CN108278977A - 测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量仪和一种测量方法，其中本发明提供的测量仪，包括光发生模块、光信号接收模块、光路系统、控制模块和空间光调制模块。该光发生模块产生入射光束并将该入射光束经该光路系统传输至该空间光调制模块和待测物体。该空间光调制器接收第一调制信号和该入射光束，产生第一调制光束，并将其射入该光路系统。该光路系统接收该第一调制光束和参考光束，并传输至该光信号接收模块。该光信号接收模块生成测量数据并传输至该控制模块。本发明提出的测量仪及测量方法，由于采用空间光调制器和迭代算法，可以完全确定待测物体的参数。因此，本发明提出的测量仪及测量方法，具有可测量任何类型表面，测量速度快，准确度高的特点。

Description

测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量仪及测量方法，尤其涉及一种使用空间光调制器进行测量的测量仪及测量方法。

背景技术

随着科技的进步和加工水平的提高，人们倾向于在制造中使用高精度的部件，以提供高性能的产品。尤其是，使用为特定化功能设计的，非通用的，结构较为复杂的高精度部件(例如光学器件，透镜、反射镜等)。由于当可以提供这样的高精度部件时，可以使得产品的设计者具有较少的限制，从而实现更强的产品性能和更好的产品形态，所以即使这类复杂高精度部件的生产成本较高，但产业中对于这类部件的需求仍是有增无减。这就在质量控制领域对部件生产商提出了新的挑战。对这类部件进行高精度测量对生产过程中的质量控制十分重要。传统的高精度测量方法是，使用干涉仪和高精度参考件对生产出来的部件进行测量。然而这种传统的测量方法存在如下问题：

1.传统测量方法需要制造一个高精度的参考件。这会产生一系列不利后果，包括高精度的参考件制作难度较大而导致的成本上升和生产周期加长，参考件本身误差导致的误差积累，反复安装和取下参考件导致的参考件磨损等。

2.传统测量方法速度较慢。采用传统的干涉仪进行测量，其测量本身的速度较慢。速度慢的原因是多方面的，例如，使用传统的干涉仪进行测量经常会产生偏心、偏轴等问题，需通过物理方式调节，不停校准，效率低。

3.传统测量方法不确定性较大。一方面，采用传统的干涉仪进行测量，其测量结果是干涉数据，(通常是干涉图像)。需要人们通过观察得到的图像，凭经验判断待测部件与参考件存在何种差别，不确定性较大。另一方面，即使判断出断待测部件与参考件存在何种差别，也难以精确确定差别的位置和大小，导致在后续工序中消除差异的难度也较大。

因此，需要提出一种新的测量仪及测量方法，以解决现有测量技术中存在的问题。

发明内容

本发明提出了一种测量仪及测量方法，具有可测量任何类型表面，测量速度快和准确度高的特点。

本发明提供了一种测量仪和一种测量方法，其中本发明提供的测量仪，包括光发生模块、光信号接收模块和光路系统，其特征在于，还包括：控制模块和空间光调制模块。该光发生模块产生入射光束并将该入射光束输入该光路系统。该光路系统将该入射光束传输至该空间光调制模块和待测物体。该空间光调制器接收来自该控制模块的第一调制信号，和该入射光束，产生第一调制光束，并将该第一调制光束输入该光路系统。该光路系统接收该第一调制光束和返回自该待测物体的参考光束，并传输至该光信号接收模块。该光信号接收模块接收该第一调制光束和该参考光束，生成测量数据并传输至该控制模块。

根据本发明的至少一个实施例，该光路系统包括光学系统包含第一透镜子系统、第二透镜子系统和合路子系统。其中合路子系统将该入射光束传输至该空间光调制模块和该待测物体，并将第一调制光束和参考光束传输至该光信号接收模块。该第一透镜子系统根据该空间光调制器的尺寸匹配该合路子系统传输至空间光调制模块的入射光束。该第二透镜子系统根据该光信号接收模块的尺寸匹配该第一调制光束和参考光束。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块根据该测量数据，生成第二调制信号,并将该第二调制信号作为新的第一调制信号，并再次接收该测量数据。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块接收并处理该测量数据，并根据该处理后的测量数据计算出修正信息。该控制模块根据该修正信息和该第一调制信号产生第二调制信号。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块对该数据进行预处理，预处理包括对该数据进行数学变换。该数学变换包括滤除该数据中的特定频域信息。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块中储存有多个预设数据模式，该控制模块判断处理后的该测量数据对应的预设数据模式。根据该预设数据模式生成该处理后的该测量数据对应的参数，并根据该参数产生修正信息。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块中还储存有至少一个吻合信号，该控制模块将该测量数据与该吻合信号比较。当该测量结果与该吻合信号不匹配时，产生第二调制光束并将该第二调制信号作为新的第一调制信号，并再次接收该测量数据。当该测量结果与该吻合信号匹配时，该控制模块不生成第二调制信号。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块中还包括一个迭代次数存储器，和一个迭代上限，该控制模块接收到该测量数据时，将该迭代次数与该迭代上限比较。当该迭代次数小于该迭代上限时，该控制模块根据该测量数据，生成第二调制信号，将该第二调制信号作为新的第一调制信号，再次接收该测量数据，并累加该迭代次数存储器中储存的迭代次数。当该迭代次数等于该迭代上限时该控制模块不生成第二调制信号。

