CN2921828Y - 光学成像系统及具有该光学成像系统的光学检测系统 - Google Patents

Abstract

光学成像系统及光学检测系统，该光学成像系统包括：主机体，其内设置有点光源产生器、分光器，调焦系统、准直系统和图像显示器；光源系统，可替换地设置在主机体的一侧，来自光源系统的光束通过主机体进入点光源产生器；镜头，可替换地设置在主机体的与设置光源系统的侧面相邻或相对的一侧，来自点光源产生器的一部分光束通过分光器及镜头照射至被测面，另一部分光束通过分光器照射至参考面上，被测面反射的光束和参考面反射的光束沿原光路返回，通过分光器汇合，经由调焦系统进入成像装置；成像装置，可替换地设置在主机体的与设置光源系统的侧面相邻的另一侧。本实用新型通过模块化的组合设计来实现高精度、非接触、速度快、多功能的检测。

Description

光学成像系统及具有该光学成像系统的光学检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种光学成像系统及具有该光学成像系统的光学检测系统，尤其涉及一种通过模块化的组合设计达到高精度、多功能检测的光学成像系统及光学检测系统，其可以用于光学加工行业中的光学元件检验、半导体工业中的晶片检测、高等院校的科研和教学仪器、大平板显示的平面度检测等多种领域，并能够对物体表面的平面度、球面的平整度、弧形表面的曲率半径、直角棱镜的90°偏差、光楔角误差以及可透射材料材质均匀性等多种参数指标进行精确的检测。

背景技术

采用光学干涉原理进行检测，已广泛地应用于各种领域。在一些高质量的零件中，要求其不平度与理想平面之差小于一个波长。这时光学方法是检验这些零件的重要手段之一。通常使用的光学方法可分为相干成像方法和非相干成像方法，根据测量条件的不同和高频信号的情况可以选择不同的光学检测方法。早期和目前生产现场仍然使用的一种简单的相干条纹观测法，即牛顿环，可以把待测平面与标准平面贴在一起使其产生干涉条纹，若条纹平直，则平面度满足要求。若条纹弯曲，则可根据弯曲程度估算出其不平度。这种传统式的接触检验，易损伤加工表面、速度慢、精度低、对检验人员有较高的经验要求。

随着工业的迅猛发展，对光学检测精度的要求、自动化程度的要求等越来越高。而高质量的零件加工是现代化工业发展的必然趋势和市场走向，这就必然造成高精度的检验是高精密加工所必不可少的一部分，为此，现代化工业的市场需求要求提供：100％的无损检验(即非接触检验)、快速检验、定量的检验报告等。

目前，为了实现高精度的无损检测，通常使用一种结构比较复杂、精度相对较高的光学检测系统，其由光学成像系统、数据分析装置、数据显示装置等构成。数据分析装置可以根据光学成像系统检测到的光学成像的结果进行相应的处理和运算，进而得出相应的检测数据，然后，通过数据显示装置显示检测数据。其中，该光学成像系统可以由不同的光学器件布置而成，其主要包括光源、成像组件等。

然而现有的国产光学检测系统功能单一，质量难以满足市场的要求。

国际上最先进的光学检测系统，如美国干涉仪公司的产品，它的各个部件均是固定不变的，很难随意组合来适应现代工业产品不断变化的要求。加之成本居高不下，对生产现场使用极不实际。

因此，目前的光学成像系统和光学检测系统仍有待加以改进，以适应现代化发展的需求。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种光学成像系统及具有该光学成像系统的光学检测系统，其通过可模块化组合的设计理念，使得根据本实用新型设计的光学成像系统及光学检测系统能够在结构简单、适应于多种被测面的前提下，实现高精度、多功能的检测，由此可大大降低检测成本。

为此，本实用新型提供一种光学成像系统，其包括：主机体，在该主机体内设置有：点光源产生器，用于产生点光源；分光器，其接收来自该点光源产生器的光束并将其一分为二射出；调焦系统，其接收来自该分光器的汇合光束并将其射出；准直系统，用于调整被测面与光轴的相对位置；图像显示器，该图像显示器的显示部分设置在与该主机体的壳体的一开口相对应的位置处；光源系统，其可替换地设置在该主机体的一侧，来自该光源系统的光束通过该主机体进入该点光源产生器；镜头，其包括准直器，并可替换地设置在该主机体的、与设置该光源系统的侧面相邻或相对的一侧，来自该点光源产生器的一部分光束通过该分光器及该镜头照射至被测面，并且另一部分光束通过该分光器照射至参考面上，该被测面反射的测试光束和该参考面反射的参考光束沿原光路返回，通过该分光器汇合，并进入该调焦系统；成像装置，其可替换地设置在该主机体的、与设置该光源系统的侧面相邻的另一侧，以使所述通过该调焦系统的光束在该成像装置上成像。

