TWI630371B - Parameter measuring device of camera and parameter measuring method of camera - Google Patents

Abstract

一種攝影機之參數量測裝置，適用於量測該攝影機的焦距(f)，以及量測該攝影機與一個待測物之間的物距(d)。該參數量測裝置包含一個基座、一個設置於基座的校正塊，及一個用以計算該物距(d)與該焦距(f)的計算模組。該校正塊是設置於該基座內，並定義該校正塊的相反兩端為定位端。該校正塊可相對於該基座在一個第一位置於一個第二位置間移動，於是當該等定位端投射於該攝影機而成像時，就能得到一個第一成像高度(w ₁)與一個第二成像高度(w ₂)，並被該計算模組讀取。最後該計算模組依據一個計算公式組，就能計算出該物距(d)與該焦距(f)。

Description

攝影機之參數量測裝置及攝影機之參數量測方法

本發明是有關於一種參數量測裝置，特別是指一種攝影機之參數量測裝置。

參閱圖1，一個量測設備1包含一個殼體11、一個設置於該殼體11中的透鏡組12，及一個位於該殼體11外的待測物13。定義該透鏡組12的等效光心121與該待測物13間的距離為物距a，並將該物距a分成外部距離a1與內部距離a2。目前若要量測該物距a，可利用量尺或雷射測距儀等量測工具，以粗估該外部距離a1的數值，然而其量測結果並不精準；另外，由於無法得知該等效光心121的確切位置，因此也只能粗估該內部距離a2的數值，以致該物距a的量測上一直存在誤差。

另外，雖然該透鏡組12的焦距f'一般會檢附於該設備11的相關資料中，然而受限於目前的透鏡製程工藝，檢附的該焦距f'之數值事實上存在有一定的誤差。舉例來說，現今透鏡製造領域中仍無法解決的球面像差、場曲與像場彎曲等，會使得該透鏡組12依據不同的該物距a、該待測物13的尺寸，以及該待測物13的離軸程度，而產生不同的焦距f'之數值。

不精確的該焦距f'與該物距a在量測領域中將產生問題，例如spectrum metrology Ltd.生產有一種二次元尺寸量測儀，該二次元尺寸量測儀是以背光方式對待測物的輪廓進行投影，再以攝影機成像並量測尺寸，其中尺寸精確度取決於該焦距f'與該物距a的比值；又例如一種用來量測離面(out of plane)的運動與位移的單一取像裝置，也需要分別得知精確的該焦距f'與該物距a。

因此，本發明之目的，即在提供能準確地量測出焦距與物距的一種攝影機之參數量測裝置及一種攝影機之參數量測方法。

於是，本發明攝影機之參數量測裝置，適用於量測該攝影機的焦距(f)，以及量測該攝影機與一個待測物之間的物距(d)，定義一個由該待測物往該攝影機延伸的水平軸，及一個垂直於該水平軸的垂直軸，該參數量測裝置包含一個適用於設置在該待測物的基座、一個設置於基座的校正塊，及一個依據一個計算公式組計算出該物距(d)與該焦距(f)的計算模組。

該基座包括一個朝向該攝影機的前壁、一個背向該攝影機的後壁、一個由該前壁與該後壁界定出，並供容納該校正塊的內空間，及複數分別設置於該前壁與該後壁的固定件。

定義該校正塊位於該垂直軸上的相反兩端為定位端，且該等定位端是顯露出該基座外而得以成像於該攝影機。使用者可操作該校正塊，使該校正塊相對於該基座在一個第一位置於一個第二位置間移動。

在該第一位置時，該校正塊被設置於該前壁的固定件固定位置，並緊貼於該前壁，定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第一成像高度(w ₁)。

在該第二位置時，該校正塊被設置於該後壁的固定件固定位置，並緊貼於該後壁，定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第二成像高度(w ₂)。

該計算模組用以讀取該第一成像高度(w ₁)與該第二成像高度(w ₂)，並依據該計算公式組計算出該物距(d)與該焦距(f)。

本發明攝影機之參數量測裝置之功效在於：藉由取得該定位塊在兩個不同位置的成像數據，就能精確地得到該攝影機的該焦距(f)與該物距(d)，以改善傳統量測方式產生的誤差問題。

本發明攝影機之參數量測方法，包含一個第一取值步驟、一個移動步驟、一個第二取值步驟，及一個計算步驟。

在該第一取值步驟時，將一個校正塊朝向該攝影機，並將該校正塊的影像投射至該攝影機，定義該校正塊位於該垂直軸上的相反兩端為定位端，再定義該等定位端的間隔距離為實體高度(w ₀)，再定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第一成像高度(w ₁)。

在該移動步驟時，將該校正塊沿該水平軸移動一個位移量(tz)。

在該第二取值步驟時，將該校正塊的影像投射至該攝影機，定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第二成像高度(w ₂)。

