TWI618640B - 立體列印系統以及立體列印方法 - Google Patents

Abstract

一種立體列印系統包括光源單元、至少一影像擷取模組、一處理單元以及一列印裝置。影像擷取模組包括一影像擷取單元以及一調焦鏡組。處理單元控制變焦鏡頭改變拍攝焦距，並控制影像擷取單元在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像。其中，每一個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，處理單元根據影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距計算出待測物體的立體輪廓資料。列印裝置根據立體輪廓資料列印出對應待測物體的多個截面輪廓。一種立體列印方法亦被提供。

Description

立體列印系統以及立體列印方法

本發明是有關於一種列印系統以及列印方法，且特別是有關於一種立體列印系統以及立體列印方法。

隨著科技的日新月異，人們不再滿足於僅止於平面的複印技術。近年來，立體列印技術，即3D列印技術(3 dimensional printing technology)使得立體的物件也能夠被列印複製，從而能夠快速且廉價地大量製造產品。

立體列印技術可用於模具製造、工業設計等領域以製造模型，近年來亦逐漸用於一些產品的直接製造。特別是一些高價值應用(比如髖關節或牙齒，或一些飛機零部件)已經有使用這種技術列印而成的零部件。一般而言，立體列印技術的設計過程是：先透過電腦輔助設計(CAD)或電腦動畫建模軟體建模，再將建成的3D模型「分割」成逐層的截面，從而指導印表機逐層列印。

然而，對於已存在的實際物體，則需要額外使用人工方式以上述電腦輔助設計或電腦動畫建模軟體對該實際物體進行描 繪建模後，方可進行立體列印。如此一來，不但複製品的精確度難以提升，且需要花費額外的時間與人工，從而提高了複製品的成本。因此，如何精確且有效率地取得欲複製之物體的輪廓資訊已成為目前立體列印技術亟待解決的問題之一。

本發明提供一種立體列印系統以及立體列印方法，可準確且有效率地取得待測物體的立體輪廓資料。

本發明的一實施例提供一種立體列印系統，包括光源單元、至少一影像擷取模組、處理單元以及一列印裝置。光源單元照明一待測物體。影像擷取模組包括一影像擷取單元以及一調焦鏡組。影像擷取單元配置於待測物體的一側，調焦鏡組配置於影像擷取單元與待測物體之間。處理單元控制調焦鏡組改變拍攝焦距，並控制影像擷取單元在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像，其中每一個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，處理單元根據影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距計算出待測物體的立體輪廓資料。列印裝置根據立體輪廓資料列印出對應待測物體的多個截面輪廓。

在本發明的一實施例中，光源單元向待測物體提供一照明光，待測物體相對照明光為不透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，立體輪廓資料包括待測物體的表面輪廓。

在本發明的一實施例中，影像擷取模組是以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為調焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為，在待測物體與焦平面重疊的截面積最大時，調焦鏡組沿著拍攝光軸至焦平面的距離。

在本發明的一實施例中，光源單元向待測物體提供一照明光，待測物體相對照明光為透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，立體輪廓資料包括待測物體的表面輪廓與內部形狀。

在本發明的一實施例中，影像擷取模組是以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為調焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為調焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最長距離。

在本發明的一實施例中，至少一影像擷取模組為多個影像擷取模組，分別配置於待測物體的周圍，其中多個影像擷取模組分別以不同的拍攝光軸擷取待測物體的至少一部份的影像。

在本發明的一實施例中，處理單元將影像擷取單元在不同的拍攝焦距下所擷取到的待測物體的多個影像中已對焦的局部影像分別映射至列印裝置的驅動單元，驅動單元根據所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行列印。

在本發明的一實施例中，驅動單元根據所映射的多個影 像中已對焦的局部影像進行影像縮放及列印。

本發明的一實施例提供一種立體列印方法，包括照明待測物體；在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像，其中每一多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像；根據影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距計算出待測物體的立體輪廓資料；以及根據立體輪廓資料，列印出對應待測物體的多個截面輪廓。

在本發明的一實施例中，待測物體相對照明待測物體的照明光為不透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，立體輪廓資料包括待測物體的表面輪廓。