根据本发明的至少一个实施例，测量具有已知理想参数的待测物体时，该控制模块根据该待测物体的理想参数产生第一调制信号。测量未知形状的待测物体时，该控制模块接收外部输入信息，并根据该输入信息产生第一调制信号。

根据本发明的至少一个实施例，该光路系统还包括调节系统，该调节系统与该控制模块连接，并根据该控制模块发出的移动信号移动该待测物体或移动光路系统。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块根据一次或多次获得的测量数据进行运算后得出测量结果。

为了解决本发明的至少一部分技术问题，本发明还提供一种测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1：光发生模块发出入射光束，并将该入射光束输入光路系统；光路系统将该入射光束传递至待测物体，并接收该待测物体返回的参考光束；

步骤2：控制模块根据该待测物体的理想参数或者外部输入信息产生第一调制信号；

步骤3：空间光调制器根据来自控制模块的第一调制信号，将入射光束调制为第一调制光束，并将该第一调制光束输入该光路系统；

步骤4：光信号接收模块接收该光路系统中输出的该第一调制光束和该参考光束，根据调制光束和该参考光束生成测量数据，将该测量数据传输至该控制模块；

步骤5：该控制模块判断是否完成测量，

若未完成，则该控制模块根据该测量数据和该第一调制信号产生第二调制信号；将第二调制信号作为新的第一调制信号，回到步骤3；

若完成测量，输出第一调制信号对应的参数。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块接收并处理该测量数据，并根据该处理后的测量数据计算出修正信息。该控制模块根据该修正信息和该第一调制信号产生第二调制信号。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块对该数据进行预处理，预处理包括对该数据进行数学变换。该数学变换包括滤除该数据中的特定频域信息。

根据本发明的至少一个实施例，该控制模块根据该处理结果计算修正信息的方法包括：

该控制模块中储存有多个预设数据模式，

生成该处理后的该测量数据对应的预设数据模式；

根据该预设数据模式确定该处理后的该测量数据对应的修正信息。

根据本发明的至少一个实施例，控制模块判断是否完成测量的方法包括：

判断该将第二调制信号作为新的第一调制信号的次数是否大于阈值,和/或，判断当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别是否小于预设值。

根据本发明的至少一个实施例，判断当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别是否小于预设值的方法包括：

该控制模块中储存还储存有至少一个吻合信号，该控制模块将该测量数据与该吻合信号比较；

当该测量结果与该吻合信号不匹配时，不认为当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别小于预设值；

当该测量结果与该吻合信号匹配时，认为当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别小于预设值。

根据本发明的至少一个实施例，测量具有已知理想参数的待测物体时，该控制模块根据该待测物体的理想参数产生第一调制信号。测量未知形状的待测物体时，该控制模块接收外部输入信息，并根据该输入信息产生第一调制信号。

为了解决本发明的至少一部分技术问题，本发明的测量方法还包括了以下步骤：

调节系统将该待测物体的第一部分移动到该光路系统将该入射光束传递至的区域，或移动光路系统将该入射光束传递至该待测物体的第一部分，然后开始步骤1；当在步骤5中判断为完成测量后，该调节系统将该待测物体的第二部分移动到该光路系统将要将该入射光束传递至的区域，或移动光路系统将该入射光束传递至该待测物体的第二部分，然后重新开始步骤1直至该待测物体的所有待测区域都被测量；

该控制模块根据每次测量的结果和该调节系统移动的距离计算该待测物体的表面信息。

根据本发明的至少一个实施例，在每次得到该测量数据后进行判断，若判断为足够得出测量结果后，进行运算后得出测量结果。若判断为尚不能得出测量结果，则进行下一次测量，并再次进行判断。