在該計算步驟時，利用一個計算模組紀錄該第一成像高度(w ₁)與該第二成像高度(w ₂)，並依據一個計算公式組計算出該物距(d)與該焦距(f)。該計算公式組具有 一個第一公式，用以計算出放大率(m)，該第一公式為 ， 一個第二公式，用以計算出該物距(d)，其中該第二公式為 ， 一個第三公式，用以計算出該焦距(f)，其中該第三公式為 。

本發明攝影機之參數量測方法之功效在於：藉由取得該定位塊在兩個不同位置的成像數據，就能精確地得到該攝影機的該焦距(f)與該物距(d)，以改善傳統量測方式產生的誤差問題。

參閱圖2~3，本發明攝影機2之參數量測裝置及攝影機2之參數量測方法的一個實施例，適用於量測該攝影機2的焦距f，以及量測該攝影機2與一個待測物3之間的物距d。定義一個由該待測物3往該攝影機2延伸的水平軸H，及一個垂直於該水平軸H的垂直軸V。

在該實施例中，該參數量測裝置包含一個適用於設置在該待測物3的基座4、一個設置於基座4的校正塊5，及一個依據一個計算公式組計算出該物距d與該焦距f的計算模組6。

該基座4包括一個朝向該攝影機2的前壁41、一個背向該攝影機2的後壁42、一個由該後壁42與該前壁41界定出，並供容納該校正塊5的內空間43，及複數分別設置於該後壁42與該前壁41的固定件44。其中，該等固定件44與該校正塊5具有磁性。

參閱圖3~5，定義該校正塊5位於該垂直軸V上的相反兩端為定位端51，且該等定位端51是顯露出該基座4外而得以成像於該攝影機2；其中，將該等定位端51之間隔距離定義為實體高度w ₀，該後壁42與該前壁41的間隔距離減去該校正塊5在該水平軸H的厚度定義為位移量t _z。使用者可操作該校正塊5，使該校正塊5相對於該基座4在一個第一位置於一個第二位置間移動，在該第一位置時，該校正塊5被設置於該後壁42的固定件44磁性吸引而固定位置，並緊貼於該後壁42，定義此時該等定位端51投射於該攝影機2的成像之間隔距離為第一成像高度w ₁；在該第二位置時，該校正塊5被設置於該前壁41的固定件44磁性吸引而固定位置，並緊貼於該前壁41，定義此時該等定位端51投射於該攝影機2的成像之間隔距離為第二成像高度w ₂。在本實施例中，該實體高度w ₀為59mm，該位移量t _z為2.5mm，該第一成像高度w ₁為像素數量*像素長度=845*3.45um=2.91525mm，該第二成像高度w ₂為像素數量*像素長度=847*3.45um=2.92215mm。

該計算模組6用以讀取該第一成像高度w ₁與該第二成像高度w ₂，並依據該計算公式組計算出該物距d與該焦距f。該計算公式組具有一個用以計算出放大率m的第一公式 、一個用以計算出該物距d的第二公式 ，及一個用以計算出該焦距f的第三公式 。其中，該第一公式與該第三公式是光學領域的習知公式，因此此處僅說明該第二公式的推導過程。該第二公式是將(1) 、(2) 、(3) 代入該第一公式，從而得到 ，再經移項後即可得到該第二公式。

該計算模組6將相關參數代入該計算公式組後，即可得 ， ， 。於是如上所述，本發明攝影機2之參數量測裝置，藉由取得該定位塊6在兩個不同位置的成像數據，就能精確地得到該攝影機2的該焦距f與該物距d，以改善傳統量測方式產生的誤差問題。

續參閱圖3~5，本發明攝影機2之參數量測方法，包含一個第一取值步驟、一個移動步驟、一個第二取值步驟，及一個計算步驟。

在該第一取值步驟時，是將該校正塊5朝向該攝影機2，並將該校正塊5的影像投射至該攝影機2，並定義此時該等定位端51投射於該攝影機2的成像之間隔距離為第一成像高度w ₁。在該移動步驟，是將該校正塊5沿該水平軸H移動該位移量t _z。在該第二取值步驟，是將該校正塊5的影像投射至該攝影機2，並定義此時該等定位端51投射於該攝影機2的成像之間隔距離為該第二成像高度w ₂。在該計算步驟時，是利用該計算模組6讀取該第一成像高度w ₁與該第二成像高度w ₂，並依據該計算公式組計算出該物距d與該焦距f，由於計算方式已在上述中詳細說明，故這裡不再贅述。

在本實施例中，當該定位塊6在該第一取值步驟與該第二取值步驟時，該校正塊5是位於該內空間43，且分別被該等固定件44磁性吸引，而得以固定位置並分別緊貼於該後壁42與該前壁41。然而本發明攝影機2之參數量測方法的實施方式不限於此，前述的實施目的在於將該校正塊5精準地移動該位移量t _z，因此不論使用任何方式或搭配任何設備，例如可搭配精密移動平台，只要在該移動步驟時能精準地移動該位移量t _z，即可達成量測該焦距f與該物距d的目的。