在本發明的一實施例中，其中在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像的方法中更包括：透過至少一影像擷取模組以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為影像擷取模組的調焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為，在待測物體與焦平面重疊的截面積最大時，調焦鏡組沿著拍攝光軸至焦平面的距離。

在本發明的一實施例中，待測物體相對照明待測物體的照明光為透明，且已對焦的局部影像為待測物體與不同的拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，立體輪廓資料包括待測物體的表面輪廓與內部形狀。

在本發明的一實施例中，在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像的方法中更包括：透過至少一影像擷取模組以至少一拍攝光軸拍攝待測物體，拍攝焦距的最小值為影像擷取模組的調焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最短距離，拍攝焦距的最大值為調焦鏡組沿著拍攝光軸至待測物體的最長距離。

在本發明的一實施例中，更包括將在不同的拍攝焦距下所擷取到的待測物體的多個影像中已對焦的局部影像分別映射至列印裝置的驅動單元，驅動單元根據所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行列印。

在本發明的一實施例中，驅動單元根據所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行影像縮放及列印。

基於上述，透過本發明實施例中的立體列印系統以及立體列印方法，待測物體的輪廓、形狀等立體輪廓資料可被精準且有效率地取得，並且，成品可被快速、精準地複製，從而生產品質得以提高，生產成本得以降低。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、100’、200‧‧‧立體列印系統

110、110’‧‧‧光源單元

120、120A、120B、220‧‧‧影像擷取模組

122、122A、122B、222‧‧‧影像擷取單元

124、124A、124B、224‧‧‧調焦鏡組

130‧‧‧處理單元

140‧‧‧列印裝置

142‧‧‧驅動單元

AM‧‧‧配向層

AX、AX1、AX2‧‧‧拍攝光軸

B‧‧‧光束

ET‧‧‧電極層

ET1、ET2‧‧‧電極層區域

f、f0、f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、fa、fb‧‧‧焦距

L、L’‧‧‧照明光

LC‧‧‧液晶層

OB‧‧‧待測物體

P、P0、P0’、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7‧‧‧焦平面

R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3’、R4’、DR4、DR4’‧‧‧影像

SB‧‧‧透光基板

S2、S3、S4、S11、S12、S21、S22、S23、S24、S31、S32、S33、S34、S41、S42、S43、S44‧‧‧局部影像

S100、S200、S300、S400‧‧‧步驟

VC‧‧‧電壓源

X1,Y1、X2,Y1、X3,Y1、X1,Y2、X1,Y3、X1’,Y1’、X2’,Y1’、X3’,Y1’、X1’,Y2’、X1’,Y3’‧‧‧像素

圖1A繪示出本發明第1實施例中的立體列印系統的示意圖。

圖1B繪示出圖1A實施例中的立體列印系統的俯視圖。

圖2A繪示出圖1A實施例中的調焦鏡組的一種實施形態的示意圖。

圖2B繪示出圖2A中的電極層ET的俯視示意圖。

圖3A至圖3D分別繪示出影像擷取模組120在焦距f1、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖。

圖3E繪示出將圖3D中的影像R4映射至驅動單元的示意圖。

圖3F繪示出將圖3D中的影像R4進行影像縮放並映射至驅動單元的示意圖。

圖4繪示出圖1實施例的立體列印系統的另一種實施態樣。

圖5A繪示出本發明第2實施例中的立體列印系統的示意圖。

圖5B繪示出圖5A實施例中的立體列印系統的俯視圖。

圖6A至圖6D分別繪示出影像擷取模組220在焦距f1、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖。

圖7繪示出本發明之第三實施例的立體列印方法。

圖1A繪示出本發明第1實施例中的立體列印系統的示意圖，請參照圖1A，在本實施例中，立體列印系統100包括光源單元110、至少一影像擷取模組120、處理單元130以及一列印裝置140。

其中，光源單元110照明一待測物體OB。影像擷取模組120包括一影像擷取單元122以及一調焦鏡組124。影像擷取單元 122配置於待測物體OB的一側，調焦鏡組124配置於影像擷取單元122與待測物體OB之間。處理單元130控制調焦鏡組124改變拍攝焦距f(如圖1A中的焦距f1、f2、f3及f4，並控制影像擷取單元122在不同的拍攝焦距f下擷取待測物體OB的多個影像。其中，圖1A中待測物體OB的形狀、各構件之間的大小、距離以及相對位置等僅作為例示說明本實施例，本發明不以此為限。