根据本发明的至少一个实施例，每次得到该测量数据后进行判断的方法包括：

判断当前已获得的测量数据的数量是否达到一测量次数上限，如当前已获得的测量数据的数量等于测量次数上限，则判断为足够得出测量结果；如当前已获得的测量数据的数小于该测量次数上限，则判断为尚不能得出测量结果；

和/或，判断已获得的测量数据的误差是否已经小于预设值，如当前已获得的测量数据的误差小于或者等于该预设值，则判断为足够得出测量结果；如当前已获得的测量数据的误差大于该预设值，则判断为尚不能得出测量结果。

本发明提出的测量仪及测量方法，由于采用空间光调制器和迭代算法，可以完全确定待测物体的参数，并根据公差实现测量。因此，本发明提出的测量仪及测量方法，具有可测量任何类型表面，测量速度快，准确度高的特点。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求中所叙述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了本发明的测量仪的一个实施例的结构示意图。

图2示出了本发明的测量方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

现在将详细描述参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

首先参考图1来说明本发明的一个非限制性的例子中。在这个例子中，测量仪的结构如图1所示，包括控制模块1、光发生模块2、空间光调制模块3、光信号接收模块4和光路系统5。下面按照光路顺序来说明在当前的非限制性的例子中该测量仪种各部件的具体作用：

控制模块1与空间光调制模块3，光信号接收模块4电连接。可以向空间光调制模块3发出第一调制信号11，接收光信号接收模块4输出的测量数据41。控制模块1可以是任何具有足够处理能力的系统。例如，可以是一台微型计算机或者一台平板电脑。

光发生模块2产生入射光束21并将其输入光路系统5。

光路系统5的至少一部分功能是将光发生模块2产生的入射光束21传输至所述空间光调制模块3和待测物体6。

空间光调制器3用于模拟待测物体6表面反射的光波前。具体地，空间光调制器3接收来自所述控制模块1的第一调制信号11，根据第一调制信号11产生模拟的相位调制，用于产生反射的光波前，将自光路系统5传来的入射光线21调制成第一调制光束31，并将第一调制光束31输入光路系统5。

光路系统5的另外的至少一部分功能是将入射光束21照射到待测物体6上，待测物体反射出的参考光线61也射入光路系统5。

光路系统5其他的至少一部分功能是接收第一调制光束31和参考光线61，并将两者合路后都传输至光信号接收模块4。

光信号接收模块4接收根据调制光束31和所述参考光束61合路后的光束，生成测量数据41。并将测量数据41传输到控制模块1。具体的，光信号接收模块4可以是一台照相设备。采集调制光束31和参考光束61生成的干涉数据(干涉可以是图像，也可以是其他形式的数据)，并将采集到的干涉数据作为测量数据41传输到控制模块1。

值得注意的是，空间光调制器3和/或待测物体6的位置可以是可调的。可调的方法可以是多样的。例如，一种可选的方式是，光路系统5还包括调节系统(图中未示出)。这一调节系统是可以控制模块1连接并受其控制的。在此种设置下，调节系统根据控制模块1发出的移动信号移动待测物体6，或者移动光路系统5。

这样设置的好处包括，空间光调制器3每次可只模拟待测物体6部分表面，通过类似扫描的方式多次测量待测物体6的不同部分，在完成多个部分的测量后，可以用数据处理的方式(例如，图像拼接)得出完整的被测器件表面情况，以实现对较大的待测物体6的测量，或者实现对待测物体更高精度的测量。具体方法可以是，设置好的光路系统5将所述入射光束21传递至一特定区域。调节系统先将待测物体6的第一部分移动到该特定区域，然后开始测量。在测量完成后，调节系统将待测物体6的与第一部分不同的第二部分移动该特定区域然后重新开始测量直至待测物体6的所有待测区域都被测量。或者，具体方法还可以是，将待测物体6设置好后，移动光路系统5将入射光束传21递至待测物体6的第一部分，然后开始测量。在完成测量后，调节系统移动光路系统5，从而将入射光束传21递至待测物体6的不同于第一部分的第二部分，并再次开始测量。直至待测物体6的所有待测区域都被测量。在使用上述方法测量较大物体时，在所有待测区域都被测量后，控制模块1可以根据每次测量的结果和调节系统移动的距离计算待测物体6的表面信息。

以上的例子只是本发明的一个非限制性的例子中，其中许多模块都可以有多样的实现方式，下面对各个模块进行举例说明。

首先对光学系统5进行说明。可选的，光学系统5包含第一透镜子系统51、第二透镜子系统52和合路子系统53。另外，光学系统5还可以包含一个或者多个光强调节子系统。各个子系统的具体情况如下：

