用于和检测台14上的微图文阵列区11配合，形成莫尔图像。图像记录机构13具有照明、图像微缩和图像记录功能。检测台14与图像记录机构13之间的相对平动、转动，将影响莫尔图像的位置、大小和取向。待测台微图文阵列区11处于微透镜阵列区12焦距的50％～150％范1围。莫尔图像放大了微小位移，通过检测图像记录机构13上的莫尔图像，根据莫尔放大倍率，就能获得微小位移的大小和方向。

实施例二：参见附图2a～2c所示，一种基于莫尔成像原理的微位移检测方法和装置中微透镜阵列的排布示意图。这种排布可以是规则的正方排列，如附图2a所示，或是规则的蜂窝排列，如附图2b所示；或是非周期非规则的排布，如附图2c所示。所述微透镜的口径尺寸为10至1000微米，微透镜的数值孔径为0.1～4.0。优选的技术方案，微透镜口径尺寸为50至500微米；微透镜数值孔径小于2.0。微透镜阵列可以是柱面、球面或非球面。微透镜所在区域面积与总面积之比称为占空比。占空比越高，得到的放大图形对比度越高。如图2a所示的呈正方排列的微透镜阵列的占空比78％，如附图2b所示的呈蜂窝排列的微透镜阵列的占空比可达90％。

实施例三：参见附图3a～3c所示，一种基于莫尔成像原理的微位移检测方法和装置中微图文阵列的排布示意图。所述的排布可以是规则的正方排列，如附图3a所示，或是规则的蜂窝排列，如附图3b所示；或是非周期非规则的排布，如附图3c所示。所述的微图文阵列由微印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案或印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案以及线条结构微图案中至少两者的组合构成。所述微图文层中的微图文可以是图形，可以是文字，也可以是图形和文字的混合；可以采用普通印刷图文，也可以采用微纳结构，例如，可以是一维光栅，光栅常数0.4微米至50微米；也可以是一维纳米光栅，光栅常数0.04微米至0.4微米；还可以是二维布拉维点阵结构。所述的技术方案中，各微图文的中心坐标构成的阵列和各微透镜的中心坐标构成的阵列之间具有缩放和/或旋转关系，设T1为微透镜阵列排布距离参数；T2为微图文阵列排布距离参数；M为宏观图形放大率，为微透镜阵列与微图文阵列之间的转角，为比例参数，则莫尔图像放大倍率M及其转角φ可由下面公式计算得到：

φ＝arctan(sinθ/(r-cosθ))

其中，r为为微图文周期与微透镜周期之比，θ为微图文阵列与微透镜阵列之间的夹角。

实施例四：参见附图4a～4d所示，一种基于莫尔成像原理的微位移检测方法和装置中的记录的莫尔图像。附图4a为所述的微图文单元十字叉丝。十字叉丝大小为50微米，线条宽度为12.5微米。示例中取,即根据前述公式，放大率和转角.所述的排布可以是规则的正方排列，如附图4b所示，或是规则的蜂窝排列，如附图4c所示；或是非周期非规则的排布，如附图4d所示。当微图文阵列为周期规则排布时，呈现的放大的莫尔图像也为周期排布。当微图文阵列为非周期非规则排布时，呈现出一个且仅有一个放大的莫尔图像。基于随机阵列的Glass效应莫尔图像，存在一个变换不动点，它的对准要求比周期型莫尔现象更高，对微位移大小的绝对值更加敏感，因而更适合用于微位移检测。

