專利名稱：表面測(cè)量裝置及其測(cè)量方法及校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面測(cè)量裝置及其測(cè)量方法及校正方法，且特別涉及一種可產(chǎn)生多點(diǎn)光源的表面測(cè)量裝置及其測(cè)量方法及校正方法。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參照?qǐng)D1 (現(xiàn)有技術(shù))，其繪示傳統(tǒng)的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖。光源S投射的光場(chǎng)經(jīng)過(guò)分光透鏡12而聚焦在不同聚焦位置13a、13b以及13c。投射于待測(cè)面的光線反射至分光鏡14后分光至濾波元件15，借此測(cè)量待測(cè)面上同一點(diǎn)的高度。然而，由于光源S是點(diǎn)光源，故每次僅能測(cè)量待測(cè)面上同一點(diǎn)的高度，唯有入射至待測(cè)面的光線與待測(cè)面之間沿一方向產(chǎn)生相對(duì)位移才能測(cè)量到待測(cè)面的線輪廓，若要測(cè)量到待測(cè)面的面輪廓，則入射至待測(cè)面的光線與待測(cè)面之間須沿二不同方向產(chǎn)生相對(duì)位移。 如此，要測(cè)量到整個(gè)待測(cè)面的表面形貌不但耗時(shí)而且降低工藝的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種表面測(cè)量裝置及其測(cè)量方法及校正方法，表面測(cè)量裝置可產(chǎn)生多點(diǎn)光源，可快速測(cè)量待測(cè)面的面輪廓，不但省時(shí)而且提高工藝的生產(chǎn)效率。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種表面測(cè)量裝置。表面測(cè)量裝置用以測(cè)量一待測(cè)面。表面測(cè)量裝置包括一光源、一光纖管、一第一透鏡組、一第二透鏡組、一影像感測(cè)單元、 一分光鏡及一處理單元。光源用以發(fā)射一光線。光纖管具有多條光纖束，用以傳輸光線。第一透鏡組用以聚焦并分光該光線。第二透鏡組用以聚焦光線并使光線的焦點(diǎn)實(shí)質(zhì)上位于待測(cè)面。影像感測(cè)單元用以擷取光線的一測(cè)量影像。分光鏡用以將反射自待測(cè)面的光線反射至影像感測(cè)單元。處理單元用以計(jì)算測(cè)量影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比并將每個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與一深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線進(jìn)行對(duì)比以取得每個(gè)影像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度。其中，光線依序通過(guò)光纖束、第一透鏡組、分光鏡及第二透鏡組至待測(cè)面后，反射經(jīng)第二透鏡組至分光鏡后再反射至影像感測(cè)單元。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種表面測(cè)量裝置的測(cè)量方法。表面測(cè)量方法包括以下步驟。一光源發(fā)射一光線，光線依序通過(guò)多條光纖束、一第一透鏡組、一分光鏡及一第二透鏡組至一待測(cè)面后，反射經(jīng)第二透鏡組至分光鏡后再反射至一影像感測(cè)單元。其中第一透鏡組用以聚焦并分光光線；影像感測(cè)單元擷取反射自分光鏡的光線的一測(cè)量影像；計(jì)算測(cè)量影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比；以及，將每個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與一深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線進(jìn)行對(duì)比，以取得每個(gè)影像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出一種表面測(cè)量裝置的校正方法。表面測(cè)量的校正方法包括以下步驟。一光源發(fā)射一光線，光線依序通過(guò)多條光纖束、一第一透鏡組、一分光鏡及一第二透鏡組至一樣本面后，反射經(jīng)第二透鏡組至分光鏡后再反射至一影像感測(cè)單元。 其中第一透鏡組用以聚焦并分光光線；影像感測(cè)單元擷取反射自分光鏡的光線的一樣本影像；以及，計(jì)算樣本影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比，以得到一深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定.