第一透镜子系统51可以包括尺寸匹配系统，通过光学方法使得空间光调制器的尺寸与合路子系统53、待测物体6等匹配。第一透镜子系统51可以是一套固定镜片；也可以是多套固定镜片，使第一透镜子系统适应不同的待测物体，光源等。

第二透镜子系统52也可以包括尺寸匹配系统，在将合路后的光束传输至光信号接收模块4时，将合路后的光束调整为与光信号接收模块4的尺寸相适合。

合路子系统53可以包含分光/合光棱镜。合路子系统53的作用是将光发生模块2发出的入射光束21(相干光)分成两路分别传输至待测物体6和第一透镜子系统51(最终传输至空间光调制器3)，并将空间光调制器3及待测物体6输出的光合路输出至光信号接收模块4。较优的，合路系统5可以调节待测物体6和/或空间光调制器3的空间位置，使其大致满足光程相同，同心等条件。可以理解的是，由于使用了空间光调制器，待测物体和空间光调制器无需严格实现光程相同，同心等，这些空间位置参数在空间光调制器可调范围内即可。与传统方式相比，测量效率大大提高。

光学系统5还可以包含一个或者多个光强调节子系统(图中未示出)。光强调节子系统可以衰减或增加空间光调制器3或照射到待测物体6上的光束的光强，使最终到光信号接收模块4的调制光束31和参考光束61的强度基本一致，以便两者能够形成易于识别的信息(例如干涉条纹)。

接下来对光发生模块2进行说明。光发生模块2可以是产生平行光的各种装置。例如，在作为一个非限制性的例子，光发生模块2包含光源22和准直光路23。其中光源22可以采用半导体激光器。光源22和准直光路23配合以输出基本平行的光束。可选的，光发生模块2可以有多个不同的光源22，以便进行选择或更换，达到能够测试不同波长下的色差的效果。可选的，准直光路23可以具有适当调节光束大小的功能，使其符合待测物体大小和/或空间光调制器的需求。

为了实现更好的测量效果，控制模块1可以在接收所述测量数据41后，根据所接收到的测量数据41，生成第二调制信号，并将其作为新的第一调制信号11，再次发送给空间光调制器3。这一过程被称为第一调制信号11的迭代。可选的，第一调制信号11的迭代是可以重复进行，即，可以根据迭代后的新的第一调制信号11所测得的测量数据41再次生成第二调制信号，并再次并将其作为新的第一调制信号11，如此往复，对第一调制信号进行反复迭代。

根据所接收到的测量数据41，生成第二调制信号的具体方法可以是，所述控制模块1对所述测量数据41形成的数据进行数据处理，根据处理结果计算出修正信息，根据所述修正信息和所述第一调制信号11产生第二调制信号。根据数据处理的结果计算出修正信号方法可以是多样的，其中一种可选的方法是，在控制模块1中储存有多个预设数据模式，控制模块1判断处理后的测量数据41对应的预设数据模式。根据判断出的预设数据模式生成所述处理后的所述测量数据41对应的具体参数，再根据生成的具体参数产生修正信息。

在一个非限制性的例子中，测量数据41是干涉图像。控制模块1中储存有“环形”、“桶形条纹”、“枕形条纹”这三种图像模式。在光信号接收模块4获取了干涉图像后控制模块1当前的干涉图像属于“桶形”、“环形”、“枕形”这三种图像模式中的哪一种。

下面以当前的干涉图像属于“环形”模式对当前的非限制性的例子进行进一步说明。当确定当前的干涉图像属于“环形”模式后，根据所述预设数据模式确定所述处理后的所述测量数据对应的修正信息。

值得注意的是，根据所述预设数据模式确定所述处理后的所述测量数据对应的修正信息的方法可以是多样的。例如，可以先确定干涉图像中的具体参数。具体参数可以包括圆心位置、半径、同心环个数、环形条纹的宽度，相邻两个环形条纹的间距等。控制模块1根据所述具体参数产生修正信息，进而决定如何产生第二调制信号。

或者继续以当前的干涉图像属于“环形”模式为例，根据所述预设数据模式确定所述处理后的所述测量数据对应的修正信息的另一种方法可以是，在控制模块1中储存的数据模式下还存有储存有多个与特定修正信息对应的预设测量结果。将处理后的干涉图像与“环形”模式下的多个预设测量结比较，将匹配的预设测量结果对应的特定修正信息作为修正信息，产生第二调制信号。