根据上述构思，该准直系统与该调焦系统可进行位置互换。

根据上述构思，该光学成像系统根据不同的干涉原理进行配置。

根据上述构思，该光源系统中包括有低相干性的光源(相干长度小于等于1米)、中相干性的光源(相干长度小于等于5米)或高相干性的光源(相干长度大于5米)。

根据上述构思，该镜头可选用小口径的镜头、中口径的镜头或大口径的镜头，并且该成像装置可选用相干直接成像、相干定倍变焦成像或相干连续变焦成像的成像装置。

根据上述构思，该镜头还包括作为该参考面并靠近该被测面设置的标准镜。

根据上述构思，该光学成像系统为采用不同的相移技术的光学成像系统，其中在该光学成像系统的镜头内设置有用于使该参考面移动的相移器、或在该成像装置的CCD前设置全息相移器件、或在该成像装置的CCD前设置偏振相移器件、或该光源系统为可对光波长进行调制的光源系统。

根据上述构思，在该参考光束和该测试光束分开的情形下，该参考光束和该测试光束分别经过准直器射至该参考面和该被测面。

根据上述构思，该镜头还包括用于测试球面的标准会聚透镜，其设置在该被测面和该准直器之间。

根据上述构思，该成像装置采用非相干成像的成像装置。

根据上述构思，在该主机体的外表面上设置滑移件，并可在与所述滑移件相匹配的滑移支架上前后、左右和/或上下移动。

本实用新型还提供一种光学检测系统，包括：具有上述结构的光学成像系统；对数据进行分析或处理的数据分析装置，其接收来自该光学成像系统的光学成像数据；以及显示检测结果的数据显示装置，其接收由该数据分析装置分析或处理的数据。

根据本实用新型的光学成像系统和光学检测系统通过模块化的组合设计，具有以下有益技术效果：

1、高精度、非接触、速度快：

由于本实用新型的光学成像系统和检测系统以光波长作为量尺来测试面型误差，故具有高精度；其用光波照射参考面和被测面来比较两者反射的波像差以确定被测面的形状误差，故属于典型的非接触测量；而采用CCD接收图像信息并可通过PC机进行极快速的处理具有检测速度快的特点。

2、多功能：

根据本实用新型的光学成像系统和检测系统可以对光学平面、球面、复曲面、轻度非球面、曲率半径、直角锥镜、直角棱镜角度误差、玻璃窗口、半导体晶片、基底材料、硬盘、气浮表面、弯曲表面、夹盘面、陶瓷表面、材质均匀性等进行检测，具有多功能的特点。

3、组合式：

依据实际检测要求，如光源相干长度长短、或者口径大小、或者一倍还是变倍成像、或者相移方式及软件分析功能等，可随意进行组合；

依据财政预算要求，如近、中、长期购置计划，产品可随时升级而无需整体更换；

依据样品的最佳被测方式，可采用平式、俯式或仰式来进行使用；

因为模块化的组合式结构，各子系统均不会被重复使用，所以生产成本大大降低，极易被普通生产单位所接受，竞争力强、市场潜力大。

附图说明

图1为根据本实用新型的光学成像系统的模块化结构设计的框图；

图2为根据本实用新型的光学成像系统的基本结构示意图；

图3为图2所示的光学成像系统的基本结构的模块化分解示意图；

图4为根据本实用新型实施例1的以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图；

图5示出了在以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试平面时由标准平面镜进入到被测面上的光路示意图；

图6示出了在以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试凸球面时由标准球面镜进入到被测面上的光路示意图；

图7为根据本实用新型实施例2的以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图；

图8为根据本实用新型实施例3的以迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图；

图9示出了在根据迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试平面时的光路示意图；

图10示出了在根据迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试凸球面时的光路示意图；以及

图11为根据本实用新型实施例4的以迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本实用新型的具体实施例，其实例将在附图中示意性地示出。在此需要说明的是，所附附图中仅示出与成像有关的光路系统，而省略了与成像无关的其它可能出现的光路，其中附图中所示的实心双箭头表示可移动之意；空心双箭头表示可替换之意。

