本發(fā)明涉及對測量對象物的三維形狀進(jìn)行測量的裝置，更具體而言，涉及一種利用棱鏡獲得測量對象物的高度信息的三維形狀測量裝置。

本發(fā)明是從作為知識經(jīng)濟(jì)部的產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)開發(fā)事業(yè)的一環(huán)而執(zhí)行的研究中導(dǎo)出的[課題固有編號：10040097，課題名：基于醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人影像的耳鼻喉科及神經(jīng)外科手術(shù)用微創(chuàng)多自由度手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)]。

背景技術(shù)：

一般而言，在電子裝置內(nèi)具備至少一個印刷電路板(PCB)，在這種印刷電路板上貼裝有多樣形狀的元件。為了檢查這些元件的不良等，使用普通三維形狀測量裝置。

以往的三維形狀測量裝置向諸如印刷電路板的測量對象物照射光，利用攝像頭拍攝對此的反射圖像。接著，利用拍攝的所述反射圖像，測量基于測量對象物的高度的三維形狀。

所述裝置包括向所述測量對象物提供光的照明部及通過所述測量對象物反射的反射光而拍攝所述測量對象物的圖像的攝像頭。其中，所述攝像頭以所述反射光穿過的成像透鏡及接收穿過所述成像透鏡的所述反射光來拍攝所述測量對象物的圖像的攝像部。

圖1是以往的三維形狀測量裝置的構(gòu)成圖。如果參照圖1，照明部1通過分束器2，向測量對象物照射光。從測量對象物反射的光通過物鏡(Objective lens)3、光圈4、成像透鏡5及針孔6行進(jìn)到攝像部7?？刂撇?使攝像部7沿z軸(基板的法線方向)移動，以便攝像部7攝像的圖像聚焦。如圖1的a和b所示，當(dāng)測量對象物的高度不同，為h1和h2時，測量對象物的成像位置不同，因此，如果按照以往方式，借助于控制部8而變更攝像部7位置并對測量對象物的高度進(jìn)行測量。在圖1中，攝像部7應(yīng)根據(jù)高度差(h1-h2)而按距離d的大小進(jìn)行移動。

這種以往方式的三維形狀測量裝置存在的問題是，由于在攝像部拍攝的圖像聚焦的情況下，可以借助于高度測量部而測量高度，為此，攝像部需要根據(jù)測量對象物的高度而沿z軸移動并掃描，因而當(dāng)對測量對象物的三維形狀進(jìn)行測量時，必須需要xyz軸掃描。

針對以往方式的三維形狀測量裝置，記載于韓國公開專利公報第10-2011-0086222號中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題

為了解決所述問題，在三維形狀測量方面，要求一種無需另外的z軸掃描，僅通過xy軸掃描，測量包括測量對象物的高度在內(nèi)的三維形狀的方法。

技術(shù)方案

在本發(fā)明一個實(shí)施例的利用棱鏡獲得測量對象物的高度信息的三維形狀測量裝置中，所述三維形狀測量裝置包括：照明部，其向所述測量對象物照射光；棱鏡部，其接收從所述測量對象物反射的反射光，使所述反射光向成像透鏡行進(jìn)；攝像部，其從所述棱鏡部接收所述反射光而進(jìn)行攝像；及高度測量部，其以所述攝像部攝像的圖像為基礎(chǔ)，測量所述測量對象物的高度。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，所述棱鏡部根據(jù)所述測量對象物的高度來變化所述反射光的相位。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，穿過所述棱鏡部的反射光以根據(jù)變化的相位而具有互不相同直徑的圖像提供給所述攝像部。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，所述棱鏡部為頂點(diǎn)朝向所述測量對象物的圓錐形。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，所述棱鏡部包括用于接收所述反射光的、具有預(yù)定角度的第一平面部及第二平面部。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，所述高度測量部利用所述圖像的直徑測量所述測量對象物的高度。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，所述攝像部與所述棱鏡部的間隔固定。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，還包括成像透鏡，其從所述棱鏡部接收所述反射光并使之向所述攝像部行進(jìn)。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，還包括光圈，其配置于所述成像透鏡與所述棱鏡部之間的所述反射光的光路徑上。

另外，在所述三維形狀測量裝置中，其特征可以在于，還包括：第一透鏡部，其由朝向所述棱鏡部的平面及朝向所述攝像部的凸面構(gòu)成；及第二透鏡部，其由朝向所述第一透鏡部的凸面及朝向所述攝像部的平面構(gòu)成。

發(fā)明效果

如果利用本發(fā)明一個實(shí)施例的三維形狀測量裝置，能夠提供一種裝置及方法，其在并非三維而是二維平面上，使攝像部進(jìn)行移動的同時獲得測量對象物的三維形狀。