具体的，在“环形”模式下储存的多个预设测量结果中包含一个对应“(X,Y)处有z微米凹陷”的预设测量结果A。当处理后的干涉图像与预设测量结果A对应时，控制模块1即根据“(X,Y)处有z微米凹陷”产生第二调制信号。

参考图2，下面以一个可选的例子说明修正和迭代的具体方法。

步骤1光发生模块2发出入射光束21。该发光可以是用户手动启动的，也可以由与光发生模块2电连接的控制模块1向该光发生模块2发出指令而启动的。入射光束21输入光路系统5；将待测物体6设置在所述光路系统5中射出的光束所对应的位置，将参考光束61输入光路系统5。

步骤2：控制模块1产生第一调制信号11。并将其传输至空间光调制器3.

步骤3：空间光调制器3接收来自控制模块1的第一调制信号11，并以此形成一个虚拟的物体表面的光波前调制。入射光线21输入已经模拟好虚拟物体表面的空间光调制器3，反射出第一调制光束31，第一调制光束31射入光路系统5。

步骤4：光信号接收模块4接收光路系统5中射出的第一调制光束31和参考光束61合路后的光束，根据调制光束31和所述参考光束61的合路光束生成测量数据41，将测量数据41传输至所述控制模块1。在当前的非限制性例子中，光信号接收模块4是一照相系统，拍照后将获得的数据作为测量数据41输出至控制模块1。

步骤5，完成测量，输出当前第一调制信号11对应的参数。

值得注意的是，上述步骤1-5只是为了叙述方便而以上述方式排列。虽然上述步骤1-5可以按照步骤1至步骤5依次进行的方式实施，但并不表示上述步骤只能按照步骤1至步骤5依次进行的方式实施。事实上，上述步骤可以以本领域技术人员所能想到的任何合理的组合方式实施。这样的组合应当毫无意义的属于本发明的保护范围。

在上述例子中，许多步骤中的具体实施方法可以是多样的。下面对这些具体实施方法进行说明

首先，在步骤2中，控制模块1产生第一调制信号11的方式可以是多样的。例如，当测试一个理想参数已知的待测物体6时(例如，此待测物体是按照一定的设计参数制造的，则这些设计参数就是该待测物体6的理想参数)，该控制模块1按照该理想参数产生第一调制信号11。在此种情况下，空间光调制器3实现的效果是，其输入光路系统5的调制光束31相当于将一个其参数与该理想参数相同的物体设置于相应位置后反射出的光束。

又例如，该控制模块1根据外部输入信息产生第一调制信号11。根据外部输入信息产生第一调制信号11的方法可以是多样的。其中一种可选的具体方法是，按照用户选择的基本形状(例如，球面，非球面，柱面，自由曲面)及基本参数(例如曲率半径等)产生第一调制信号11。另一种可选的具体方法是，根据其他较不精确的测量方法测量得到的待测物体6的大致形状产生第一调制信号11。再或者，其他可选的具体方法可以是，在控制模块中储存有预设的起始信息(例如平面，或一个标准球面)。本发明根据来自用户的输入，选择该起始信息作为初始的调制信号输出，通过多次迭代，最终测量出待测物体的实际参数。

其次，在上述例子中，对第一调制信号进行迭代的具体方法也可以是多种多样的。例如，一种可选的方法是，控制模块1先对测量数据41所得到的数据进行数据预处理。数据预处理可以包括先对数据做数学变换(例如傅立叶变换，傅立叶逆变换等)，然后对数据进行处理(滤波，低通滤波，带通滤波，边缘检测等方法)可选的，数学变换还包括滤除所述数据中的特定频域信息。再对数据进行数据逆变换。控制模块1根据上述数据的结果计算出修正信息，根据得到的修正信息和当前的第一调制信号11产生第二调制信号。上述处理也可以是先将测量数据41所得到的数据形成图像后再进行。

第三，可选的，作为光信号接收模块4的照相系统，对于同一调制信号产生的调制的干涉结果可以获得多组数据(例如，拍摄多帧图像)，即产生多个测量数据41。控制模块1通过数据(图像)处理技术，以实现更优的测量。例如，可以通过数据(图像)的叠加和平均以消除由照相系统感光元器件产生的噪声。

第四，可选的，在上述步骤中还可以包括一个判断是否完成测量的步骤，这一步骤可以由控制模块1实施。判断是否完成测量过程的方法可以是多样的。作为一个非限制性的例子，其中一种可选的判断方法可以是，误差判断法。即判断当前第一调制信号11所对应的参数与所述待测物体的参数的误差是否在于预设的可接受范围内。