其中，每一個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，處理單元130再根據影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距f計算出待測物體OB的立體輪廓資料。列印裝置140根據所述立體輪廓資料列印出對應所述待測物體OB的多個截面輪廓。關於已對焦與未對焦的局部影像以及截面輪廓將於後續詳述之。

請繼續參考圖1A，在本實施例中，光源單元110向待測物體OB提供一照明光L，其中，待測物體OB相對照明光為不透明。舉例而言，照明光L可以是可見光，而待測物體OB可以是一般不透明的材料，然而本發明不以此為限。

此外，在本實施例中，影像擷取單元122例如是電荷耦合元件型(charge coupled device，CCD)或是互補式金氧半導體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)的光偵測器或影像偵測器，其可用於感測灰階或彩色的影像，本發明不以此為限。

圖1B繪示出圖1A實施例中的立體列印系統的俯視圖，請參考圖1A至圖1B，在本實施例中，由於調焦鏡組124的拍攝焦距f可調整，因此調焦鏡組124可以調整拍攝的焦平面P(如圖1A中的焦平面P1、P2、P3及P4)，在這些焦平面P上的影像能夠被對焦，從而能夠清楚地被影像擷取模組120擷取到，而不在這些焦平面P上的影像，雖然仍會被擷取到，但是會由於未對焦的緣故而形成模糊的影像。如此，處理單元130可以根據精度需求，進而選擇透過合適的影像邊緣演算法來判定這些影像中已對焦以及未對焦的局部影像。

請繼續參照圖1A及圖1B，在本實施例中，影像擷取模組120是以一拍攝光軸AX拍攝待測物體OB，拍攝焦距f的最小值可為調焦鏡組124沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最短距離，拍攝焦距f的最大值可為，在待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大(例如圖1A中的焦平面P4處)時，調焦鏡組124沿著拍攝光軸AX至焦平面P的距離。

由於在本實施例中，待測物體OB相對於照明光L不透明，因此在待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大之處，即使再增大拍攝焦距f(例如增加焦距至焦平面P0之處)也沒有辦法拍攝到清楚的局部影像，另一方面，當拍攝焦距比調焦鏡組124沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最短距離還要短時(例如減少焦距至焦平面P0’處)，由於焦平面P0’尚未與待測物體OB重疊， 因此同樣地也無法拍攝到清楚的局部影像。

圖2A繪示出圖1A實施例中的調焦鏡組的一種實施形態的示意圖，圖2B繪示出圖2A中的電極層ET的俯視示意圖，請參照圖2A以及圖2B，舉例而言，在本實施例中，調焦鏡組124可包括液晶可調焦透鏡(liquid crystal tunable-focal-length lenses)，即，如圖2A及圖2B所示，液晶層LC被夾置在二層分別包括透光基板SB(例如是玻璃基板等透光材質)、電極層ET(例如是塗佈著銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)等透明導電材料所形成的透光電極層)、以及配向層AM的基板之間。如圖2A所示，光束B通過此調焦鏡組124從而被匯聚。

一般而言，在液晶層LC未受到外加電場影響時，靠近配向層的液晶分子會順著配向層AM的配向方向而排列，而使得通過調焦鏡組124的光線B偏折而匯聚在例如是焦距fa的位置。

另一方面，在電壓源VC對如圖2A中的上下二電極層ET施加電壓時，液晶層LC受到外加電場(在圖2A中，例如是受到方向由上而下的電壓)，液晶層LC中的液晶分子會順著外加電場的方向而改變方向(orientation)，從而這些受到外加電場影響的液晶分子相對於入射至調焦鏡組124的光束B的折射能力變弱，而使得整體調焦鏡組124的焦距變長(例如由焦距fa至焦距fb)。

進一步而言，為了使光束B在通過調焦鏡組124後能夠依照設計而匯聚為特定的光型，電極層ET可具有如下設計，請參 照圖2B，在本實施例中，電極層ET上並非完全塗佈著透明導電材料，而僅僅是局部塗佈著。