圖1(現(xiàn)有技術(shù))為現(xiàn)有的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖； 圖2為本發(fā)明的一實(shí)施例的表面測(cè)量裝置的示意圖； 圖3為圖2的影像感測(cè)單元所擷取到的待測(cè)面的測(cè)量影像示意圖； 圖4為本實(shí)施例的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線；
圖5為圖3中經(jīng)過(guò)方向5-5’的影像點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)的深度示意圖； 圖6為圖2的光線經(jīng)過(guò)平凸透鏡后的分光示意圖； 圖7為本發(fā)明的一實(shí)施例的表面測(cè)量裝置的校正方法流程圖； 圖8為本實(shí)施例的樣本影像的多個(gè)影像點(diǎn)的深度-光強(qiáng)度曲線圖； 圖9為本發(fā)明的一實(shí)施例的表面測(cè)量裝置的測(cè)量方法流程圖。 其中，附圖標(biāo)記 12 分光透鏡 13a、13b、13c 聚焦位置 14、112 分光鏡 15 濾波元件 100 表面測(cè)量裝置 102、S 光源 104 光纖管 106 第一透鏡組 108 第二透鏡組 110:影像感測(cè)單元 114:測(cè)量影像 116 第三透鏡組 118 平凸透鏡 120 待測(cè)面 122 處理單元 126 控制器 128,130 入光面 132 光纖束 A1、A2、M1 影像點(diǎn) B 藍(lán)光
Bs, Gs, Rs 光強(qiáng)度曲線 Cl 深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線 D 光線行進(jìn)方向 F1、F2、FR、FG、FB 焦點(diǎn) G 綠光
L 光線OVl 第一深度范圍0V2 第二深度范圍P 高度R 紅光S102_S106、S2O2-S2O8 步驟W:寬度
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例作為本發(fā)明的說(shuō)明，然而實(shí)施例所提出的內(nèi)容，僅為舉例說(shuō)明之用，而繪制的圖式是為配合說(shuō)明，并非作為限縮本發(fā)明保護(hù)范圍之用。再者，實(shí)施例的圖示亦省略不必要的元件，以利清楚顯示本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)。請(qǐng)參照?qǐng)D2，其繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施例的表面測(cè)量裝置的示意圖。表面測(cè)量裝置100用以測(cè)量待測(cè)面120，其中表面測(cè)量裝置100包括一光源102、一光纖管104、一第一透鏡組106、一第二透鏡組108、一影像感測(cè)單元110、一分光鏡112、一處理單元122。其中第一透鏡組106包括一第三透鏡組116及平凸(plano-convex)透鏡118。影像感測(cè)單元 110及處理單元122是設(shè)于控制器126內(nèi)，影像感測(cè)單元110并電性連接于處理單元122。其中，光源102，用以發(fā)射光線L。光纖管104內(nèi)具有多條光纖束132，用以傳輸光線L。第一透鏡組106用以聚焦并分光光線L。第二透鏡組108用以聚焦光線L并使光線L 的焦點(diǎn)大致上位于待測(cè)面120，詳細(xì)來(lái)說(shuō)，第二透鏡組108中的第三透鏡組116用以聚焦光線L，平凸透鏡118用以分光光線L。影像感測(cè)單元110用以擷取光線L的測(cè)量影像114 (圖 2未繪示)。分光鏡112用以將反射自待測(cè)面120的光線L反射至影像感測(cè)單元110。處理單元122用以計(jì)算測(cè)量影像114的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比并將每個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl (圖2未繪示)進(jìn)行對(duì)比以取得每個(gè)影像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度。進(jìn)一步地說(shuō)，光線L自光源102射出后依序通過(guò)光纖管104內(nèi)的該多個(gè)光纖束 132、第三透鏡組116、平凸透鏡118、分光鏡112及第二透鏡組108至一待測(cè)面120后，反射回第二透鏡組108至分光鏡112后再反射至影像感測(cè)單元110。其中，經(jīng)過(guò)第二透鏡組108 的光線的焦點(diǎn)大致上位于待測(cè)面120。請(qǐng)參照?qǐng)D3至圖4，圖3為圖2的影像感測(cè)單元所擷取到的待測(cè)面的測(cè)量影像示意圖，圖4為本實(shí)施例的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線。當(dāng)影像感測(cè)單元110擷取到自待測(cè)面120 反射的光線的測(cè)量影像114(測(cè)量影像114繪示于圖幻后，處理單元122計(jì)算測(cè)量影像114 的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比并將每個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與圖4的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl 進(jìn)行對(duì)比以取得每個(gè)影像點(diǎn)的深度，即待測(cè)面120于ζ方向的高度值。