实施例五：参见附图5a～5d所示，一种基于周期型莫尔成像原理的微位移检测方法和装置的示例。采用所前述的十字叉丝作为输入的微图文。十字叉丝大小为50微米，线条宽度为12.5微米。示例中取,即根据前述公式，放大率和转角.所述的排布选择为正方排列。对其它周期型排布的微透镜和微图文阵列情况类似。当检测台14相对于图像记录机构13发生微小位移时，图像记录机构13中的莫尔图像将会发生较大位移。例如，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿x轴正方向的移动1微米，则莫尔图像将会同样向x轴正方向移动201微米，如附图5a所示。虚线框为未发生相对位移时莫尔图像的位置，填充的黑色十字叉丝为移动后的莫尔图像的位置。同理，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿x轴负方向的移动1微米，则莫尔图像将会同样向y轴负方向移动201微米，如附图5b所示。如果采用48mmx36mm的CCD靶面，像素数为752x582，在放大倍率M为201倍的情况下，CCD的分辨力，系统分辨力。在此基础上，如果结合图像处理的方法以及CCD像素高度细分，优化微透镜阵列-微图文阵列结构参数，采用更高的莫尔图像放大倍率，该系统有望实现纳米级甚至亚纳米级的微小位移检测精度。同理，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿y轴正方向的移动1微米，则莫尔图像将会同样向y轴正方向移动201微米，如附图5c所示。虚线框为未发生相对位移时莫尔图像的位置，填充的黑色十字叉丝为移动后的莫尔图像的位置。同理，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿y轴负方向的移动1微米，则莫尔图像将会同样向y轴负方向移动201微米，如附图5d所示。

实施例六：参见附图6a～6c所示，一种基于周期莫尔成像原理的微位移检测方法和装置的示例。采用所前述的十字叉丝作为输入的微图文。十字叉丝大小为50微米，线条宽度为12.5微米。示例中取。检测台14与图像记录机构13有微小转角θ时，根据前述公式，形成莫尔图像大小将改变。当时，放大率M为200，莫尔图像大小10mm，如附图6a所示。当时，放大率M为100，莫尔图像大小5mm，如附图6b所示。当放大率M为300，莫尔图像大小15mm，如附图6c所示。所述的排布选择为正方排列。对其它周期排布的微透镜阵列和微图文阵列情况类似，如蜂窝排列、长方排列等。

实施例七：参见附图7a～7d所示，一种基于Glass效应莫尔成像原理的微位移检测方法和装置的示例。采用所前述的十字叉丝作为输入的微图文。十字叉丝大小为50微米，线条宽度为12.5微米。示例中取,即根据前述公式，放大率和转角。Glass效应与前述周期型规则排列的微透镜和微图文阵列不同点在于，它将形成仅形成一个莫尔放大图像。在莫尔图像周围，将出现明暗相间的圆环。当检测台14相对于图像记录机构13发生微小位移时，图像记录装置中仅有的一个Glass莫尔图像将会发生较大位移。例如，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿x轴正方向的移动1微米，则莫尔图像将会同样向x轴正方向移动201微米，如附图7a所示。虚线框为未发生相对位移时Glass莫尔图像的位置，填充的黑色十字叉丝为移动后的Glass莫尔图像的位置。同理，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿x轴负方向的移动1微米，则Glass莫尔图像将会同样向y轴负方向移动201微米，如附图7b所示。同理，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿y轴正方向的移动1微米，则Glass莫尔图像将会同样向y轴正方向移动201微米，如附图7c所示。同理，当检测台14相对于图像记录机构13发生沿y轴负方向的移动1微米，则Glass莫尔图像将会同样向y轴负方向移动201微米，如附图7d所示。

实施例八：参见附图8a～8c所示，一种基于Glass莫尔成像原理的微位移检测方法和装置的示例。采用所前述的十字叉丝作为输入的微图文。十字叉丝大小为50微米，线条宽度为12.5微米。示例中取。检测台14相对于图像记录机构13有微小转角θ时，根据前述公式，形成莫尔图像大小将改变。当时，放大率M为200，莫尔图像大小10mm，如附图8a所示。当时，放大率M为100，莫尔图像大小5mm，如附图8b所示。当放大率M为300，莫尔图像大小15mm，如附图8c所示。

实施例九：参见附图9所示，利用莫尔图像清晰度在垂直工作平面方向的微位移检测原理示意图。当微图文阵列11位于微透镜阵列12焦面上时，成像于图像记录机构13的莫尔图像最为清晰，如附图9中0位置所示。当检测台14与图像记录机构13之间距离偏离最佳焦距时，无论在焦面前1位置还是焦面后1’位置,形成的莫尔图像将会模糊。结合数字图像处理技术，将会获得沿z轴方向的微小位移变化。当微透镜口径80微米，曲率半径80微米，微透镜矢高10.7微米时，在焦面前光斑直径为焦点处2倍时，z轴方向偏移20微米。在焦面后光斑直径为焦点处2倍时，z轴方向偏移5微米。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，其特征在于，包括检测台以及微位移记录装置；所述微位移记录装置包括莫尔图像形成机构、图像记录机构以及上位机；

