TWI573998B - 光學檢測裝置 - Google Patents

Description

光學檢測裝置

本發明是有關於一種光學檢測裝置。

隨著科技的進步，越來越多的電子產品開始使用金屬材質作為殼體，以增加產品的美觀。金屬殼體可藉由機械加工(例如銑床或車床)而得到需求的形狀與特徵，這些形狀與特徵可利用光學儀器擷取其影像作檢測。然而加工過後，金屬表面可能會變得粗糙(例如加工所產生的刀紋)，如此一來，光學儀器所擷取的影像可能會包含粗糙表面的資訊，使得量測不穩定，甚至無法量測出欲檢測的特徵。

本發明之一態樣提供一種光學檢測裝置，包含取像裝置、面光源與固定架。取像裝置具有取像位置。面光源置於取像裝置與取像位置之間。面光源包含導光板與發光元件。導光板具有第一出光面、第二出光面與入光面。第一出光面與該二出光面相對設置，且入光面連接第一出光面與第二出光面。取像裝置面對導光板之第二出光面設置。發光元件面對導光板之入光面設置。發光元件發出之光束自入光 面進入導光板，由導光板之第一出光面離開並進入取像位置，且自取像位置反射之光束穿透導光板之第一出光面與第二出光面而進入取像裝置。固定架連接該取像裝置與該面光源，且至少包圍該取像裝置與該面光源之間的空間。

因在上述實施方式中，面光源置於取像裝置與取像位置之間，因此光束不會在待測物上形成取像裝置的陰影，此種設置即為無影式檢測裝置，且本實施方式之光學檢測裝置對於取像裝置的工作距離的選擇有較大的自由度。另外，上述實施方式之光學檢測裝置所擷取之待測物影像，其特徵能被加強，同時粗糙表面的影像被壓抑，使得待測物的特徵能夠被突顯，以取得清晰的待測物之特徵影像。固定架可隔絕環境光。

100‧‧‧取像裝置

102‧‧‧收光面

110‧‧‧取像位置

200‧‧‧面光源

210‧‧‧導光板

212‧‧‧第一出光面

214‧‧‧第二出光面

216‧‧‧入光面

220‧‧‧發光元件

222、224‧‧‧光束

230‧‧‧散射元件

232‧‧‧黑色覆蓋層

234‧‧‧白色顆粒

300‧‧‧固定架

900‧‧‧待測物

D‧‧‧工作距離

第1圖為本發明一實施方式之光學檢測裝置的示意圖。

第2圖為第1圖之面光源的放大圖。

第3圖為第1圖之導光板的上視圖。

以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必 要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖為本發明一實施方式之光學檢測裝置的示意圖。光學檢測裝置包含取像裝置100與面光源200。取像裝置100具有取像位置110。取像位置110與取像裝置100實質相距取像裝置100之工作距離(Working Distance)D，因此取像裝置100主要係擷取置於取像位置110中的待測物900之影像。面光源200置於取像裝置100與取像位置110之間。面光源200包含導光板210與發光元件220。導光板210具有第一出光面212、第二出光面214與入光面216。第一出光面212與第二出光面214相對設置，且入光面216連接第一出光面212與第二出光面214。取像裝置100面對導光板210之第二出光面214設置。發光元件220面對導光板210之入光面216設置。發光元件220發出之光束222自入光面216進入導光板210，由導光板210之第一出光面212離開並進入取像位置110，且自取像位置110反射之光束224穿透導光板210之第一出光面212與第二出光面214而進入取像裝置100。