误差判断法的一种可选的具体方法是，在控制模块1中还储存有至少一个吻合信号，所述控制模块1将所述测量数据41与所述吻合信号比较，并根据比较结果判断是否完成测量。具体的，由光的干涉原理可知，当空间光调制器3所模拟的物体与待测物体的表面完全相同时，将会形成特定的干涉条纹。控制模块1中储存还储存有至少一个作为吻合信号的测量结果信息(例如，干涉条纹图样)，当收到的测量结果与作为吻合信号的测量结果信息不匹配时，说明当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别大于预设值。即，此时空间光调制器3所模拟的物体与待测物体的表面不完全相同，没有完成测量。相反的，当收到的测量结果与作为吻合信号的测量结果信息匹配时，则说明空间光调制器3所模拟的物体与待测物体的表面完全相同或者区别小到可以接受(例如公差)的范围内，判断为完成测量。这样做的好处是，可以确保最终得到的参数与待测物体的差别小于预设值。

作为另一个非限制性的例子，另一种可选的判断方法是迭代上限法。一种可选的具体方法是，在控制模块1设置一个储存迭代次数的迭代次数存储器。其中该迭代次数的初始值为零。并且，控制模块1还预设一个迭代上限。每次当控制模块1接收到测量数据41时，先将所述迭代次数与所述迭代上限比较。

如果当前的迭代次数小于预设的迭代上限时，控制模块1根据当前的测量数据41，生成第二调制信号，将所述第二调制信号作为新的第一调制信号11(即，对第一调制信号进行迭代)。再次接收所述测量数据41，并累加所述迭代次数存储器中储存的迭代次数。而当所述迭代次数等于所述迭代上限时，控制模块1就不再生成第二调制信号而是输出结果，并将迭代次数存储器中的迭代次数清零，以便进行下一次测量。这样做的好处是，迭代次数确定，测量总时间相对稳定。

值得注意的是，上述的非限制性的例子只是判断方法的列举。事实上还可以有其他的判断方式，例如联合使用误差判断法和迭代上限法来决定是否结束迭代，图2中所示的就是此种方式。

另外，根据本发明的至少一个实施例，得到最终的测量结果的方法也可以不采用通过反复迭代以逐渐逼近的待测物体表面的实际数值的方法，而采取其他的方法。例如，可以在每次得到该测量数据后进行判断，若判断为足够得出测量结果后，进行运算后得出测量结果。若判断为尚不能得出测量结果，则进行下一次测量，并再次进行判断。

作为一个非限制性的例子，在控制模块1中储存有N个预设的表面参数(例如，包括一平面、一球面、一抛物面)。当测量一个未知形状的待测物体的参数时，控制模块1向根据这N个预设的表面参数，逐一产生第一调制信号11(例如，对应平面的第一调制信号、对应球面的第一调制信号、和对应抛物面的第一调制信号)，并记录每一个第一调制信号11所对应的测量数据41。并在测量完成后根据这些预设的表面参数和与之对应的测量数据(与平面的差别为A、与球面的差别为B、与抛物面的差别为C)，计算出最终测量结果。此时，每一个第一调制信号11都是根据存储在控制模块1中的预设的表面参数生成的，可以与前一次的测量数据41无关。每完成一次测量后都进行判断，已决定是否以当前所获得的全部测量数据计算最终测量结果。

在当前的例子中，每次得到测量数据后进行判断的具体方法可以是多样的。例如，其中一种可选的判断方法是，判断当前已获得的测量数据的数量是否达到一测量次数上限。假如在控制模块1中储存有N个预设的表面参数，则可设定测量次数上限为N。在此种设置下，进行N次测量后(即以所有的预设表面参数都进行过测量)开始计算最终测量结果。

另一种可选的判断方法可以是，判断已获得的测量数据的误差是否已经小于预设值。例如，假设待测物体事实上就是一球面与平面的结合。假设控制模块在第1次使用代表平面的表面预设参数进行测量，第2次使用代表球面的表面预设参数进行测量。则在完成2次测量后，就已经能够计算最终测量结果。此时已获得的测量数据的误差已小于或者等于预设的误差预设值，判断为足够得出测量结果。反之，若待测物体是一抛物面，则在完成2次测量后，已获得的测量数据的误差仍大于预设的误差预设值，判断为尚不能得出测量结果。