本实用新型的主要技术构思在于，对光学系统采用模块化组合式结构的设计，从而使得根据本实用新型设计的光学系统结构简单，并能通过随意的组合来适应多种被测面的需要和检测要求，从而实现高精度、多功能的检测。

根据本实用新型的光学成像系统主要包括：主机体，在该主机体内设置有：点光源产生器，用于产生点光源；分光器，将接收来自该点光源产生器的光束并将其一分为二射出；调焦系统，其接收来自该分光器的汇合光束并将其射出；准直系统，用于调整被测面与光轴的相对位置；和图像显示器，该图像显示器的显示部分设置在与该主机体的壳体的一开口相对应的位置处；光源系统，其可替换地设置在该主机体的一侧，来自该光源系统的光束通过该主机体进入该点光源产生器；镜头，其包括准直器，并可替换地设置在该主机体的、与设置该光源系统的侧面相邻或相对的一侧，来自该点光源产生器的一部分光束通过该分光器及该镜头照射至被测面，并且另一部分光束通过该分光器照射至参考面上，由该被测面反射的测试光束和该参考面反射的参考光束沿原光路返回，通过该分光器汇合，并进入该调焦系统；成像装置，其可替换地设置在该主机体的、与设置该光源系统的侧面相邻的另一侧，以使通过该调焦系统的光束在该成像装置上成像。其中，在该主机体内设置的图像显示器便于用肉眼观察成像图案。主机体内的设置调焦系统可以准确地将被测面聚焦在成像装置的CCD上。如果对在光学成像系统的成像装置上的成像数据进行相应的分析或处理，即可得到所要检测的数据。

请参考图1，其为根据本实用新型的光学成像系统的模块化结构设计框图。再请参考图2和图3，其分别为根据本实用新型的光学成像系统的基本结构示意图、以及图2所示的光学成像系统的基本结构的模块化分解示意图。其中，主机体100为本实用新型光学成像系统的主体部分。在主机体100中，点光源产生器110可以采用针孔或光纤等形式来实现；分光器130则可以选用平板式、立体式、薄膜式等分光器。

在主机体100中设置有调焦系统140和准直系统150，准直系统150可用于对被测面的位置进行调整和定位，也就是说，调整被测面和光轴X的相对位置，例如被测面与光轴X的垂直位置、被测面的待测量位置等。在准直之后即可将准直系统150移走，然后将调焦系统140移至光路中进行调焦，从而进行成像。调焦系统140和准直系统150的这种可移动式设置可以通过各种公知的手段来实现，例如通过在主机体100中设置的诸如滑轨等机械移动装置手动或自动地进行控制，或者采用其它各种可行的方式。

上述主机体100及其内部光学器件的结构设置可以使本实用新型的光学成像系统采用不同的成像原理进行设计，即可以设计为相干成像系统或非相干成像系统。其具体实现方式，将在下文中详细说明。

此外，在主机体100的侧面分别设置有可根据测试要求更换的光源系统200、镜头300和成像装置400。所述测试要求由被测面的形状、测试精度、采用的成像方式等因素来决定。

其中，光源系统200可拆卸并可根据测试要求更换地设置在图2和图3所示的主机体100的上侧，其可以为诸如激光二极管、多模激光器等的低相干性光源；诸如单模激光器、可见的/近红外/中红外氦氖激光器、二氧化碳激光器等的中相干性光源；或者诸如稳频氦氖激光器等的高相干性光源等等。

而镜头300则可拆卸并可根据测试要求更换地设置在图2和图3所示的主机体100的左侧或下侧，即设置在主机体100的、与设置光源系统200的侧面相邻或相对的一侧，其能有效地将由被测面反射的、沿原光路返回的光束引导至分光器130，并借助准直系统150对被测面进行调整和定位，然后再通过调焦系统140进行调焦，从而在成像装置400上进行成像。根据本实用新型的构思，镜头300可设置为小口径的镜头、中口径的镜头、或大口径的镜头，并且在镜头300中可设置作为参考面的标准镜，其中，标准镜需根据实际设置的成像系统以及被测面来进行选择。举例说明，小口径的镜头可以选用口径小于或等于3/4英寸(即小于或等于19.05mm)的镜头，中口径的镜头可以选用口径介于2英寸至4英寸之间(介于50.8mm至101.6mm之间)的镜头，而大口径的镜头则可以选用口径大于4英寸(大于101.6mm)的镜头。对于口径较小的镜头而言，可以采用直光路的模式进行设置，而对于口径相对较大的镜头而言，为了减小器件的长度则可以采用折转光路的模式进行设置。当然，本实用新型的镜头选择并不限于上述方式。使用者完全可以根据实际需要或被测面的具体情况进行相应调整或修改。