因在本實施方式中，面光源200置於取像裝置100與取像位置110之間，因此光束222不會在待測物900上形成取像裝置100的陰影，此種設置即為無影式檢測裝置。再者，面光源200之高度相較於長度與寬度皆較小，因此即使取像裝置100具有較小的工作距離D，面光源200仍然可置於取像裝置100與取像位置110之間。換言之，本實 施方式之光學檢測裝置對於取像裝置100的工作距離D的選擇有較大的自由度。對於大口徑的取像裝置100而言，工作距離D亦不需因此增加(相對於使用45度分光鏡之光源系統，其光源尺寸會隨取像裝置的口徑增加而增加)，因此不會有光源尺寸過大而遮蔽視角(如側向收光)的問題。另外，在一些實施方式中，待測物900可為一金屬殼體，例如為經過機械加工、表面具有刀紋的金屬殼體。對於一個表面粗糙之待測物900而言，本實施方式之光學檢測裝置所擷取之待測物900影像，其特徵能被加強，同時粗糙表面的影像被壓抑，使得待測物900的特徵能夠被突顯，以取得清晰的待測物900之特徵影像。換言之，面光源200能夠過濾待測物900之粗糙表面所造成的影像雜訊，進而留下待測物900之特徵。如此一來，待測物900可不需經過表面處理(例如噴砂處理)即可作檢測，可大幅簡化製程。

在本實施方式中，發光元件220可為燈條，例如發光二極體燈條，然而本發明不以此為限。發光元件220所發出之光束222的波長可依實際情況作調整，以配合取像裝置100之收光波段。舉例而言，發光元件220之波長可位於可見光之波長範圍中。

接著請一併參照第1圖與第2圖，其中第2圖為第1圖之面光源200的放大圖。在本實施方式中，面光源200更包含複數個散射元件230，設置於導光板210之第二出光面214。當光束222射至散射元件230時，散射元件230可改變光束222的行進方向，不但能使得光束222在導光板210 中充分混合，以增加面光源200的光均勻度，亦可將自入光面216入射的光束222導引至第一出光面212，以讓光束222自第一出光面212離開導光板210並照射至位於取像裝置100之取像位置110的待測物900上。

在第2圖中，散射元件230之尺寸較為誇張化，以表現出其內部特徵，然而在實際應用下，散射元件230之尺寸可小於取像裝置100(如第1圖所繪示)的解析度，更進一步的，散射元件230可位於取像裝置100之景深外，如此可減少散射元件230於取像裝置100成像的機會。

請回到第1圖。取像裝置100具有工作距離D，而面光源200可置於取像裝置100至取像裝置100之一半工作距離D之間。舉例而言，取像裝置100之工作距離D為約300毫米，則面光源200可置於相距取像裝置100約0毫米至約150毫米處。如此一來，面光源200可遠離取像裝置100的景深範圍，因此第2圖之散射元件230便不會成像於取像裝置100上。既然不會成像，則能避免散射元件230與取像裝置100之影像感測元件(如電荷耦合元件(CCD))之間產生莫爾(Moire)效應，因此面光源200與取像裝置100可不需特別調整或相對旋轉以消除莫爾效應。

請參照第2圖。至少一之散射元件230包含黑色覆蓋層232與白色顆粒234。白色顆粒234置於黑色覆蓋層232與導光板210之第二出光面214之間。白色顆粒234可讓光束222產生散射，而黑色覆蓋層232則能夠吸收或阻擋光束222。具體而言，當光束222射至散射元件230時，白色 顆粒234能夠讓光束222產生散射，亦即光束222可以白色顆粒234為中心以輻射狀散出(第2圖僅繪示部分光束222的行徑路徑)。因黑色覆蓋層232覆蓋白色顆粒234，因此往上方(即往第1圖之取像裝置100之方向)散出的部分光束222便會被黑色覆蓋層232擋住或吸收，使得光束222無法往上方離開導光板210。另一方面，往下方(即往第1圖之取像位置110之方向)散出的另一部分光束222則因沒有黑色覆蓋層232的阻擋或吸收，因此此部分的光束222可由第一出光面212離開導光板210，進而照射至待測物900(如第1圖所示)。如此一來，導光板210便能將發光元件220發出之光束222導引至待測物900。