因此，由于獲得三維形狀的時間及器械移動距離減小，因而裝置的驅(qū)動效率會增加。

附圖說明

圖1是以往的三維形狀測量裝置的構(gòu)成圖。

圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的利用棱鏡獲得測量對象物的高度信息的三維形狀測量裝置的概略性概念圖。

圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的棱鏡部為圓錐形的情形的示例圖。

圖4是用于說明本發(fā)明一個實(shí)施例的三維形狀測量裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)的圖。

圖5顯示出借助于攝像部而攝像的互不相同的測量對象物的圖像。

圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的三維形狀測量裝置的概略性構(gòu)成圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中使用的術(shù)語單純用于說明特定的實(shí)施例，并非要限定本發(fā)明的意圖。只要在文理上未明確表示不同，單數(shù)的表現(xiàn)也包括復(fù)數(shù)的表現(xiàn)。在本說明書中，“包括”或“具有”等術(shù)語應(yīng)理解為要指定實(shí)施的特征、數(shù)字、步驟、動作、構(gòu)成要素、部件或它們組合的存在，不預(yù)先排除一個或其以上的其它特征或數(shù)字、步驟、動作、構(gòu)成要素、部件或它們的組合的存在或附加可能性。

只要未不同地定義，包括技術(shù)性或科學(xué)性術(shù)語在內(nèi)，在此使用的所有術(shù)語具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員一般理解的內(nèi)容相同的意義。與一般使用的詞典中定義的內(nèi)容相同的術(shù)語，應(yīng)解釋為具有與相關(guān)技術(shù)的文理上具有的意義一致的意義，只要在本說明書中未明確定義，不得解釋為理想性的或過度的形式上的意義。附圖中提示的相同的附圖標(biāo)記代表相同的構(gòu)件。不過，在說明實(shí)施形態(tài)方面，當(dāng)判斷認(rèn)為對相關(guān)公知功能或構(gòu)成的具體說明可能不必要地混淆本發(fā)明要旨時，省略對其的詳細(xì)說明。另外，附圖中的各構(gòu)成要素的大小為了說明而可以夸張，并非意味著實(shí)際應(yīng)用的大小。

下面參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)考查。

圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的利用棱鏡獲得測量對象物的高度信息的三維形狀測量裝置的概略性概念圖。如果參照圖2，所述形狀測量裝置100包括：照明部1，其朝向基板s照射光；棱鏡部10，其接收從基板反射的反射光，使反射光向成像透鏡30行進(jìn)；攝像部50，其從所述棱鏡部10接收所述反射光并進(jìn)行攝像；及高度測量部60，其以所述攝像部50拍攝的圖像為基礎(chǔ)，對測量對象物的高度進(jìn)行測量。另外，在所述棱鏡部10和所述成像透鏡30之間可以配置有光圈20，穿過所述成像透鏡30的光可以穿過針孔40而向攝像部50行進(jìn)。

在一個示例中，所述基板s可以為印刷電路板的基板，測量對象物可以為在所述印刷電路板上形成的元件。另外，所述測量對象物可以配置于所述基板s的一面上，以便與在基板10的一面上形成的焊盤電氣連接。

在一個示例中，照明部1可以通過分束器2，向放置有測量對象物的基板s照射光，照明部1可以包括能夠照射具有預(yù)定波長的光的任意的照明裝置。因此，照明部1為了發(fā)生具有預(yù)定波長的光，可以使用LED或激光器。

棱鏡部10可以接收反射的反射光并使其向成像透鏡30行進(jìn)。所述成像透鏡30可以使從棱鏡部10行進(jìn)的反射光透過而提供給攝像部50。所述成像透鏡30的基準(zhǔn)面可以與所述基板s平行配置。另外，成像透鏡30的中心實(shí)質(zhì)上可以與基板s的中心一致。

棱鏡部10使得照射的光根據(jù)反射的位置而具有互不相同的相位并使其朝向攝像部50行進(jìn)。為此，棱鏡部10如圖2所示，可以從朝向測量對象物的端部向朝向攝像部50的方向具有越來越寬的形態(tài)。在一個示例中，棱鏡部10可以為三棱柱或圓錐形。

當(dāng)棱鏡部10為三棱柱或圓錐形，就透過棱鏡的光而言，由與棱鏡中心的距離相同的光匯集的點(diǎn)而形成一條線。即，在圖2中，光a、b、c在基板s中，在以互不相同的距離大小隔開的位置，所對應(yīng)的光會相遇，所述光相遇的位置位于圖2所示的基板的法線方向線l。另外，這種光a、b、c提供給攝像部50，從而具有互不相同直徑Φ。