舉例而言，如圖2B所繪示，在本實施例中，電極層ET中圓形的電極層區域ET1的部份未塗佈著透明導電材料，而僅在電極層ET中的電極層區域ET2塗佈著透明導電材料。如此，由於電極層區域ET2並不被施加電壓，因此在電壓源VC對電極層ET施加電壓時，由於整體的外加電場的強度由外圍(對應電極層區域ET1)往內(對應電極層區域ET2)衰減，從而使調焦鏡組124形成漸進式的折射率分佈(外圍對應電極層區域ET1對光束B的折射率較小，往內對應電極層區域ET2對光束B的折射率較大)，從而可以達到需求的聚焦效果。

值得注意的是，上述的電極層區域ET1、ET2等構件的配置形狀、大小、相對位置等結構僅作為例示說明本實施例，在其他實施例中可以依照需求而有不同的設計，本發明並不以此為限。

如此，透過改變外加電場的大小、方向等參數，可以使得調焦鏡組124的焦距能夠被精密地調整，且無需額外動件，從而能夠使變焦精準快速，而沒有動件磨損的情況發生。

此外，在其他實施例中，調焦鏡組124也可以實施為包括其他結構，例如包括音圈馬達(voice coil motor，VCM)。或是，在其他實施例中，調焦鏡組124也可以包括定焦透鏡(未圖示)，通 過手動或自動方式來移動此定焦透鏡以改變對焦焦距，從而亦能夠達到與調焦鏡組124相同或相似之功效，本發明不以此為限。

圖3A至圖3D分別繪示出影像擷取模組120在焦距f1、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖，請繼續參照圖1A至圖3D，詳細而言，在本實施例中，已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓資料包括待測物體OB的表面輪廓。

詳細而言，請先參照圖1B及圖3A，圖3A繪示出影像擷取模組120在焦平面P1所拍攝到的影像R1經過處理單元130處理後的示意圖，由圖1B及圖3A可以看出，待測物體OB與焦平面P1重疊的部份，即圖1B及圖3A中的局部影像S11、S12可被清楚地辨識出來，而待測物體OB未與焦平面P1重疊的部份，由於未對焦而成為模糊的局部影像，因此在影像R1經過處理單元130處理後可被濾除。

接著請參照圖3B，圖3B繪示出影像擷取模組120在焦平面P2所拍攝到的影像R2經過處理單元130處理後的示意圖，由圖1B及圖3B可以看出，待測物體OB與焦平面P2重疊的部份，即圖1B及圖3B中的局部影像S21、S22、S23、S24可被清楚地辨識出來，待測物體OB未與焦平面P2重疊的影像模糊部份則在被處理單元130處理後被濾除，在此不再贅述。

接著請參照圖3C，圖3C繪示出影像擷取模組120在焦 平面P3所拍攝到的影像R3經過處理單元130處理後的示意圖，由圖1B及圖3C可以看出，待測物體OB與焦平面P3重疊的部份，即圖1B及圖3C中的局部影像S31、S32、S33、S34可被清楚地辨識出來，待測物體OB未與焦平面P3重疊的影像模糊部份則在被處理單元130處理後被濾除，在此不再贅述。

接著請參照圖3D，圖3D繪示出影像擷取模組120在焦平面P3所拍攝到的影像R4經過處理單元130處理後的示意圖，由圖1B及圖3D可以看出，待測物體OB與焦平面P4重疊的部份，即圖1B及圖3D中的局部影像S41、S42、S43、S44可被清楚地辨識出來，待測物體OB未與焦平面P4重疊的部份則在被處理單元130處理後被濾除，在此不再贅述。

在本實施例中，通過上述的方式所擷取到並處理過後的影像R1~R4，相當於是待測物體OB的外殼在各焦平面P上的縱切片。圖1A至圖3D中的焦平面P僅僅作為例示而為4個，實際上可依照精度要求而增加或減少焦平面P的數量。例如，當焦平面P的數量很多的時候，待測物體OB的表面輪廓即可以被處理單元130相當精準地推算並記錄而成為立體輪廓資料。