另外，根据本实用新型的镜头300可以仅包括准直器320；或者包括靠近被测面设置的标准镜310以及准直器320；可变化地，根据本实用新型的镜头300还可以包括靠近被测面设置的标准镜头310、准直器320以及设置在标准镜310和准直器320之间的用于使参考面移动的相移器330，以适应不同的相干方式和相移方式(其具体配置将在下文中举例说明)。

根据本实用新型的成像装置400可拆卸并可根据测试要求更换地设置在图2和图3所示实施例的主机体100的右侧(即主机体100的、与设置光源系统200的侧面相邻的另一侧)，由被测面和参考面反射的光束通过分光器130和调焦系统140之后射至成像装置400上成像。

这样，主机体100、光源系统200、镜头300和成像装置400以及被测面即可构成一个完整的光学成像系统。

下面就通过具体的几个实例来说明本实用新型的光学成像系统的模块化组合的设计构思。

[实施例1]

根据本实用新型的实施例1是以菲索干涉原理来实现光学成像的，如图4所示。图4为根据本实用新型实施例1的以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图。根据本实用新型实施例1的光学成像系统可以用于测试平面或球面。

在图4所示的光学成像系统中采用的镜头301由标准平面镜311以及小口径的准直器321组成，即镜头301为小口径的镜头，其设置在主机体100的左侧，并使平面标准镜311与被测面900之间的光程差满足相干成像的要求。来自光源系统200的光源210的光束经由折射镜220和发散透镜230沿垂直入射光的方向发射至点光源产生器110，由点光源产生器110发射的光束发射至分光器130，其中的一部分光束通过分光器130入射至镜头301，这部分光束的一部分通过标准平面镜311反射回来形成第一反射光束R，而这部分光束的另一部分则透射穿过镜头照射至被测面900，通过被测面900沿原光路反射回来形成第二反射光束T，这样两束反射光束R和T透射穿过分光器130和调焦系统140发射至成像装置400中成像。该成像的情况可以通过设置在主机体100内的图像显示器120用肉眼观察。通常情况下，使用者可以通过设置于主机体100的壳体上的、与图像显示器120的显示部分相对应的开口来观察图像显示器120上的成像图案。而该图像显示器120本身就可以认为是一个目测检测系统。

由于在实施例1中采用的是直接成像，所以成像装置400可以采用相干直接成像在CCD上来采集成像数据。

在实施例1的可变实施例中，可以将镜头301中的标准平面镜311替换为标准球面镜311’，由此就可以测试球面了；或者替换为其它形状的标准镜以测试其它形状的被测面。

图5示出了在以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试平面时由标准平面镜进入到被测面上的光路示意图，图6示出了在以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试凸球面时由标准球面镜进入到被测面上的光路示意图，其中，显然入射光线和反射光线在图5和图6所示出的情况下应该是重合的，但是为了更清晰地示出光路的走向，在图5和图6中将重合的光束分开示出。

在本实施例及其变化例中，除了采用小口径的镜头之外，还可以采用中口径的镜头或大口径的镜头，以使根据本实用新型的光学成像系统可以自由地进行模块化的配置，这时，也可以将相干直接成像的成像装置400替换为相干定倍变焦成像的成像装置410。在相干定倍变焦成像的成像装置410中，通常在成像位置S与CCD之间设置固定倍率的光学器件411。而对于非相干的成像装置而言，则可以在成像装置410中加入漫反射器500。

根据本实用新型的实施例1所得到的成像数据可以传送到数据分析装置中，并通过条纹分析软件进行分析运算，进而获得准确的测量结果。

由此可见，本实用新型的实施例1及其变化例具有如下特点：

1、出射光束的方向是水平的；

2、参考和测试光路为共用光路(即参考光束和测试光束是重合的)，这样可以减少测量误差；

3、可以根据被测面为平面或球面等不同形状，来选择是采用标准平面镜还是标准球面镜或是其它标准镜；

4、通过模块化地更换镜头，使得镜头的口径可以随着光束的直径而发生相应变化；

5、从参考面和测试面反射回来的光是以透射方式通过分光器的，因此，分光器本身的面型误差对测量的影响较小。

[实施例2]

