CN107024172A - 光学检测装置 - Google Patents

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张维哲
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林思延
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Abstract

本发明公开一种光学检测装置，该光学检测装置包含取像装置、面光源与固定架。面光源置于取像装置与取像装置的取像位置之间。面光源包含导光板与发光元件。导光板具有入光面与相对的第一出光面、第二出光面。入光面连接第一出光面与第二出光面。取像装置面对导光板的第二出光面设置。发光元件面对导光板的入光面设置。发光元件发出的光束自入光面进入导光板，由导光板的第一出光面离开并进入取像位置，且自取像位置反射的光束穿透导光板的第一出光面与第二出光面而进入取像装置。固定架连接该取像装置与该面光源，且至少包围该取像装置与该面光源之间的空间。

Description

光学检测装置
技术领域
本发明涉及一种光学检测装置。
背景技术
随着科技的进步，越来越多的电子产品开始使用金属材质作为壳体，以增加产品的美观。金属壳体可藉由机械加工(例如铣床或车床)而得到需求的形状与特征，这些形状与特征可利用光学仪器拍摄其影像作检测。然而加工过后，金属表面可能会变得粗糙(例如加工所产生的刀纹)，如此一来，光学仪器所拍摄的影像可能会包含粗糙表面的信息，使得量测不稳定，甚至无法量测出欲检测的特征。
发明内容
本发明提供一种光学检测装置，包含取像装置、面光源与固定架。取像装置具有取像位置。面光源置于取像装置与取像位置之间。面光源包含导光板与发光元件。导光板具有第一出光面、第二出光面与入光面。第一出光面与该二出光面相对设置，且入光面连接第一出光面与第二出光面。取像装置面对导光板的第二出光面设置。发光元件面对导光板的入光面设置。发光元件发出的光束自入光面进入导光板，由导光板的第一出光面离开并进入取像位置，且自取像位置反射的光束穿透导光板的第一出光面与第二出光面而进入取像装置。固定架连接该取像装置与该面光源，且至少包围该取像装置与该面光源之间的空间。
其中该面光源更包含多个散射元件，所述散射元件设置于该导光板的该第二出光面。
其中至少一个该些散射元件包含：一黑色覆盖层；以及一白色颗粒，置于该黑色覆盖层与该导光板的该第二出光面之间。
其中该黑色覆盖层完全覆盖该白色颗粒。
其中该些散射元件覆盖该第二出光面的20％至25％的面积。
其中该取像装置具有一工作距离，该面光源置于该取像装置至该取像装置的一半该工作距离之间。
其中该导光板的该入光面与该第一出光面实质垂直，且亦与该导光板的该第二出光面实质垂直。
其中该面光源的该发光元件的出光方向不同于该取像装置的收光方向。
其中该取像装置更具有一收光面，该面光源完全覆盖该取像装置的该收光面。
其中该取像装置的该收光面与该面光源的该第二出光面实质平行。
因在上述实施方式中，面光源置于取像装置与取像位置之间，因此光束不会在待测物上形成取像装置的阴影，此种设置即为无影式检测装置，且本实施方式的光学检测装置对于取像装置的工作距离的选择有较大的自由度。另外，上述实施方式的光学检测装置所拍摄的待测物影像，其特征能被加强，同时粗糙表面的影像被压抑，使得待测物的特征能够被突显，以取得清晰的待测物的特征影像。固定架可隔绝环境光。
附图说明
图1为本发明一实施方式的光学检测装置的示意图。
图2为图1的面光源的放大图。
图3为图1的导光板的上视图。
符号说明：
100：取像装置 220：发光元件
102：收光面 222、224：光束
110：取像位置 230：散射元件
200：面光源 232：黑色覆盖层
210：导光板 234：白色颗粒
212：第一出光面 300：固定架
214：第二出光面 900：待测物
216：入光面 D：工作距离
具体实施方式
以下将以图式公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些常见惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。
图1为本发明一实施方式的光学检测装置的示意图。光学检测装置包含取像装置100与面光源200。取像装置100具有取像位置110。取像位置110与取像装置100实质相距取像装置100的工作距离(Working Distance)D，因此取像装置100主要是拍摄置于取像位置110中的待测物900的影像。面光源200置于取像装置100与取像位置110之间。面光源200包含导光板210与发光元件220。导光板210具有第一出光面212、第二出光面214与入光面216。第一出光面212与第二出光面214相对设置，且入光面216连接第一出光面212与第二出光面214。取像装置100面对导光板210的第二出光面214设置。发光元件220面对导光板210的入光面216设置。发光元件220发出的光束222自入光面216进入导光板210，由导光板210的第一出光面212离开并进入取像位置110，且自取像位置110反射的光束224穿透导光板210的第一出光面212与第二出光面214而进入取像装置100。