以經(jīng)過(guò)如圖3中方向5-5’(即y方向)的多個(gè)影像點(diǎn)Ml為例說(shuō)明，該多個(gè)影像點(diǎn)Ml對(duì)應(yīng)至待測(cè)面120的測(cè)量點(diǎn)的深度是繪示于圖5，其繪示圖3中經(jīng)過(guò)方向5-5’的影像點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)的深度示意圖。由于光纖管104內(nèi)具有該多個(gè)光纖束132，光線L經(jīng)過(guò)該多個(gè)光纖束132后是產(chǎn)生出多個(gè)點(diǎn)光源，該多個(gè)點(diǎn)光源入射至待測(cè)面120后是涵蓋待測(cè)面120的表面范圍，因此可一次獲得二維OD)的測(cè)量影像114。也就是說(shuō)，投射至待測(cè)面120的光線與待測(cè)面120之間不需相對(duì)位移即可測(cè)量出待測(cè)面120的表面輪廓，可快速建立待測(cè)面120的形貌，不但省時(shí)而且提高工藝的生產(chǎn)效率。光源102可產(chǎn)生波長(zhǎng)涵蓋400納米(nm)至700nm的光線L，例如是白光。進(jìn)一步地說(shuō)，本實(shí)施例的光源102是多波長(zhǎng)的光源。在一實(shí)施態(tài)樣中，光源102是可產(chǎn)生功率大于 120瓦(Watt)的光線L，此處的光源102例如是鹵素光源。此外，光纖管104是可撓曲的管路，進(jìn)一步地說(shuō)，光源102與第一透鏡組106之間的光路是可任意彎曲。經(jīng)過(guò)該多個(gè)光纖束132的光線L入射至第三透鏡組116的入射面積實(shí)質(zhì)上等于或小于第三透鏡組116的入光面128的面積。進(jìn)一步地說(shuō)，經(jīng)過(guò)該多個(gè)光纖束132的光線完全地入射至第三透鏡組116，如此可保留完整的光線強(qiáng)度。在一實(shí)施例中，第三透鏡組116 的倍率為40倍，但不以此為限。光線L經(jīng)過(guò)第三透鏡組116后所聚焦的焦點(diǎn)Fl是位于第三透鏡組116與平凸透鏡118之間，且光線L經(jīng)過(guò)平凸透鏡118后所聚焦的焦點(diǎn)F2是位于平凸透鏡118與分光鏡 112之間。特別一提的是，請(qǐng)參照?qǐng)D6，其繪示圖2的光線L經(jīng)過(guò)平凸透鏡118后的分光示意圖。經(jīng)過(guò)平凸透鏡118的光線L是產(chǎn)生良好的分光效果，以增加軸向上的色差。也就是說(shuō)， 光線L經(jīng)過(guò)平凸透鏡118后產(chǎn)生色散現(xiàn)象，使紅光R的焦點(diǎn)FR、綠光G的焦點(diǎn)TO及藍(lán)光B 的焦點(diǎn)FB沿著光線行進(jìn)方向D的間距拉大，如此可測(cè)量到待測(cè)面120中ζ方向的范圍也較大。請(qǐng)回到圖2，光線L經(jīng)過(guò)分光鏡112后入射至第二透鏡組108的入射面積實(shí)質(zhì)上等于或小于第二透鏡組108的入光面130的面積。進(jìn)一步地說(shuō)，經(jīng)過(guò)分光鏡112的光線完全地入射至第二透鏡組108，可保留完整的光線強(qiáng)度。在一實(shí)施例中，第二透鏡組108的倍率為60倍，但不以此為限。以下是說(shuō)明表面測(cè)量裝置100的測(cè)量方法及校正方法。于說(shuō)明表面測(cè)量裝置100 的測(cè)量方法之前，先說(shuō)明其校正方法，即取得如圖4的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線的方法。請(qǐng)參照?qǐng)D7，其繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施例的表面測(cè)量裝置的校正方法流程圖。于步驟S102中，采用圖2的表面測(cè)量裝置100測(cè)量一樣本面(未繪示)中多個(gè)已知深度的樣本點(diǎn)。即，光源102發(fā)射光線L，光線L依序通過(guò)光纖管104的該多個(gè)光纖束 132、第一透鏡組106、分光鏡112及第二透鏡組108至該樣本面中該多個(gè)樣本點(diǎn)后，反射經(jīng)第二透鏡組108至分光鏡112后再反射至影像感測(cè)單元110。接著，于步驟S104中，影像感測(cè)單元110擷取反射自分光鏡112的光線的一樣本影像(未繪示)。然后，于步驟S106中，處理單元122計(jì)算該樣本影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比，配合上述已知深度的樣本點(diǎn)，以得到圖4的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl。詳細(xì)地說(shuō)，請(qǐng)參照?qǐng)D8，其繪示本實(shí)施例的樣本影像的多個(gè)影像點(diǎn)的深度-光強(qiáng)度曲線圖。由于該樣本影像的該多個(gè)影像點(diǎn)對(duì)應(yīng)于該樣本面中該多個(gè)已知深度的樣本點(diǎn)，因此可得到圖8所示的深度-光強(qiáng)度曲線圖。在一實(shí)施例中，可正規(guī)化(Normalization)該樣本影像的各該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度，也就是說(shuō)，深度-光強(qiáng)度曲線圖中的光強(qiáng)度曲線Rs、
