TWI515408B - 光學裝置及應用該光學裝置之影像測量儀 - Google Patents

光學裝置及應用該光學裝置之影像測量儀 Download PDF

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Description

光學裝置及應用該光學裝置之影像測量儀
本發明涉及一種光學裝置，尤其涉及一種應用於影像測量儀之光學裝置。
影像測量儀係一種非接觸式之三維測量設備，具有柔性好、快速高效之優點，其包括一圖像擷取裝置及一光學裝置，所述光學裝置用於對待測工件進行光學成像，所述圖像擷取裝置用來感應待測工件之影像。但，當所述待測工件表面之光滑度非常高之時候，比如一光滑之玻璃片，所述光學裝置將很難對所述待測工件進行光學成像，此時則無法對所述待測工件進行測量。
有鑒於此，有必要提供一種可以對表面光滑度高之待測工件進行對焦之光學裝置。
此外，還有必要提供一種應用上述光學裝置之影像測量儀。
一種光學裝置，該光學裝置包括圖案光模組及同軸光模組，所述圖案光裝置包括依次設置之圖案光源及圖案片，該同軸光模組包括同軸光源，所述同軸光源所發射之光線用以照射至所述待測工件之表面，該圖案光源與該同軸光源錯開設置，且該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光相互交叉，該光學裝置還 包括第一半透半反射鏡，該第一半透半反射鏡設於所述圖案光與同軸光之交叉處，該半透半反射鏡將該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光匯合在同一直線後，照射於所述待測工件之表面。
一種影像測量儀，包括光學裝置及影像攫取裝置，該光學裝置包括圖案光模組及同軸光模組，所述圖案光裝置包括依次設置之圖案光源及圖案片，該同軸光模組包括同軸光源，所述同軸光源所發射之光線用以照射至所述待測工件之表面，所述影像攫取裝置用於感應所述待測工件之影像並將所感應之影像轉換為電信號以傳輸給一電腦系統進行處理，該圖案光源與該同軸光源錯開設置，且該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光相互交叉，該光學裝置還包括第一半透半反射鏡，該第一半透半反射鏡設於所述圖案光與同軸光之交叉處，該半透半反射鏡將該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光匯合在同一直線後，照射於所述待測工件之表面。
使用上述影像測量儀時，如果所述待測工件表面之光滑度較高，則利用所述光學裝置將圖案片之圖案投射到所述待測工件之表面，以方便對焦；如果所述待測工件表面之光滑度較低，則直接藉由所述環形光源及同軸光源照亮所述待測工件即可。
100‧‧‧影像測量儀
200‧‧‧待測工件
10‧‧‧光學裝置
20‧‧‧影像攫取裝置
30‧‧‧攝像頭
12‧‧‧圖案光模組
14‧‧‧同軸光模組
16‧‧‧光線傳輸模組
18‧‧‧環形光源
122‧‧‧第一鏡筒
124‧‧‧圖案光源
126‧‧‧第一凸鏡
128‧‧‧圖案片
1222‧‧‧第一容置腔
1224‧‧‧第一散熱片
142‧‧‧第二鏡筒
144‧‧‧同軸光源
146‧‧‧第二凸鏡
1422‧‧‧第二容置腔
1424‧‧‧第二散熱片
162‧‧‧第三鏡筒
164‧‧‧第四鏡筒
166‧‧‧第一半透半反射鏡
168‧‧‧第三凸鏡
169‧‧‧第二半透半反射鏡
1622‧‧‧第一通孔
1624‧‧‧第一接入孔
1642‧‧‧第二通孔
1644‧‧‧第二接入孔
1662‧‧‧第一反射面
1692‧‧‧第二反射面
圖1係本發明較佳實施方式影像測量儀之立體圖；圖2係圖1所示影像測量儀沿II-II線之剖視圖；圖3係圖2中圖案片之示意圖。
參考圖1及圖2，本發明影像測量儀100之較佳實施方式包括一光學裝置10、一影像攫取裝置20、一攝像頭30及一電腦系統(圖未示)，影像攫取裝置20可以係一CCD(charge coupled device，電荷耦合器件)攝像頭。光學裝置10包括一用以發射圖案光之圖案光模組12、一用以發射同軸光之同軸光模組14、一用以將所述圖案光及同軸光照射於待測工件200表面之光線傳輸模組16及一用以照亮待測工件200表面之環形光源18。
圖案光模組12包括一第一鏡筒122、一圖案光源124、一第一凸鏡126及一設有圖案之圖案片128。第一鏡筒122上開設有一第一容置腔1222，圖案光源124、第一凸鏡126及圖案片128依次固定於第一容置腔1222內，且圖案光源124靠近第一容置腔1222之底部設置。第一鏡筒122之外周壁上還設有若干供圖案光源124散熱之第一散熱片1224。所述圖案片128為一玻璃片，其上具有用以使影像攫取裝置20聚焦之圖案。請參閱圖3，本實施例中，圖案片128包括若干透明與不透明之方形，且所述若干透明與不透明之方形交替排布。可以理解，只要能使影像攫取裝置20聚焦，所述圖案片128上之圖案還可以為其他圖案，如輪廓清晰之動物像、人物像或者風景均可。