因在本实施方式中，面光源200置于取像装置100与取像位置110之间，因此光束222不会在待测物900上形成取像装置100的阴影，此种设置即为无影式检测装置。再者，面光源200的高度相较于长度与宽度皆较小，因此即使取像装置100具有较小的工作距离D，面光源200仍然可置于取像装置100与取像位置110之间。换言之，本实施方式的光学检测装置对于取像装置100的工作距离D的选择有较大的自由度。对于大口径的取像装置100而言，工作距离D亦不需因此增加(相对于使用45度分光镜之光源系统，其光源尺寸会随取像装置的口径增加而增加)，因此不会有光源尺寸过大而遮蔽视角(如侧向收光)的问题。另外，在一些实施方式中，待测物900可为一金属壳体，例如为经过机械加工、表面具有刀纹的金属壳体。对于一个表面粗糙的待测物900而言，本实施方式的光学检测装置所拍摄的待测物900影像，其特征能被加强，同时粗糙表面的影像被压抑，使得待测物900的特征能够被突显，以取得清晰的待测物900的特征影像。换言之，面光源200能够过滤待测物900的粗糙表面所造成的影像杂讯，进而留下待测物900的特征。如此一来，待测物900可不需经过表面处理(例如喷砂处理)即可作检测，可大幅简化制程。
在本实施方式中，发光元件220可为灯条，例如发光二极体灯条，然而本发明不以此为限。发光元件220所发出的光束222的波长可依实际情况作调整，以配合取像装置100的收光波段。举例而言，发光元件220的波长可位于可见光的波长范围中。
接着请一并参照图1与图2，其中图2为图1的面光源200的放大图。在本实施方式中，面光源200更包含多个散射元件230，设置于导光板210的第二出光面214。当光束222射至散射元件230时，散射元件230可改变光束222的行进方向，不但能使得光束222在导光板210中充分混合，以增加面光源200的光均匀度，亦可将自入光面216入射的光束222导引至第一出光面212，以让光束222自第一出光面212离开导光板210并照射至位于取像装置100的取像位置110的待测物900上。
在图2中，散射元件230的尺寸较为夸张化，以表现出其内部特征，然而在实际应用下，散射元件230的尺寸可小于取像装置100(如图1所绘示)的解析度，更进一步的，散射元件230可位于取像装置100的景深外，如此可减少散射元件230于取像装置100成像的机会。
请回到图1。取像装置100具有工作距离D，而面光源200可置于取像装置100至取像装置100的一半工作距离D之间。举例而言，取像装置100的工作距离D为约300毫米，则面光源200可置于相距取像装置100约0毫米至约150毫米处。如此一来，面光源200可远离取像装置100的景深范围，因此图2的散射元件230便不会成像于取像装置100上。既然不会成像，则能避免散射元件230与取像装置100的影像感测元件(如电荷耦合元件(CCD))之间产生莫尔(Moire)效应，因此面光源200与取像装置100可不需特别调整或相对旋转以消除莫尔效应。
请参照图2。至少一个散射元件230包含黑色覆盖层232与白色颗粒234。白色颗粒234置于黑色覆盖层232与导光板210的第二出光面214之间。白色颗粒234可让光束222产生散射，而黑色覆盖层232则能够吸收或阻挡光束222。具体而言，当光束222射至散射元件230时，白色颗粒234能够让光束222产生散射，亦即光束222可以白色颗粒234为中心以辐射状散出(图2仅绘示部分光束222的行径路径)。因黑色覆盖层232覆盖白色颗粒234，因此往上方(即往图1的取像装置100的方向)散出的部分光束222便会被黑色覆盖层232挡住或吸收，使得光束222无法往上方离开导光板210。另一方面，往下方(即往图1的取像位置110的方向)散出的另一部分光束222则因没有黑色覆盖层232的阻挡或吸收，因此此部分的光束222可由第一出光面212离开导光板210，进而照射至待测物900(如图1所示)。如此一来，导光板210便能将发光元件220发出的光束222导引至待测物900。
在一些实施方式中，黑色覆盖层232可完全覆盖白色颗粒234，例如白色颗粒234被导光板210与黑色覆盖层232共同包覆。如此一来，可大幅降低光束222往上方离开导光板210的机率。因此，取像装置100便不会收到此部分的光，也就不会干扰待测物900的影像。
接着请一并参照图1与图2。导光板210将光束222导引至取像装置100的取像位置110后，光束222即照射至待测物900。自待测物900反射的光束224接着回到面光源200，依序穿透导光板210的第一出光面212与第二出光面214后被取像装置100所接收，如此一来取像装置100即可得到待测物900的影像(图1、图2仅绘示部分光束224的行径路径)。
请一并参照图1与图3，其中图3为图1的导光板210的上视图。在一些实施方式中，为了让光束222能够穿透第二出光面214，散射元件230可覆盖第二出光面214的约20％至约25％的面积。被散射元件230覆盖的地方，光束224无法通过，光束224由散射元件230未覆盖的部分第二出光面214通过。如此一来，散射元件230能够同时达成将光束222导引至取像装置100的取像位置110与不阻挡光束224通过的目的。