及Bs是經(jīng)過(guò)正規(guī)化而得的曲線。然后，利用下式(1)及(2)計(jì)算出該樣本影像的每個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比。
Rs (A) /Gs (A)......................................(1)Gs (A) /Bs (A).......................................(2)于上式(1)及⑵中，Rs (A)是指影像點(diǎn)A的紅光強(qiáng)度、Gs (A)是指影像點(diǎn)A的綠光強(qiáng)度、Bs (A)是指影像點(diǎn)A的藍(lán)光強(qiáng)度，此處的光強(qiáng)度例如是灰階值。此外，對(duì)于深度-光強(qiáng)度曲線中紅光強(qiáng)度曲線Rs與綠光強(qiáng)度曲線(is重疊的第一深度范圍0V1，是可采用式(1) 計(jì)算出對(duì)應(yīng)的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線。對(duì)于深度-光強(qiáng)度曲線中綠光強(qiáng)度曲線與藍(lán)光強(qiáng)度曲線Bs重疊的第二深度范圍0V2，系可采用式(2)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線。舉例來(lái)說(shuō)，以影像點(diǎn)Al為例，可采用式(1)，將影像點(diǎn)Al所對(duì)應(yīng)的紅光強(qiáng)度Rs (Al)除以綠光強(qiáng)度(^s(Al)，以得到影像點(diǎn)Al的光強(qiáng)度比。以影像點(diǎn)A2為例，可采用式O)，將影像點(diǎn)A2所對(duì)應(yīng)的綠光強(qiáng)度(is (A2)除以藍(lán)光強(qiáng)度Bs (A2)，以得到影像點(diǎn)A2的光強(qiáng)度比。依此計(jì)算出該樣本影像中所有影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比。然后，應(yīng)用最小二乘法或其它數(shù)值方法計(jì)算該樣本影像的該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比的線性回歸曲線，如圖4所示的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl。雖然本實(shí)施例的第一深度范圍OVl及第二深度范圍0V2是以圖8所示為例作說(shuō)明，然此非用以限制本實(shí)施例，只要光強(qiáng)度值可對(duì)應(yīng)至唯一的深度值即可，第一深度范圍 OVl及第二深度范圍0V2可以是其它任意范圍。由于光線L經(jīng)過(guò)圖2的平凸透鏡118后，紅光R的焦點(diǎn)FR、綠光G的焦點(diǎn)TO及藍(lán)光B的焦點(diǎn)FB沿著光線行進(jìn)方向D的間距拉大(如圖6所繪示)，如此使圖4所示的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl的ζ軸范圍較寬，可測(cè)量到待測(cè)面120中ζ方向的范圍也較大。也就是說(shuō)，即使待測(cè)面120的表面輪廓的波峰與波谷間的距離較大，應(yīng)用本實(shí)施例的表面測(cè)量裝置100仍可得到精確且具有完整的波峰/波谷的測(cè)量結(jié)果。在得到深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl之后，便可開(kāi)始測(cè)量待測(cè)面120的表面輪廓。以下說(shuō)明表面測(cè)量裝置100的測(cè)量方法。請(qǐng)參照?qǐng)D9，其繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施例的表面測(cè)量裝置的測(cè)量方法流程圖。于步驟S202中，采用圖2的表面測(cè)量裝置100測(cè)量待測(cè)面120。S卩，光源102發(fā)射光線L，光線L依序通過(guò)該光纖管104的該多個(gè)光纖束132、第一透鏡組106、分光鏡112及第二透鏡組108至待測(cè)面120后，反射經(jīng)第二透鏡組108至分光鏡112后再反射至影像感測(cè)單元110。接著，于步驟S204中，影像感測(cè)單元110擷取反射自分光鏡112的光線的測(cè)量影像114，如圖3所示。再接著，于步驟S206中，處理單元122計(jì)算測(cè)量影像114的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比。然后，于步驟S208中，處理單元122將測(cè)量影像114的每個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與上述的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl進(jìn)行對(duì)比，以取得每個(gè)影像點(diǎn)的深度。詳細(xì)地說(shuō)，處理單元122將測(cè)量影像114的影像點(diǎn)的紅光強(qiáng)度Rs(A)除以綠光強(qiáng)度㈧且將綠光強(qiáng)度(is (A)除以藍(lán)光強(qiáng)度Bs(A),上述計(jì)算所得的二個(gè)光強(qiáng)度比的其中之一會(huì)與圖4的深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線Cl在誤差范圍內(nèi)符合，因此而得到對(duì)應(yīng)的深度。