根据本实用新型的实施例2(如图7所示)与实施例1的大部分配置是相同的，其区别主要在于镜头和成像装置的配置以及镜头的设置位置。

图7为根据本实用新型实施例2的以菲索干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图。根据本实用新型实施例2的光学成像系统可以用于测试平面、球面或其它形状的表面。

在图7所示的光学成像系统中采用的镜头302由靠近被测面900设置的标准平面镜312、大口径的准直器322、以及位于标准平面镜312和大口径的准直器322之间的相移器332组成，并设置在主机体100的下侧。来自光源系统200的光源210的光束经由折射镜220和发散透镜230沿垂直入射光的方向发射至点光源产生器110，由点光源产生器110发射的光束发射至分光器130，其中的一部分光束通过分光器130向下发射至镜头302，这部分光束的一部分通过标准平面镜312沿原光路反射回来形成第一反射光束R，而这部分光束的另一部分则透射穿过镜头照射至被测面900，通过被测面900沿原光路反射回来的光束形成第二反射光束T，这样两束反射光束R和T通过分光器130和调焦系统140发射至成像装置400中成像。该成像的情况可以通过设置在主机体100内设置的图像显示器120用肉眼观察。

从实施例2中可以看到，为了使大口径的准直器322的整体长度尽可能地小，可以采用折转光路的方式来减小准直器322的整体长度，但是，这样会产生一定的光能损失。

在镜头302中设置的相移器332是用于移动参考面的相移器，其可以由压电元件(例如：压电晶体、压电陶瓷、压电半导体、有机高分子压电材料等)制成或者采用其它的机械移动方式来连续移动诸如标准平面镜之类的标准镜。由于在实施例2中采用的是连续变焦的相干成像，所以成像装置400可以采用相干连续变焦成像的CCD。

在实施例2的一变例中，与实施例1一样也可以将镜头302中的标准平面镜替换为标准球面镜，由此就可以测试球面了，其中，由标准平面镜或球面镜进入到被测面上的光路与图5和图6所示的情况基本相同。

在根据本实用新型的实施例2及其变化例中，除了采用大口径的镜头之外，还可以采用中口径的镜头或小口径的镜头，以使根据本实用新型的光学成像系统可以自由地进行模块化的配置。

在此需要提及的是，根据本实用新型实施例2的另一变化例，成像装置400可以采用带全息相移器件的CCD或带偏振相移器件的CCD来取代在标准镜头和准直镜之间的相移器，另外还可通过对光源的波长进行调制来实现相移(亦即，该光源系统为可对光波长进行调制的光源系统)。如图8所示，其中示出了连续变焦成像的成像装置420，在该连续变焦成像的成像装置420中，通常在成像位置S与CCD之间设置连续变焦的光学器件421。而对于非相干成像装置而言，则可以在成像装置420中加入漫反射器500。

根据本实用新型的实施例2所得到的成像数据可以传送到数据分析装置中，并通过相移分析软件进行分析运算，进而获得准确的测量结果。

由此可见，本实用新型的实施例2及其变化例具有如下特点：

1、出射光束的方向是垂直的；

2、参考和测试光路为共用光路(即参考光束和测试光束是重合的)，这样可以减少测量误差；

3、可以根据被测面为平面、球面或其它表面，来选择是采用标准平面镜、标准球面镜还是其它标准镜；

4、通过模块化地更换镜头，使得镜头的口径可以随着光束的直径而发生相应变化；

5、从参考面和测试面反射回来的光是以反射方式通过分光器的，因此，分光器本身的面型误差对测量的影响较大。

[实施例3]

根据本实用新型的实施例3是以相干成像系统中的迈克尔逊干涉仪的工作原理来实现光学成像的，如图8所示。

图8为根据本实用新型实施例3的以迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图。根据本实用新型的实施例3的光学成像系统可以用于测试平面、球面或其它形状的表面。

在图8所示的光学成像系统中采用的镜头303仅由准直器323构成，其设置在主机体100的左侧。而在主机体100的分光器130的下方，依次设置有另一个准直器(即准直透镜)160和参考面800。