同軸光模組14包括一第二鏡筒142、一同軸光源144及一第二凸鏡146。第二鏡筒142上開設有一第二容置腔1422，同軸光源144及第二凸鏡146依次固定於第二容置腔1422內，且同軸光源144靠近第二容置腔1422之底部設置。第二鏡筒142之外周壁上還設有若干供同軸光源144散熱之第二散熱片1424。本實施例中，圖案光 源124和同軸光源144均為一發光二極體。
光線傳輸模組16包括一第三鏡筒162、一與第三鏡筒162垂直連接之第四鏡筒164、一安裝於第三鏡筒162內之一第一半透半反射鏡166及一第三凸鏡168和一安裝於第四鏡筒164內之第二半透半反射鏡169。
第三鏡筒162上開設有一第一通孔1622，第一通孔1622之兩端分別與第一鏡筒122之第一容置腔1222及第四鏡筒164連通。第三鏡筒162之周壁上還開設有與第一通孔1622連通之第一接入孔1624，第二鏡筒142之第二容置腔1422藉由第一接入孔1624與第一通孔1622連通。第一半透半反射鏡166位於第一通孔1622內且與第一接入孔1624相對設置。第一半透半反射鏡166由透明材質製成，其橫截面大致呈一三角形(見圖2)。第一半透半反射鏡166包括一第一反射面1662，第一反射面1662用以將同軸光源144發射之光線反射至與圖案光源124發射之光線同軸傳輸。第三凸鏡168位於第一半透半反射鏡166與第二半透半反射鏡169之間，調節第三凸鏡168與第二凸鏡146之間之距離可調整圖案片128於待測工件200表面成像之大小。
第四鏡筒164兩端分別與影像攫取裝置20及環形光源18連接，且第四鏡筒164上開設有將其兩端貫穿之一第二通孔1642，且第四鏡筒164之周壁上還開設有一與第三鏡筒162連接之第二接入孔1644。第二半透半反射鏡169由透明材質製成且安裝於第二通孔1642內。第二半透半反射鏡169包括一第二反射面1692，第二反射面1692與第一反射面1662平行設置用以將同軸光及圖案光反射至待測工件200之表面上。影像攫取裝置20可透過第二半透半反 射鏡169攫取待測工件200表面之圖像。
使用上述影像測量儀100時可參照如下步驟進行：當所述待測工件200表面之光滑度非常高之時候，比如一光滑之玻璃片。同時開啟圖案光源124及同軸光源144，圖案光源124發射之圖案光藉由第一凸鏡126聚焦後穿過圖案片128，並將圖案片128之圖案投影於第一半透半反射鏡166上；同時，同軸光源144發射之同軸光藉由第二凸鏡146聚焦後照射於第一半透半反射鏡166之第一反射面1662上後反射，反射後之同軸光與穿過第一半透半反射鏡166之具有圖案投影之圖案光同軸傳輸，並依次藉由第三凸鏡168聚焦及第二半透半反射鏡169反射後照射於待測工件200之表面。此時，圖案片128上用以聚焦之圖案投影於待測工件200之表面，所述影像攫取裝置20感應所述待測工件200之表面之像並將其轉換為電信號以傳輸給所述電腦系統，從而運算得到所述待測工件200之表面之像之清晰度及對比度。所述電腦系統根據其清晰度及對比度即可判斷得到所述待測工件200之焦點位置，使得影像攫取裝置20可輕鬆對焦待測工件200並攫取待測工件200表面之圖像。
當所述待測工件200表面之光滑度滿足對焦要求時，開啟同軸光源144及環形光源18，所述同軸光源144之光線依次經過第二凸鏡146、第一半透半反射鏡166、第三凸鏡168及第二半透半反射鏡169照射到所述待測工件200之表面，同時藉由控制所述環形光源18之照明區域照亮所述待測工件200之指定區域。此時，所述影像攫取裝置20感應所述待測工件200之表面之像並將其轉換為電信號以傳輸給所述電腦系統，從而運算得到所述待測工件200之 表面之像之清晰度及對比度。所述電腦系統根據其清晰度及對比度即可判斷得到所述待測工件200之焦點位置。
使用上述影像測量儀100時，如果所述待測工件200表面之光滑度較高，則利用所述光學裝置10將圖案片128之圖案投射到所述待測工件200之表面，以方便對焦；如果所述待測工件200表面之光滑度較低，則直接藉由所述環形光源18及同軸光源144照亮所述待測工件200即可。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟習本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧影像測量儀
200‧‧‧待測工件
20‧‧‧影像攫取裝置
30‧‧‧攝像頭
12‧‧‧圖案光模組
14‧‧‧同軸光模組
16‧‧‧光線傳輸模組
18‧‧‧環形光源
122‧‧‧第一鏡筒
124‧‧‧圖案光源
126‧‧‧第一凸鏡
128‧‧‧圖案片
1222‧‧‧第一容置腔
1224‧‧‧第一散熱片
142‧‧‧第二鏡筒
144‧‧‧同軸光源
146‧‧‧第二凸鏡
1422‧‧‧第二容置腔
1424‧‧‧第二散熱片
162‧‧‧第三鏡筒
164‧‧‧第四鏡筒
166‧‧‧第一半透半反射鏡
168‧‧‧第三凸鏡
169‧‧‧第二半透半反射鏡
1622‧‧‧第一通孔
1624‧‧‧第一接入孔
1642‧‧‧第二通孔
1644‧‧‧第二接入孔
1662‧‧‧第一反射面
1692‧‧‧第二反射面