由于本實(shí)施例的表面測(cè)量裝置100及其測(cè)量方法在一取得測(cè)量影像114的影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比后，即可迅速對(duì)比出對(duì)應(yīng)的深度?？焖贉y(cè)量出待測(cè)面的表面輪廓的特征是適用于生產(chǎn)線。例如，可于生產(chǎn)線的其中一環(huán)節(jié)應(yīng)用表面測(cè)量裝置100及其測(cè)量方法，以快速且精確檢測(cè)每個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，表面測(cè)量裝置100可適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。進(jìn)一步地說(shuō)，只要知道生產(chǎn)線的機(jī)臺(tái)所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率，表面測(cè)量裝置100可在該機(jī)臺(tái)每振動(dòng)至同一基準(zhǔn)面時(shí)快速且精準(zhǔn)地?cái)X取到待測(cè)物(例如是產(chǎn)品)的待測(cè)面的測(cè)量影像114。如此，使每個(gè)待測(cè)物的待測(cè)面的測(cè)量影像114于同一振動(dòng)基準(zhǔn)下被比較，可客觀地檢測(cè)出每個(gè)待測(cè)物的待測(cè)面的表面狀況。本實(shí)施例的表面測(cè)量裝置100及其測(cè)量方法及校正方法是非接觸式的光學(xué)測(cè)量機(jī)制，可測(cè)量到甚精密的表面輪廓。如圖5所示，表面測(cè)量裝置100及其測(cè)量方法可測(cè)量到波峰至波谷間的高度P約1微米(Pm)及波寬度W約2μπι的表面粗糙度。本發(fā)明上述實(shí)施例所揭露的表面測(cè)量裝置及其的測(cè)量方法及校正方法，表面測(cè)量裝置可產(chǎn)生多點(diǎn)光源，可快速測(cè)量待測(cè)面的面輪廓，不但省時(shí)而且提高工藝的生產(chǎn)效率。此外，光線經(jīng)過(guò)平凸透鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象，使紅光的焦點(diǎn)、綠光的焦點(diǎn)及藍(lán)光的焦點(diǎn)沿著光線行進(jìn)方向的間距拉大，如此可測(cè)量到待測(cè)面中深度方向的范圍也較大。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種表面測(cè)量裝置，用以測(cè)量一待測(cè)面，其特征在于，該表面測(cè)量裝置包括 一光源，用以發(fā)射一光線；一光纖管，具有多條光纖束，用以傳輸該光線； 一第一透鏡組，用以聚焦并分光該光線；一第二透鏡組，用以聚焦該光線并使該光線的焦點(diǎn)位于該待測(cè)面； 一影像感測(cè)單元，用以擷取該光線的一測(cè)量影像；以及一分光鏡，用以將反射自該待測(cè)面的該光線反射至該影像感測(cè)單元；以及一處理單元，用以計(jì)算該測(cè)量影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比并將各該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與一深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線進(jìn)行對(duì)比以取得各該多個(gè)影像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度；其中，該光線依序通過(guò)該多個(gè)光纖束、該第一透鏡組、該分光鏡及該第二透鏡組至該待測(cè)面后，反射經(jīng)該第二透鏡組至該分光鏡后再反射至該影像感測(cè)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面測(cè)量裝置，其特征在于，該第一透鏡組包括 一第三透鏡組；用以聚焦該光線；以及一平凸透鏡，用以分光該光線；其中，該光線經(jīng)過(guò)該第三透鏡組后聚焦于該第三透鏡組與該平凸透鏡之間，且該光線經(jīng)過(guò)該平凸透鏡后聚焦于該平凸透鏡與該分光鏡之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面測(cè)量裝置，其特征在于，該光線經(jīng)過(guò)該多個(gè)光纖束后入射至該第一透鏡組的入射面積等于或小于該第一透鏡組的入光面的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面測(cè)量裝置，其特征在于，該光線經(jīng)過(guò)該分光鏡后入射至該第二透鏡組的入射面積等于或小于該第二透鏡組的入光面的面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面測(cè)量裝置，其特征在于，各該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比為各該多個(gè)影像點(diǎn)的紅光強(qiáng)度除以對(duì)應(yīng)的綠光強(qiáng)度的值。