其成像原理如下：来自光源系统200的光源210的光束经由折射镜220和发散透镜230沿垂直入射光的方向发射至点光源产生器110，由点光源产生器110发射的光束发射至分光器130，其中，一部分光束通过分光器130透射至准直透镜160，然后由参考面800反射的光束沿原光路返回形成第一反射光束R；而另一部分光束通过分光器130反射至镜头303，并透射穿过镜头303而照射至被测面900上，通过被测面900反射的光束沿原光路返回形成第二反射光束T，之后，两束反射光束R和T通过分光器130和调焦系统140发射至成像装置400中成像。该成像的情况可以通过设置在主机体100内设置的图像显示器120用肉眼观察。

根据本实用新型的实施例3可以采用如实施例1和2一样的模块化替换的方式，通过采用不同口径的镜头及其调节方式、以及不同的成像装置，来实现直接成像、定倍变焦成像或连续变焦成像。

图9示出了在根据迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试平面时的光路示意图；图10示出了在根据迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统中，测试凸球面时的光路示意图；其中，显然入射光线和反射光线在图9和图10所示出的情况下应该是重合的，但是为了更清晰地示出光路的走向，在图9和图10中将重合的光束分开示出。在本实用新型的实施例3中，测平面时不需要标准平面镜，但是测球面时却需要设置标准的会聚透镜333，会聚透镜的尺寸可以根据测试光束的光束口径的变化来进行选择。

在本实用新型的实施例3及其变化例中，镜头303可以采用不同的口径，以使根据本实用新型的光学成像系统可以自由地进行模块化的配置。与实施例1和2相类似，成像装置400可以根据实际配置进行选用。

由此可见，本实用新型的实施例3及其变化例具有如下特点：

1、出射光束方向是水平的；

2、参考和测试光路并非共用光路(即参考光束和测试光束是分开的)，测量误差会增加；

3、测平面时不需要标准平面镜，但是测球面或其它弯曲表面时需要标准的会聚透镜或其它标准镜，标准镜的尺寸可以随测试光束口径的变化而变化；

4、参考光束的口径和参考面是不变化的，但需要设置一个准直透镜；

5、从参考面和测试面反射回来的光分别以反射和透射方式通过分光器，因此，分光器本身的面型误差对测量的影响较大。

[实施例4]

根据本实用新型的实施例4与实施例3的大部分配置是相同的，其区别主要在于镜头的设置位置。

图11为根据本实用新型实施例4的以迈克尔逊干涉原理进行设计的光学成像系统的示意图。根据本实用新型的实施例4的光学成像系统也可以用于测试平面、球面或其它形状的表面。

在图11所示的光学成像系统中镜头303设置在主机体100的下侧。而在主机体100的分光器130的左侧，依次设置有准直透镜160和参考面800。

其成像原理如下：来自光源系统200的光源210的光束经由折射镜220和发散透镜230沿垂直入射光的方向发射至点光源产生器110，由点光源产生器110发射的光束发射至分光器130，其中，一部分光束通过分光器130反射至准直透镜160，然后由参考面800反射的光束沿原光路返回形成第一反射光束R；而另一部分光束通过分光器130向下透射至镜头303，并照射至被测面900上，通过被测面900反射的光束沿原光路返回形成第二反射光束T，之后，两束反射光束R和T通过分光器130发射至成像装置400中成像。该成像的情况可以通过设置在主机体100内设置的图像显示器120用肉眼观察。

根据本实用新型实施例4测试平面时的光路和测试球面时的光路与实施例3类似，在此将不再赘述。设置在主机体100上的其它装置可以根据实际需要自由地进行模块化的配置。

由此可见，本实用新型的实施例4具有如下特点：

1、出射光束方向是垂直的；

2、参考和测试光路并非共用光路(即参考光束和测试光束是分开的)，测量误差会增加；

3、测平面时不需要标准平面镜，但是测球面或其它弯曲表面时需要标准的会聚透镜或其它标准镜，标准镜的尺寸随测试光束口径的变化而变化；

4、参考光束的口径和参考面是不变化的，但需要设置一个准直透镜；

5、从参考面和测试面反射回来的光分别以透射和反射方式通过分光器，因此，分光器本身的面型误差对测量的影响较大。

虽然已通过上述实施例对本实用新型的光学成像系统进行了说明，但是，其只是示例性的，根据其它干涉原理，例如太曼格林(Twyman Green)干涉原理、马赫-泽德(Mach-Zender)干涉原理、剪切(shearing)干涉原理、法布里-铂罗(Fabry-Perot)干涉原理等，也可以采用本实用新型的模块化设计构思而应用于各类光学成像系统中。