此外，当初次或多时未使用本测量仪器时，可以使用标准的待测物体(例如参数和公差已知的标准平面镜或球面镜)作为被测物体来校正测量仪器，通过空间光调制器在设定参数时预设补偿来补偿光学系统或空间光调制器本身产生的误差。例如，使用一块所有参数已知的标准平面镜作为待测物体，首先将空间光调制器设置成理想的平面镜的参数，经测量后发现存在一定误差，多次补偿测量后得出空间光调制器的参数，由于被测物体为标准已知平面镜，产生的误差必定来自于光发生模块、光信号接收模块、光路系统、空间光调制模块等，则此时可以将获得的参数作为补偿参数来归零整个系统，即后续测量时需在获得的数据是实际测量参数与补偿参数运算后得出的结果(例如，最终测量结果为实际测量参数减去补偿参数)。

本发明所给出的测量仪及测量方法，完全改变了传统测量中，只进行单次测量。并且只通过人工观察，凭经验识别待测物体和标准件之间的差别的方式。而是进行反复迭代，最终获得待测物体的表面的详细情况，极大地改善了测量效果，至少具有如下优点：

1.无需制造参考件。本发明所给出的测量仪及测量方法不需要参考件，因而消除了由于制造参考件所产生的成本和时间消耗。也消除了由参考件带来的误差。

2.测量速度快。本发明所给出的测量仪及测量方法无需反复对准，凭借迭代修正过程消除偏心，偏轴等对准问题，效率高。

3.测量结果确定性大。本发明所给出的测量仪及测量方法，最终得出的是待测物体表面的实际情况。通过使用本发明所给出的测量仪及测量方法，待测物体与理想参数相比，其何处具有何种区别一目了然。这对于改善生产工艺具有极大的好处。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (21)

1.一种测量仪，包括光发生模块、光信号接收模块和光路系统，其特征在于，还包括：控制模块和空间光调制模块；

所述光发生模块产生入射光束并将所述入射光束输入所述光路系统；

所述光路系统将所述入射光束传输至所述空间光调制模块和待测物体；

所述空间光调制器接收来自所述控制模块的第一调制信号，和所述入射光束，产生第一调制光束，并将所述第一调制光束输入所述光路系统；

所述光路系统接收所述第一调制光束和返回自所述待测物体的参考光束，并传输至所述光信号接收模块；

所述光信号接收模块接收所述第一调制光束和所述参考光束，生成测量数据并传输至所述控制模块。

2.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述光路系统包括光学系统包含第一透镜子系统、第二透镜子系统和合路子系统；

其中合路子系统将所述入射光束传输至所述空间光调制模块和所述待测物体，并将第一调制光束和参考光束传输至所述光信号接收模块；

所述第一透镜子系统根据所述空间光调制器的尺寸匹配所述合路子系统传输至空间光调制模块的入射光束；

所述第二透镜子系统根据所述光信号接收模块的尺寸匹配所述第一调制光束和参考光束。

3.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述控制模块根据所述测量数据，生成第二调制信号,并将所述第二调制信号作为新的第一调制信号，并再次接收所述测量数据。

4.如权利要求3所述的测量仪，其特征在于：所述控制模块接收并处理所述测量数据，并根据所述处理后的测量数据计算出修正信息；

所述控制模块根据所述修正信息和所述第一调制信号产生第二调制信号。

5.如权利要求4所述的测量仪，其特征在于：所述控制模块对所述数据进行预处理，预处理包括对所述数据进行数学变换；

所述数学变换包括滤除所述数据中的特定频域信息。

6.如权利要求4所述的测量仪，其特征在于：所述控制模块中储存有多个预设数据模式，所述控制模块判断所述处理后的所述测量数据对应的预设数据模式；

根据所述预设数据模式生成所述处理后的所述测量数据对应的参数，并根据所述参数产生修正信息。

7.如权利要求3所述的测量仪，其特征在于：所述控制模块中还储存有至少一个吻合信号，所述控制模块将所述测量数据与所述吻合信号比较；

当所述测量结果与所述吻合信号不匹配时，产生第二调制光束并将所述第二调制信号作为新的第一调制信号，并再次接收所述测量数据；

当所述测量结果与所述吻合信号匹配时，所述控制模块不生成第二调制信号。

8.如权利要求3所述的测量仪，其特征在于：所述控制模块中还包括一个迭代次数存储器，和一个迭代上限，所述控制模块接收到所述测量数据时，将所述迭代次数与所述迭代上限比较，

当所述迭代次数小于所述迭代上限时，所述控制模块根据所述测量数据，生成第二调制信号，将所述第二调制信号作为新的第一调制信号，再次接收所述测量数据，并累加所述迭代次数存储器中储存的迭代次数；