當這些影像(如影像R1~R4)被處理單元130計算並紀錄下來而成為立體輪廓資料之後，處理單元130可以將此立體輪廓資料傳送至列印裝置140，列印裝置可以根據各影像(如影像R1~R4)來進行堆疊累積列印，相當於一層一層地將對應於待測物 體OB的表面輪廓的截面輪廓列印出來，在完整地將所有的截面輪廓列印出來後，即可透過堆疊累積的方式得到待測物體OB的表面輪廓(即其外殼)的複製品。這樣的外殼複製品可以完全地反應原來待測物體OB的表面輪廓，而不必預先利用電腦輔助設計或電腦動畫建模軟體來進行描繪，從而能夠節省製造時間以及節省製造成本，同時亦可維持良好的複製精度。

當然，本實施例中的立體列印系統100亦可依照需求對待測物體OB的立體輪廓資料進行映射(mapping)處理單元130可將影像擷取單元122在不同的拍攝焦距f下所擷取到的待測物體OB的多個影像中已對焦的局部影像分別映射至列印裝置140的驅動單元142，驅動單元142根據所映射的多個影像中已對焦的局部影像進行列印。其中，驅動單元142例如為包括處理器(未圖示)以及記憶體(未圖示)等硬體以及包括映射軟體、影像處理軟體、以及列印軟體等。

舉例而言，圖3E繪示出將圖3D中的影像R4映射至驅動單元的示意圖，圖3F繪示出將圖3D中的影像R4進行影像縮放並映射至驅動單元的示意圖，請先參照圖1、圖3D及圖3E，在影像擷取單元122的影像解析度與列印裝置140的影像解析度一致的情況下，影像R4中已對焦的局部影像(圖3E中黑粗線)可以被處理單元130以1：1的比例映射至驅動單元142而成為影像DR4，例如將影像R4的像素X1,Y1、X2,Y1、X3,Y1、X1,Y2、 X1,Y3......等像素逐一映射至影像DR4上的像素X1,Y1、X2,Y1、X3,Y1、X1,Y2、X1,Y3......，驅動單元142可根據此影像DR4列印出1：1的待測物體OB的立體複製物品。

然而，在更多的情況下，影像擷取單元122的影像解析度與列印裝置140的影像解析度並不一致，例如，請參考圖3F，在影像擷取單元122的影像解析度小於列印裝置140的影像解析度時，驅動單元142可進一步對從處理單元130映射的影像R4進行影像縮放(image scaling)，例如圖3E中將影像R4的像素X1,Y1、X2,Y1、X3,Y1、X1,Y2、X1,Y3......等像素經過影像縮放後逐一映射至影像DR4’上的像素X1’,Y1’、X2’,Y1’、X3’,Y1’、X1’,Y2’、X1’,Y3’......，，並可透過各種影像演算法進行平滑化、邊緣銳利化等影像處理，如此，驅動單元142可根據此影像DR4’列印出與待測物體OB不同比例的立體複製物品。

此外，在本實施例中，通過將調焦鏡組124的拍攝焦距f的範圍設定如上，從而可以有效地對待測物體OB的表面進行逐步地掃描，從而能夠擷取到待測物體OB表面輪廓。同時，若是待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大之處是位於待測物體OB的中央區域部分的話，則可如圖1A的架構，先測量一半的待測物體OB的輪廓，而後再將待測物體OB相對影像擷取模組120旋轉180度翻至背面再重新掃描待測物體OB的另一半邊，由此可以得到完整的待測物體OB的整體表面輪廓。

或是，圖4繪示出圖1實施例的立體列印系統的另一種實施態樣，請參照圖1A及圖4，圖4中的立體列印系統100’與圖1A中的立體列印系統100相似，其相同的構件則沿用相同的標號。其中，相較於圖1的立體列印系統100，圖4中的立體列印系統100’具有二個影像擷取模組120A、120B(各自包括影像擷取單元122A、122B以及調焦鏡組124A、124B)，分別配置在待測物體OB的周圍，並以各自的拍攝光軸AX1、AX2對待測物體OB進行拍攝。如此一來，即使待測物體OB相對照明光L不透明，則影像擷取模組120A、120B仍然可以擷取到待測物體OB整體的表面輪廓(例如，在影像擷取模組120A拍攝焦平面P1~P4的影像時，在影像擷取模組120B可以同時拍攝焦平面P5~P7的影像)，而不必相對影像擷取模組120旋轉待測物體OB，從而可進一步地節省擷取表面輪廓的時間。當然，在其他實施形態中亦可採用二個以上的影像擷取模組，從而能夠進一步地提高掃描速度以及測量的精度。