其中，所述莫尔图像形成机构包括位于所述检测台上的微图文阵列以及与所述微图文阵列相对设置的微透镜阵列；所述微图文阵列包括若干微图文单元，所述微透镜阵列包括若干微透镜单元；所述微透镜阵列设于所述图像记录机构朝向微图文阵列一侧，所述图像记录机构连接所述上位机，所述图像记录机构将记录的图像传输于所述上位机，所述上位机对图像处理提取检测台的微位移；

其中，所述微透镜阵列与所述微图文阵列可相对移动，所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像；所述图像记录机构记录形成的第一莫尔图像，当检测台发生相对位移时，由于所述微图文阵列伴随检测台也产生位移，所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像的大小、位移、方位角、清晰度中一种或两种以上将发生变化，所述图像记录机构记录形成的第二莫尔图像，所述图像记录机构将第一莫尔图像以及第二莫尔图像传输给上位机，所述上位机结合数字图像处理方法，对第一莫尔图像以及第二莫尔图像的大小、位移、方位角、清晰度一种或两种以上进行分析计算，可检测出所述检测台(x,y)平移量和/或转动角(θ)的变化值，利用记录的莫尔图像的清晰程度，可检测z轴方向的微动值；

所述微透镜阵列中微透镜排列方式为周期型的规则排布、随机排布或者非周期非规则排布；所述微图文单元位置坐标与微透镜单元相关联，所述相关联微图文单元的位置坐标由经过微透镜单元的位置坐标变换获得，所述的变换包括坐标缩放变换和/或坐标旋转变换。

2.如权利要求1所述的一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，其特征在于，所述微透镜阵列与所述微图文阵列位于所述检测台同侧。

3.如权利要求1所述的一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，其特征在于，所述图像记录机构采用电荷耦合器件、互补金属氧化物导体、感光记录图像的光学元件、电子器件或者化学材料。

4.如权利要求1所述的一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，其特征在于，所述微透镜阵列形状是柱面、球面或非球面。

5.如权利要求1所述的一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，其特征在于，所述微图文阵列与所述微透镜阵列的焦平面的距离在微透镜焦距的50％~150%范围之内。

6.如权利要求1所述的一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测装置，其特征在于，所述微图文阵列中的微图文为微印刷图案、填充颜料或染料的表面微浮雕微图案、线条结构微图案或印刷图案中一种或两种以上组合构成。

7.一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测方法，其特征在于，包括：

检测台以及微位移记录装置；所述微位移记录装置包括莫尔图像形成机构、图像记录机构以及上位机；所述莫尔图像形成机构包括位于所述检测台上的微图文阵列以及与所述微图文阵列相对设置的微透镜阵列；所述微图文阵列包括若干微图文单元，所述微透镜阵列包括若干微透镜单元；所述微透镜阵列设于所述图像记录机构朝向微图文阵列一侧；

其中，所述微透镜阵列与所述微图文阵列可相对移动，所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像；所述图像记录机构记录形成的第一莫尔图像，当检测台发生相对位移时，由于所述微图文阵列伴随检测台也产生位移，所述微透镜阵列与所述微图文阵列配合形成放大的莫尔图像的大小、位移、方位角、清晰度中一种或两种以上将发生变化，所述图像记录机构记录形成的第二莫尔图像，所述图像记录机构将第一莫尔图像以及第二莫尔图像传输给上位机，所述上位机结合数字图像处理方法，对第一莫尔图像以及第二莫尔图像的大小、位移、方位角、清晰度一种或两种以上进行分析计算，可检测出所述检测台(x,y)平移量和/或转动角(θ)的变化值，利用记录的莫尔图像的清晰程度，可检测z轴方向的微动值；

所述微透镜阵列中微透镜排列方式为周期型的规则排布、随机排布或者非周期非规则排布；所述微图文单元位置坐标与微透镜单元相关联，所述相关联微图文单元的位置坐标由经过微透镜单元的位置坐标变换获得，所述的变换包括坐标缩放变换和/或坐标旋转变换。

8.如权利要求7所述的一种基于微透镜莫尔成像的精密微位移检测方法，其特征在于，所述微透镜阵列与所述微图文阵列位于所述检测台同侧。

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