当所述迭代次数等于所述迭代上限时所述控制模块不生成第二调制信号。

9.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：

测量具有已知理想参数的待测物体时，所述控制模块根据所述待测物体的理想参数产生第一调制信号；

测量未知形状的待测物体时，所述控制模块接收外部输入信息，并根据所述输入信息产生第一调制信号。

10.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述光路系统还包括调节系统，所述调节系统与所述控制模块连接，并根据所述控制模块发出的移动信号移动所述待测物体或移动光路系统。

11.如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述控制模块根据一次或多次获得的测量数据进行运算后得出测量结果。

12.一种测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：光发生模块发出入射光束，并将所述入射光束输入光路系统；光路系统将所述入射光束传递至待测物体，并接收所述待测物体返回的参考光束；

步骤2：控制模块根据所述待测物体的理想参数或者外部输入信息产生第一调制信号；

步骤3：空间光调制器根据来自控制模块的第一调制信号，将入射光束调制为第一调制光束，并将所述第一调制光束输入所述光路系统；

步骤4：光信号接收模块接收所述光路系统中输出的所述第一调制光束和所述参考光束，根据调制光束和所述参考光束生成测量数据，将所述测量数据传输至所述控制模块；

步骤5：所述控制模块判断是否完成测量，

若未完成，则所述控制模块根据所述测量数据和所述第一调制信号产生第二调制信号；将第二调制信号作为新的第一调制信号，回到步骤3；

若完成测量，输出第一调制信号对应的参数。

13.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于：所述控制模块接收并处理所述测量数据，并根据所述处理后的测量数据计算出修正信息；

所述控制模块根据所述修正信息和所述第一调制信号产生第二调制信号。

14.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于：所述控制模块还对所述数据进行预处理，预处理包括对所述数据进行数学变换；

所述数学变换包括滤除所述数据中的特定频域信息。

15.如权利要求13所所述的测量方法，其特征在于：所述控制模块根据所述处理结果计算修正信息的方法包括：

所述控制模块中储存有多个预设数据模式，

生成所述处理后的所述测量数据对应的预设数据模式；

根据所述预设数据模式确定所述处理后的所述测量数据对应的修正信息。

16.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于：控制模块判断是否完成测量的方法包括：

判断所述将第二调制信号作为新的第一调制信号的次数是否大于阈值,和/或，判断当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别是否小于预设值。

17.根据权利要求16所述的测量方法，其特征在于：判断当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别是否小于预设值的方法包括：

所述控制模块中储存还储存有至少一个吻合信号，所述控制模块将所述测量数据与所述吻合信号比较；

当所述测量结果与所述吻合信号不匹配时，不认为当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别小于预设值；

当所述测量结果与所述吻合信号匹配时，认为当前第一调制信号对应的参数与待测物体的参数的差别小于预设值。

18.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于：

测量具有已知理想参数的待测物体时，所述控制模块根据所述待测物体的理想参数产生第一调制信号；

测量未知形状的待测物体时，所述控制模块接收外部输入信息，并根据所述输入信息产生第一调制信号。

19.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于：还包括以下步骤，

调节系统将所述待测物体的第一部分移动到所述光路系统将所述入射光束传递至的区域，或移动光路系统将所述入射光束传递至所述待测物体的第一部分，然后开始步骤1；当在步骤5中判断为完成测量后，所述调节系统将所述待测物体的第二部分移动到所述光路系统将要将所述入射光束传递至的区域，或移动光路系统将所述入射光束传递至所述待测物体的第二部分，然后重新开始步骤1直至所述待测物体的所有待测区域都被测量；

所述控制模块根据每次测量的结果和所述调节系统移动的距离计算所述待测物体的表面信息。

20.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于：在每次得到所述测量数据后进行判断，若判断为足够得出测量结果后，进行运算后得出测量结果；

若判断为尚不能得出测量结果，则进行下一次测量，并再次进行判断。

21.根据权利要求20所述的测量方法，其特征在于：每次得到所述测量数据后进行判断的方法包括：

判断当前已获得的测量数据的数量是否达到一测量次数上限，如当前已获得的测量数据的数量等于测量次数上限，则判断为足够得出测量结果；如当前已获得的测量数据的数小于所述测量次数上限，则判断为尚不能得出测量结果；

和/或，判断已获得的测量数据的误差是否已经小于预设值，如当前已获得的测量数据的误差小于或者等于所述预设值，则判断为足够得出测量结果；如当前已获得的测量数据的误差大于所述预设值，则判断为尚不能得出测量结果。