接着请回到图1。在一些实施方式中，光学检测装置更包含固定架300，连接取像装置100与面光源200，且至少包围取像装置100与面光源200之间的空间。具体而言，经过面光源200的光束224强度可能会因面光源200的厚度影响而减弱，因此斜向入射取像装置100的环境光可能会加剧对影像的干扰。然而在本实施方式中，固定架300可为不透光的材质，因此可隔绝环境光，以减少取像装置100收到环境光的机率。固定架300亦可固定面光源200以及取像装置100与面光源200之间的距离，例如将面光源200的散射元件230(如图2所示)置于取像装置100的景深外。
在本实施方式中，取像装置100例如为相机，其更具有收光面102，光束244自收光面102进入取像装置100。取像装置100的收光面102与面光源200的第二出光面214实质平行，且面光源200完全覆盖取像装置100的收光面102，亦即进入收光面102的光束224会先经过面光源200。在一些实施方式中，随着面光源200的厚度不同，取像装置100的后焦距离也会因此改变。在此情况下，可将面光源200的厚度考虑进取像装置100的透镜设计中，或者在取像装置100中加入调焦装置或延伸环的方式以调整其焦距，即可得到合适的焦距。
接着请参照图2。在一些实施方式中，导光板210的入光面216与第一出光面212实质垂直，且亦与导光板210的第二出光面214实质垂直。换言之，若第一出光面212与第二出光面214为导光板210的主表面，则入光面216可为导光板210的侧面，因此发光元件220所发光的光束222即为侧向入光。
接着请一并参照图1与图2。承接上述，发光元件220所发光的光束222为横向出光，导光板210将光束222转为纵向后从第一出光面212离开导光板210而照射待测物900。自待测物900反射的光束244以纵向穿透导光板210后入射取像装置100。换言之，取像装置100为纵向收光，因此其收光方向不同于发光元件220的出光方向，例如，取像装置100的收光方向可实质垂直于发光元件220的出光方向。
综合上述，因在上述实施方式中，面光源置于取像装置与取像位置之间，因此光束不会在待测物上形成取像装置的阴影。再者，即使取像装置具有较小的工作距离，面光源仍然可置于取像装置与取像位置之间。另外，对于一个表面粗糙的待测物而言，上述实施方式之光学检测装置所拍摄的待测物影像，其特征能被加强，同时粗糙表面的影像被压抑，使得待测物的特征能够被突显，以取得清晰的待测物的特征影像，因此待测物可不需经过表面处理即可作检测，可大幅简化制程。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺的人在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种光学检测装置，其特征在于，包含：
一取像装置，具有一取像位置；以及
一面光源，置于该取像装置与该取像位置之间，该面光源包含：
一导光板，具有一第一出光面、一第二出光面与一入光面，该第一出光面与该第二出光面相对设置，且该入光面连接该第一出光面与该第二出光面，其中该取像装置面对该导光板的该第二出光面设置；
一发光元件，面对该导光板的该入光面设置，其中该发光元件发出的光束自该入光面进入该导光板，由该导光板的该第一出光面离开并进入该取像位置，且自该取像位置反射的光束穿透该导光板之该第一出光面与该第二出光面而进入该取像装置；以及
一固定架，连接该取像装置与该面光源，且至少包围该取像装置与该面光源之间的空间。
2.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，其中该面光源更包含多个散射元件，所述散射元件设置于该导光板的该第二出光面。
3.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，其中至少一个该些散射元件包含：
一黑色覆盖层；以及
一白色颗粒，置于该黑色覆盖层与该导光板的该第二出光面之间。
4.如权利要求3所述的光学检测装置，其特征在于，其中该黑色覆盖层完全覆盖该白色颗粒。
5.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，其中该些散射元件覆盖该第二出光面的20％至25％的面积。
6.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，其中该取像装置具有一工作距离，该面光源置于该取像装置至该取像装置的一半该工作距离之间。
7.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，其中该导光板的该入光面与该第一出光面实质垂直，且亦与该导光板的该第二出光面实质垂直。
8.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，其中该面光源的该发光元件的出光方向不同于该取像装置的收光方向。
9.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，其中该取像装置更具有一收光面，该面光源完全覆盖该取像装置的该收光面。
10.如权利要求9所述的光学检测装置，其特征在于，其中该取像装置的该收光面与该面光源的该第二出光面实质平行。
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