圖4中所繪示的二個影像擷取模組120A、120B所配置的位置與數量僅作為例示說明本實施例，本發明不以此為限。在其他實施例中，亦可依照需求配置不同數量的影像擷取模組，或使影像擷取模組由不同方向(例如由水平方向、垂直方向或是以相對待測物體OB傾斜的方向等等)對待測物體OB進行拍攝。

圖5A繪示出本發明第2實施例中的立體列印系統的示意 圖，請參照圖1A及圖5A，與圖1A實施例中的立體列印系統100相似，然而不同之處在於，本實施例中的立體列印系統200所使用的光源單元110’向待測物體OB提供一照明光L’，待測物體OB相對照明光L’為透明(例如，照明光L’可為X射線)，且已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓資料包括待測物體OB的表面輪廓與內部形狀。換言之，在第1實施例中是僅測量待測物體OB的表面輪廓(即其外殼)，而在本實施例中，由於待測物體OB相對照明光L’為透明，待測物體OB配置於光源單元110’與待測物體OB之間，且光源單元110’相對待測物體OB與光源單元110’對向配置，因此照明光L’可穿透待測物體OB而被影像接收模組220(包括影像擷取單元222以及調焦鏡組224)接收到，從而使得待測物體OB的內部形狀亦能夠被影像接收模組220拍攝下來。由此，所製作而成的複製品不僅是與待測物體OB具有相同的表面輪廓，連帶地連其內部也與待測物體OB相仿。

在本實施例中，由於待測物體OB相對照明光L’為透明，即照明光L’可以穿過待測物體OB而照明其內部(例如焦距可為焦距f0)，因此，拍攝焦距f的最小值可為調焦鏡組224沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最短距離，拍攝焦距f的最大值為調焦鏡組224沿著拍攝光軸AX至待測物體OB的最長距離。如此一來，可在不需旋轉待測物體OB或是額外增設多組影像擷取模組220 的情況下，也能夠良好地取得待測物體OB的表面輪廓與內部形狀。

或是，在本實施例中，由於待測物體OB相對照明光L’為透明，因此亦可透過調整光源單元110’相對於待測物體OB的距離，並使得調焦鏡組224的焦距固定，藉此亦能夠對待測物體OB的各截面進行聚焦掃描。換言之，在本實施例中，不僅僅只能透過調焦鏡組224改變焦距來達到掃描的目的，也可以透過調整光源單元110’、影像擷取模組220以及待測物體OB之間的距離，從而亦能夠得到如前述圖1A實施例之功效。

特別是，不僅在本實施例中可透過調整光源單元110’、影像擷取模組220以及待測物體OB之間的距離來達到掃瞄待測物體OB的目的，在其他實施例(例如圖1A之實施例)中，同樣地可以透過調整光源單元110、影像擷取模組120以及待測物體OB之間的距離，換言之，即改變拍攝焦距的參考基準點，從而亦能夠達到與僅利用調焦鏡組124改變焦距以掃描待測物體OB相同或相似之功效。並且，拍攝焦距的參考基準點一般而言可設定在待測物體OB上，然而本發明不以此為限，在其他實施例中，拍攝焦距的參考基準點亦可以設定在其他位置上，再透過處理單元130將參考基準點的資訊傳送至控制列印裝置140，從而能夠對待測物體OB進行正確地複製列印。

圖5B繪示出圖5A實施例中的立體列印系統的俯視圖， 圖6A至圖6D分別繪示出影像擷取模組220在焦距f1、f2、f3及f4下所擷取到的影像的示意圖，其中相同或相似的構件採用相同的標號。