Claims (9)

  1. 一種影像測量儀，包括光學裝置及影像攫取裝置，該光學裝置包括圖案光模組及同軸光模組，所述圖案光模組包括依次設置之圖案光源及圖案片，該同軸光模組包括同軸光源，所述同軸光源所發射之光線用以照射至一待測工件之表面，所述影像攫取裝置用於感應所述待測工件之影像並將所感應之影像轉換為電信號以傳輸給一電腦系統進行處理，其改良在於：該圖案光源與該同軸光源錯開設置，且該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光相互交叉，該光學裝置還包括第一半透半反射鏡，該第一半透半反射鏡設於所述圖案光與同軸光之交叉處，該第一半透半反射鏡將該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光匯合在同一直線後，照射於所述待測工件之表面，該影像測量儀還包括用以將所述圖案光及同軸光照射於待測工件表面之光線傳輸模組，該光線傳輸模組包括第三鏡筒、與第三鏡筒垂直連接之第四鏡筒、安裝於第三鏡筒內之第三凸鏡及安裝於第四鏡筒內之第二半透半反射鏡，該第一半透半反射鏡安裝於第三鏡筒內，且該第三凸鏡位於該第一半透半反射鏡與第二半透半反射鏡之間，該第一半透半反射鏡包括一用以將同軸光反射至與該圖案光同軸照射之第一反射面，該第二半透半反射鏡包括一與該第一反射面平行設置之第二反射面，該影像測量儀還包括與待測工件相對設置之環形光源，該環形光源照之照明區域直接照亮所述待測工件之指定區域，該影像攫取裝置及該環形光源分別與該第四鏡筒之兩端直接連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像測量儀，其中該圖案光模組還包括第一鏡筒、第一凸鏡及設有圖案之圖案片，該第一鏡筒上開設有第一容置腔 ，該圖案光源、該第一凸鏡及該圖案片依次固定於第一容置腔內，且圖案光源靠近第一容置腔之底部設置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之影像測量儀，其中該第一鏡筒之外周壁上還設有多個供圖案光源散熱之散熱片。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之影像測量儀，其中該圖案片為一玻璃片，其上具有用以使影像攫取裝置聚焦之圖案。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之影像測量儀，其中該圖案由多個透明與不透明之方形排列組合形成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像測量儀，其中該同軸光模組還包括第二鏡筒及第二凸鏡，該第二鏡筒上開設有第二容置腔，該同軸光源及該第二凸鏡依次固定於該第二容置腔內，且該同軸光源靠近該第二容置腔之底部設置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像測量儀，其中該第二鏡筒之外周壁上還設有多個供該同軸光源散熱之散熱片。
  8. 一種光學裝置，包括圖案光模組及同軸光模組，所述圖案光模組包括依次設置之圖案光源及圖案片，該同軸光模組包括同軸光源，所述同軸光源所發射之光線用以照射至一待測工件之表面，其改良在於：該圖案光源與該同軸光源錯開設置，且該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光相互交叉，該光學裝置還包括第一半透半反射鏡，該第一半透半反射鏡設於所述圖案光與同軸光之交叉處，該半透半反射鏡將該圖案光源發射之圖案光與該同軸光源發射之同軸光匯合在同一直線後，照射於所述待測工件之表面，該影像測量儀還包括用以將所述圖案光及同軸光照射於待測工件表面之光線傳輸模組，該光線傳輸模組包括第三鏡筒、與第三鏡筒垂直連接之第四鏡筒、安裝於第三鏡筒內之第三凸鏡及安裝於第四鏡筒內之第二半透半反射鏡，該第一半透半反射鏡安裝於第 三鏡筒內，且該第三凸鏡位於該第一半透半反射鏡與第二半透半反射鏡之間，該第一半透半反射鏡包括一用以將同軸光反射至與該圖案光同軸照射之第一反射面，該第二半透半反射鏡包括一與該第一反射面平行設置之第二反射面，該影像測量儀還包括與待測工件相對設置之環形光源，該環形光源照之照明區域直接照亮所述待測工件之指定區域，該影像攫取裝置及該環形光源分別與該第四鏡筒之兩端直接連接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學裝置，其中該圖案光模組還包括第一鏡筒、第一凸鏡及設有圖案之圖案片，該第一鏡筒上開設有第一容置腔，該圖案光源、該第一凸鏡及該圖案片依次固定於第一容置腔內，且圖案光源靠近第一容置腔之底部設置。
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