於是如上所述，本發明攝影機2之參數量測方法，藉由取得該定位塊6在兩個不同位置的成像數據，就能精確地得到該攝影機2的該焦距f與該物距d，以改善傳統量測方式產生的誤差問題。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧攝影機
3‧‧‧待測物
4‧‧‧基座
41‧‧‧前壁
42‧‧‧後壁
43‧‧‧內空間
44‧‧‧固定件
5‧‧‧校正塊
51‧‧‧定位端
6‧‧‧計算模組
H‧‧‧水平軸
V‧‧‧垂直軸
d‧‧‧物距
f‧‧‧焦距
t_z‧‧‧位移量
w₀‧‧‧實體高度
w₁‧‧‧第一成像高度
w₂‧‧‧第二成像高度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個示意圖，說明一個量測設備； 圖2是一個立體圖，說明本發明攝影機之參數量測裝置及攝影機之參數量測方法的一個實施例；及 圖3~5皆是該實施例的示意圖。

Claims (7)

1. 一種攝影機之參數量測裝置，適用於量測該攝影機的焦距(f)，以及量測該攝影機與一個待測物之間的物距(d)，定義一個由該待測物往該攝影機延伸的水平軸，及一個垂直於該水平軸的垂直軸，該參數量測裝置包含：一個基座，適用於設置在該待測物，該基座包括一個朝向該攝影機的前壁、一個背向該攝影機的後壁、一個由該後壁與該前壁界定出的內空間，及複數分別設置於該後壁與該前壁的固定件；一個校正塊，設置於該基座並位於該內空間，定義該校正塊位於該垂直軸上的相反兩端為定位端，且該等定位端是顯露出該基座外而得以成像於該攝影機，使用者可操作該校正塊，使該校正塊相對於該基座在一個第一位置於一個第二位置間移動，在該第一位置時，該校正塊被設置於該後壁的固定件固定位置，並緊貼於該後壁，定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第一成像高度(w₁)，在該第二位置時，該校正塊被設置於該前壁的固定件固定位置，並緊貼於該前壁，定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第二成像高度(w₂)；及一個計算模組，用以讀取該第一成像高度(w₁)與該第二成像高度(w₂)，並依據一個計算公式組計算出該物距 (d)與該焦距(f)。
2. 如請求項1所述的攝影機之參數量測裝置，其中，該等固定件與該校正塊具有磁性，當該校正塊在該第一位置與該第二位置時，是分別被設置於該後壁與該前壁的固定件磁性吸引，而分別緊貼於該後壁與該前壁。
3. 如請求項1所述的攝影機之參數量測裝置，其中，定義該等定位端之間隔距離為實體高度(w₀)，再定義該後壁與該前壁的間隔距離減去該校正塊在該水平軸的厚度為位移量(t_z)，該計算公式組具有一個第一公式，用以計算出放大率(m)，該第一公式為一個第二公式，用以計算出該物距(d)，該第二公式為，及一個第三公式，用以計算出該焦距(f)，該第三公式為
4. 一種攝影機之參數量測方法，適用於量測該攝影機的焦距(f)，以及量測該攝影機與一個待測物之間的物距(d)，定義一個由該待測物往該攝影機延伸的水平軸，及一個垂直於該水平軸的垂直軸，該參數量測方法包含：一個第一取值步驟，將一個校正塊朝向該攝影機，並將該校正塊的影像投射至該攝影機，定義該校正塊位於該垂直軸上的相反兩端為定位端，再定義該等定位端的間隔距離為實體高度(w₀)，再定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第一成像高度(w₁)； 一個移動步驟，將該校正塊沿該水平軸移動一個位移量(t_z)；一個第二取值步驟，將該校正塊的影像投射至該攝影機，定義此時該等定位端投射於該攝影機的成像之間隔距離為第二成像高度(w₂)；及一個計算步驟，利用一個計算模組讀取該第一成像高度(w₁)與該第二成像高度(w₂)，並依據一個計算公式組計算出該物距(d)與該焦距(f)，該計算公式組具有一個第一公式，用以計算出放大率(m)，該第一 公式為一個第二公式，用以計算出該物距(d)，其中該第二公式為一個第三公式，用以計算出該焦距(f)，其中該第三公式為
5. 如請求項4所述的攝影機之參數量測方法，其中，提供一個適用於設置在該待測物的基座，該基座包括一個朝向該攝影機的前壁、一個背向該攝影機的後壁、一個由該後壁與該前壁界定出的內空間，及複數分別設置於該後壁與該前壁的固定件，在該第一取值步驟與該第二取值步驟時，該校正塊是設置於該基座並位於該內空間，且分別被該等固定件固定位置。
6. 如請求項5所述的攝影機之參數量測方法，其中，在該第一取值步驟時，該校正塊是緊貼於該後壁與該前壁其中的一個，在該第一取值步驟時，該校正塊是緊貼於該後壁與 該前壁其中的另一個。
7. 如請求項5所述的攝影機之參數量測方法，其中，該等固定件與該校正塊具有磁性。