請參照圖5A至圖6D，在本實施例中，相較於圖3A至圖3D所繪示的影像R1、R2、R3及R4，影像擷取模組220在焦距f1、f2、f3及f4下所分別擷取到的影像R1’、R2’、R3’及R4’不僅分別包括了位於待測物體OB表面的局部影像S11、S12、S21、S22、S23、S24、S31、S32、S33、S34、S41、S42、S43及S44，進而更分別包括了待測物體OB內部與焦平面P2重疊的部份的清晰的局部影像S2、待測物體OB內部與焦平面P3重疊的部份的清晰的局部影像S3，以及待測物體OB內部與焦平面P4重疊的部份的清晰的局部影像S4。

如此一來，這些影像R1’、R2’、R3’及R4’相當於將待測物體OB在各焦平面P上的縱切片。而後，由列印裝置140列印出來的各影像R1’、R2’、R3’及R4’可透過如第1實施例中所述的堆疊累積列印，進而得到待測物體OB表面輪廓與內部形狀都相同的整體的複製品。其中，相似或相同的構件等詳細的描述與作動請參考第1實施例的說明，在此不再贅述。

當然，在第2實施例的其他實施形態中，亦可以採用如圖4所繪示的二個或多個的影像擷取模組，如此可進一步增加掃描的速度以及測量的精度。

上述第1實施例與第2實施例中所使用的構件與焦平面等示意用的圖形之間的相對位置、大小比例、數量多寡、以及掃描的順序等，僅用於作為例示以說明實施例，本發明並不以此為限。

圖7繪示出本發明之第三實施例的立體列印方法，其步驟包括有：照明待測物體OB(步驟S100)；在不同的拍攝焦距f下擷取待測物體OB的多個影像，其中每一多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像(步驟S200)；根據影像中已對焦的局部影像以及對應已對焦的局部影像的拍攝焦距f計算出待測物體OB的立體輪廓資料(步驟S300)；以及根據立體輪廓資料，列印出對應待測物體OB的多個截面輪廓(步驟S400)。其中，本實施例中的立體列印方法例如可採用第1實施例或第2實施例的立體列印系統來實施，然本發明不以此為限。

並且，待測物體OB相對照明待測物體OB的照明光可為不透明(如第1實施例)，且已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓資料可包括待測物體OB的表面輪廓。換言之，待測物體OB的外殼的輪廓可以被精準地擷取下來。

或是，待測物體OB相對照明待測物體的照明光也可以為透明(如第2實施例)，且已對焦的局部影像為待測物體OB與不同的拍攝焦距f下的焦平面P重疊的部分的影像，立體輪廓資料包 括待測物體OB的表面輪廓與內部形狀。換言之，不僅是待測物體OB的外殼的輪廓，連帶地連待測物體OB的內部結構也可以被精準地擷取下來。

並且，在不同的拍攝焦距下擷取待測物體的多個影像的步驟中(步驟S200)更包括：透過至少一影像擷取模組(例如一個影像擷取模組120、220或是二個影像擷取模組120A、120B或更多個影像截取模組)以至少一拍攝光軸(例如一個拍攝光軸AX、二個拍攝光軸AX1、AX2或是更多拍攝光軸)拍攝待測物體OB，拍攝焦距f的最小值為影像擷取模組(120、220、120A、120B)的調焦鏡組(124、224、124A、124B)沿著拍攝光軸(AX、AX1、AX2)至待測物體OB的最短距離，拍攝焦距f的最大值為，在待測物體OB與焦平面P重疊的截面積最大時，調焦鏡組(124、224、124A、124B)沿著拍攝光軸(AX、AX1、AX2)至焦平面P的距離。其中，詳細的拍攝過程與處理影像的詳細敘述請參考第1實施例與第2實施例的敘述，在此不再贅述。

綜上所述，本發明實施例中的立體列印系統透過調焦鏡組在不同焦平面取得待測物體的輪廓資訊，從而能夠準確地取得待測物體表面、甚至是內部的輪廓形狀，進而可以再利用列印單元積層列印。如此，可以準確且有效地進行待測物體的立體列印，而能夠縮短設計成本、提升立體列印的精度與品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧立體列印系統