另外，除了干涉成像之外，也可以采用非干涉成像的方式来设计本实用新型的成像装置，由于其构思与上面所述的详细实例具有共性，故在此不再详细说明。本领域的技术人员在阅读了本实用新型之后，完全可以根据本实用新型的技术构思实现各种变化和改型。

为了使本实用新型的光学成像系统更易于使用，可以在该主机体100的外表面上设置滑移件，以在与所述滑移件相匹配的滑移支架上前后、左右和/或上下移动，从而可以进一步实现平式使用、仰式使用或卧式使用。

根据本实用新型的光学成像系统可以用于光学检测系统中，其中，该光学检测系统还包括数据分析装置和数据显示装置，其中，数据分析装置可以是计算机，通过预设的分析软件可以对由光学成像系统检测到的数据进行分析处理，进而可以获得数据准确的检测报告。并且，分析出来的结果可以在诸如电脑显示器等的数据显示装置上显示。根据本实用新型的模块化设计结构的不同，可以采用条纹分析软件或相移分析软件等现有软件对相关数据进行分析和处理。

综上所述，对光学成像系统和光学检测系统采用如本实用新型所述的模块化设计方式，能够仅通过更换局部光学器件即可满足各种测量的需求，并实现高精度、非接触、速度快、多功能的检测。

本实用新型虽然揭示了多个实施例，但是其并非用于限定本实用新型的保护范围，只要是根据本实用新型的模块式设计构思所制成的光学成像系统和具有该光学成像系统的光学检测系统均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1、一种光学成像系统，其特征在于，包括：

主机体，在该主机体内设置有：

点光源产生器，用于产生点光源；

分光器，其接收来自该点光源产生器的光束并将其一分为二射出；

调焦系统，其接收来自该分光器的汇合光束并将其射出；

准直系统，用于调整被测面与光轴的相对位置；和

图像显示器，该图像显示器的显示部分设置在与该主机体的壳体的一开口相对应的位置处；

光源系统，其可替换地设置在该主机体的一侧，来自该光源系统的光束通过该主机体进入该点光源产生器；

镜头，其包括准直器，并可替换地设置在该主机体的、与设置该光源系统的侧面相邻或相对的一侧，来自该点光源产生器的一部分光束通过该分光器及该镜头照射至被测面，并且另一部分光束通过该分光器照射至参考面上；该被测面反射的测试光束和该参考面反射的参考光束沿原光路返回，通过该分光器汇合，并进入该调焦系统；

成像装置，其可替换地设置在该主机体的、与设置该光源系统的侧面相邻的另一侧，以使通过该调焦系统的光束在该成像装置上成像。

2、如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，该准直系统与该调焦系统可进行位置互换。

3、如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，该光学成像系统根据不同的干涉原理进行配置。

4、如权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，该光源系统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、如权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，该镜头可选用小口径的镜头、中口径的镜头或大口径的镜头，并且该成像装置可采用相干直接成像、相干定倍变焦成像或相干连续变焦成像的成像装置。

6、如权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，该镜头还包括作为该参考面并靠近该被测面设置的标准镜。

7、如权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，该光学成像系统为采用不同的相移技术的光学成像系统，其中在该光学成像系统的镜头内设置有用于使该参考面移动的相移器、或在该成像装置的CCD前设置全息相移器件、或在该成像装置的CCD前设置偏振相移器件、或该光源系统为可对光波长进行调制的光源系统。

8、如权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，在该参考光束和该测试光束分开的情形下，该参考光束和该测试光束分别经过准直器射至该参考面和该被测面。

9、如权利要求8所述的光学成像系统，其特征在于，该镜头还包括用于测试球面的标准会聚透镜，其设置在该被测面和该准直器之间。

10、如权利要求3所述的光学成像系统，其特征在于，该成像装置为非相干成像的成像装置。

11、如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，在该主机体的外表面上设置有滑移件，并可在与所述滑移件相匹配的滑移支架上前后、左右和/或上下移动。

12、一种光学检测系统，其特征在于，包括：

具有如权利要求1-11中任一项所述的光学成像系统；

对数据进行分析或处理的数据分析装置，其接收来自该光学成像系统的光学成像数据；以及

显示检测结果的数据显示装置，其接收由该数据分析装置分析或处理的数据。

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