因此，當(dāng)向位于基板上的測量對象物照射光，使該反射光穿過棱鏡時，測量對象物反射的反射光與基板反射的反射光具有互不相同的相位差異。利用這一點(diǎn)，本發(fā)明的棱鏡部10可以根據(jù)測量對象物的高度，使得反射光具有相位差。

攝像部50可以接收所述反射光并攝像。攝像的圖像會根據(jù)棱鏡形態(tài)而異，如圖3所示，當(dāng)棱鏡部10為圓錐形時，圖像可以顯示出圓形。另外，根據(jù)測量對象物的高度，所述圓形圖像的直徑會相異，攝像部與棱鏡部的間隔在運(yùn)轉(zhuǎn)期間可以固定。

另外，在一個示例中，所述攝像部50可以為CCD或CMOS元件。

高度測量部60可以基于所述攝像部50攝像的圖像，對測量對象物的高度進(jìn)行測量。即，高度測量部60可以對拍攝的圖像的圓周進(jìn)行比較分析，計算測量對象物的高度。

另外，控制部(圖中未示出)可以包括于本發(fā)明的三維形狀測量裝置?？刂撇靠梢耘c照明部1及攝像部50電氣連接，控制各構(gòu)成的動作，使三維形狀測量裝置的位置移動，全體掃描測量對象物。

圖4是用于說明本發(fā)明一個實(shí)施例的三維形狀測量裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)的圖。如果參照圖4的a及b，圖4a的測量對象物X1具有高度h1，圖4b所示的測量對象物X2具有大于測量對象物X1高度h1的高度h2。

因此，各個測量對象物X1、X2反射的反射光提供給固定位置的高度測量部50而所顯示出的圖像的大小互不相同。具體而言，高度更大的測量對象物X2反射的反射光提供給攝像部50所拍攝的圖像圓周Φ1，小于高度更小的測量對象物X1反射的反射光提供給攝像部50所顯示出的圖像的圓周Φ2。

如此地，高度測量部50可以以各圖像的圓周差異(Φ1與Φ2的差異)為根據(jù)，對測量對象物的高度進(jìn)行測量。此時，具有無需像以往技術(shù)那樣變化高度測量部位置的優(yōu)點(diǎn)。

圖5顯示出攝像部攝像的互不相同的測量對象物的圖像。如果參照圖5可以測量出，顯示出具有更小圓周Φ1的圓形時的測量對象物，具有比拍攝了具有直徑Φ2的圓形的測量對象物更大的高度。

在一個實(shí)施例中，棱鏡部10可以為頂點(diǎn)朝向測量對象物X1、X2的圓錐形，但并非限定于此。

圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的三維形狀測量裝置的概略性構(gòu)成圖。在一個實(shí)施例中，棱鏡部11可以為如圖6所示的三棱柱形態(tài)。

在另一實(shí)施例中，棱鏡部11可以包括具有預(yù)定角度的第一平面部11a及第二平面部11b。各第一平面部11a及第二平面部11b可以分別接收從測量對象物反射的、距離測量對象物中央的距離相同的光。

此時，三維形狀測量裝置可以還包括由朝向棱鏡部11的平面及由朝向所述高度測量部50的凸面而構(gòu)成的第一透鏡部12。另外，在另一實(shí)施例中，可以還包括由朝向第一透鏡部12的凸面和朝向高度測量部50的平面構(gòu)成的第二透鏡部30。所述第二透鏡部30可以發(fā)揮成像透鏡的功能。

所述第一透鏡部12及第二透鏡部30使得穿過三棱柱形的棱鏡部11的反射光可以被高度測量部50攝像。

另外，另一實(shí)施例的形狀測量裝置可以還包括垂直于三棱柱形棱鏡11的長度方向的狹縫型光圈21及平行于三棱柱形棱鏡11長度方向的狹縫41，所述狹縫型光圈21及狹縫41如圖6所示，分別配置于第二透鏡部(或成像透鏡)30與三棱柱棱鏡11之間及攝像部50與第二透鏡部30的光路徑上。

以上考查的本發(fā)明，以附圖中圖示的實(shí)施例為參考進(jìn)行了說明，但這只不過是示例的而已，只要是所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員便會理解，可以由此導(dǎo)出多樣的變形及實(shí)施例的變形。但是，這種變形應(yīng)視為在本發(fā)明的技術(shù)保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的真正技術(shù)保護(hù)范圍應(yīng)由附帶的專利權(quán)利要求書的技術(shù)思想確定。