110‧‧‧光源單元

120‧‧‧影像擷取模組

122‧‧‧影像擷取單元

124‧‧‧調焦鏡組

130‧‧‧處理單元

140‧‧‧列印裝置

142‧‧‧驅動單元

AX‧‧‧拍攝光軸

f、f1、f2、f3、f4‧‧‧焦距

L‧‧‧照明光

OB‧‧‧待測物體

P、P0、P0’、P1、P2、P3、P4‧‧‧焦平面

Claims (13)

1. 一種立體列印系統，包括：光源單元，照明一待測物體；至少一影像擷取模組，包括：一影像擷取單元，配置於所述待測物體的一側；以及一調焦鏡組，配置於所述影像擷取單元與所述待測物體之間；處理單元，控制所述調焦鏡組改變拍攝焦距，並控制所述影像擷取單元在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像，其中每一所述多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像，所述處理單元根據所述影像中所述已對焦的局部影像以及對應所述已對焦的局部影像的所述拍攝焦距計算出所述待測物體的立體輪廓資料；以及一列印裝置，根據所述立體輪廓資料列印出對應所述待測物體的多個截面輪廓，其中所述處理單元將所述影像擷取單元在不同的所述拍攝焦距下所擷取到的所述待測物體的所述多個影像中已對焦的局部影像分別映射至所述列印裝置的驅動單元，所述驅動單元根據所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行列印。
2. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印系統，其中所述光源單元向所述待測物體提供一照明光，所述待測物體相對所述照明光為不透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同 的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓資料包括所述待測物體的表面輪廓。
3. 如申請專利範圍第2項所述的立體列印系統，其中所述影像擷取模組是以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為，在所述待測物體與所述焦平面重疊的截面積最大時，所述調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述焦平面的距離。
4. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印系統，其中所述光源單元向所述待測物體提供一照明光，所述待測物體相對所述照明光為透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓資料包括所述待測物體的表面輪廓與內部形狀。
5. 如申請專利範圍第4項所述的立體列印系統，其中所述影像擷取模組是以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為所述調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最長距離。
6. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印系統，其中所述至少一影像擷取模組為多個影像擷取模組，分別配置於所述待測物體的周圍，其中所述多個影像擷取模組分別以不同的拍攝光軸擷 取所述待測物體的至少一部份的影像。
7. 如申請專利範圍第1項所述的立體列印系統，其中所述驅動單元根據所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行影像縮放及列印。
8. 一種立體列印方法，包括：照明待測物體；在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像，其中每一所述多個影像中包括已對焦與未對焦的局部影像；根據所述影像中所述已對焦的局部影像以及對應所述已對焦的局部影像的所述拍攝焦距計算出所述待測物體的立體輪廓資料；根據所述立體輪廓資料，列印出對應所述待測物體的多個截面輪廓；以及將在不同的所述拍攝焦距下所擷取到的所述待測物體的所述多個影像中已對焦的局部影像分別映射至列印裝置的驅動單元，所述驅動單元根據所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行列印。
9. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印方法，其中：所述待測物體相對照明所述待測物體的照明光為不透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓資料包括所述待測物 體的表面輪廓。
10. 如申請專利範圍第9項所述的立體列印方法，其中在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像的方法中更包括：透過至少一影像擷取模組以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述影像擷取模組的調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為，在所述待測物體與所述焦平面重疊的截面積最大時，所述調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述焦平面的距離。
11. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印方法，其中：所述待測物體相對照明所述待測物體的照明光為透明，且所述已對焦的局部影像為所述待測物體與不同的所述拍攝焦距下的焦平面重疊的部分的影像，所述立體輪廓資料包括所述待測物體的表面輪廓與內部形狀。
12. 如申請專利範圍第11項所述的立體列印方法，其中在不同的所述拍攝焦距下擷取所述待測物體的多個影像的方法中更包括：透過至少一影像擷取模組以至少一拍攝光軸拍攝所述待測物體，所述拍攝焦距的最小值為所述影像擷取模組的調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最短距離，所述拍攝焦距的最大值為所述調焦鏡組沿著所述拍攝光軸至所述待測物體的最長距 離。
13. 如申請專利範圍第8項所述的立體列印方法，其中所述驅動單元根據所映射的所述多個影像中已對焦的局部影像進行影像縮放及列印。