6.一種表面測(cè)量方法，其特征在于，包括一光源發(fā)射一光線，該光線依序通過(guò)多條光纖束、一第一透鏡組、一分光鏡及一第二透鏡組至一待測(cè)面后，反射經(jīng)該第二透鏡組至該分光鏡后再反射至一影像感測(cè)單元，其中該第一透鏡組用以聚焦并分光該光線；該影像感測(cè)單元擷取反射自該分光鏡的該光線的一測(cè)量影像； 計(jì)算該測(cè)量影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比；以及將各該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與一深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線進(jìn)行對(duì)比，以取得各該多個(gè)影像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面測(cè)量方法，其特征在于，該光線經(jīng)過(guò)該第二透鏡組后的焦點(diǎn)位于該待測(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面測(cè)量方法，其特征在于，該第一透鏡組包括 一第三透鏡組；用以聚焦該光線；以及一平凸透鏡，用以分光該光線；其中，該光線經(jīng)過(guò)該第三透鏡組后聚焦于該第三透鏡組與該平凸透鏡之間，且該光線經(jīng)過(guò)該平凸透鏡后聚焦于該平凸透鏡與該分光鏡之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面測(cè)量方法，其特征在于，該光線經(jīng)過(guò)該多個(gè)光纖束后入射至該第一透鏡組的入射面積等于或小于該第一透鏡組的入光面的面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面測(cè)量方法，其特征在于，該光線經(jīng)過(guò)該分光鏡后入射至該第二透鏡組的入射面積等于或小于該第二透鏡組的入光面的面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面測(cè)量方法，其特征在于，于計(jì)算該測(cè)量影像的該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比的該步驟中還包括將各該多個(gè)影像點(diǎn)的紅光強(qiáng)度除以對(duì)應(yīng)的綠光強(qiáng)度以取得各該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比。
12.—種表面測(cè)量的校正方法，其特征在于，包括一光源發(fā)射一光線，該光線依序通過(guò)多條光纖束、一第一透鏡組、一分光鏡及一第二透鏡組至一樣本面后，反射經(jīng)該第二透鏡組至該分光鏡后再反射至一影像感測(cè)單元，其中該第一透鏡組用以聚焦并分光該光線；該影像感測(cè)單元擷取反射自該分光鏡的該光線的一樣本影像；以及計(jì)算該樣本影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比，以得到一深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面測(cè)量的校正方法，其特征在于，于計(jì)算該樣本影像的該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比的該步驟中還包括應(yīng)用最小二乘法計(jì)算出該樣本影像的該多個(gè)影像點(diǎn)的該深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面測(cè)量的校正方法，其特征在于，于計(jì)算該樣本影像的該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比的該步驟中還包括正規(guī)化該樣本影像的各該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面測(cè)量的校正方法，其特征在于，于計(jì)算該樣本影像的該多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比的該步驟中還包括將一第一深度范圍內(nèi)的各該多個(gè)影像點(diǎn)的紅光強(qiáng)度除以對(duì)應(yīng)的綠光強(qiáng)度，以得到該深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線的一部分；以及將一第二深度范圍內(nèi)的各該多個(gè)影像點(diǎn)的綠光強(qiáng)度除以對(duì)應(yīng)的藍(lán)光強(qiáng)度，以得到該深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線的另一部分。
全文摘要
一種表面測(cè)量裝置及其的測(cè)量方法及校正方法。表面測(cè)量方法包括以下步驟。首先，一光源發(fā)射一光線，光線依序通過(guò)一光纖管內(nèi)的多條光纖束、一第一透鏡組、一分光鏡及一第二透鏡組至一待測(cè)面后，反射經(jīng)第二透鏡組至分光鏡后再反射至一影像感測(cè)單元。其中第一透鏡組用以聚焦并分光光線；影像感測(cè)單元擷取光線的一測(cè)量影像。接著，計(jì)算測(cè)量影像的多個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比。然后，將每個(gè)影像點(diǎn)的光強(qiáng)度比與一深度-光強(qiáng)度比關(guān)系線進(jìn)行對(duì)比，以取得每個(gè)影像點(diǎn)的深度。
文檔編號(hào)G01B11/30GK102297665SQ20101021437
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者林宏彝, 范光照, 陳亮嘉, 陳來(lái)毅, 黃順洋 申請(qǐng)人:中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì), 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院