在一些實施方式中，黑色覆蓋層232可完全覆蓋白色顆粒234，例如白色顆粒234被導光板210與黑色覆蓋層232共同包覆。如此一來，可大幅降低光束222往上方離開導光板210的機率。因此，取像裝置100便不會收到此部分的光，也就不會干擾待測物900之影像。

接著請一併參照第1圖與第2圖。導光板210將光束222導引至取像裝置100之取像位置110後，光束222即照射至待測物900。自待測物900反射之光束224接著回到面光源200，依序穿透導光板210之第一出光面212與第二出光面214後被取像裝置100所接收，如此一來取像裝置100即可得到待測物900之影像(第1、2圖僅繪示部分光束224的行徑路徑)。

請一併參照第1圖與第3圖，其中第3圖為第1圖之導光板210的上視圖。在一些實施方式中，為了讓光束222能夠穿透第二出光面214，散射元件230可覆蓋第二出光面214之約20%至約25%之面積。被散射元件230覆蓋的地方，光束224無法通過，光束224由散射元件230未覆蓋之部分第二出光面214通過。如此一來，散射元件230能夠同時達成將光束222導引至取像裝置100之取像位置110與不阻擋光束224通過的目的。

接著請回到第1圖。在一些實施方式中，光學檢測裝置更包含固定架300，連接取像裝置100與面光源200，且至少包圍取像裝置100與面光源200之間的空間。具體而言，經過面光源200之光束224強度可能會因面光源200的厚度影響而減弱，因此斜向入射取像裝置100的環境光可能會加劇對影像的干擾。然而在本實施方式中，固定架300可為不透光的材質，因此可隔絕環境光，以減少取像裝置100收到環境光的機率。固定架300亦可固定面光源200以及取像裝置100與面光源200之間的距離，例如將面光源200之散射元件230(如第2圖所示)置於取像裝置100之景深外。

在本實施方式中，取像裝置100例如為相機，其更具有收光面102，光束224自收光面102進入取像裝置100。取像裝置100之收光面102與面光源200之第二出光面214實質平行，且面光源200完全覆蓋取像裝置100之收光面102，亦即進入收光面102之光束224會先經過面光源 200。在一些實施方式中，隨著面光源200的厚度不同，取像裝置100的後焦距離也會因此改變。在此情況下，可將面光源200的厚度考慮進取像裝置100的透鏡設計中，或者在取像裝置100中加入調焦裝置或延伸環的方式以調整其焦距，即可得到合適的焦距。

接著請參照第2圖。在一些實施方式中，導光板210之入光面216與第一出光面212實質垂直，且亦與導光板210之第二出光面214實質垂直。換言之，若第一出光面212與第二出光面214為導光板210之主表面，則入光面216可為導光板210之側面，因此發光元件220所發光的光束222即為側向入光。

接著請一併參照第1圖與第2圖。承接上述，發光元件220所發光的光束222為橫向出光，導光板210將光束222轉為縱向後從第一出光面212離開導光板210而照射待測物900。自待測物900反射之光束224以縱向穿透導光板210後入射取像裝置100。換言之，取像裝置100為縱向收光，因此其收光方向不同於發光元件220的出光方向，例如，取像裝置100之收光方向可實質垂直於發光元件220的出光方向。

綜合上述，因在上述實施方式中，面光源置於取像裝置與取像位置之間，因此光束不會在待測物上形成取像裝置的陰影。再者，即使取像裝置具有較小的工作距離，面光源仍然可置於取像裝置與取像位置之間。另外，對於一個表面粗糙之待測物而言，上述實施方式之光學檢測裝置所 擷取之待測物影像，其特徵能被加強，同時粗糙表面的影像被壓抑，使得待測物的特徵能夠被突顯，以取得清晰的待測物之特徵影像，因此待測物可不需經過表面處理即可作檢測，可大幅簡化製程。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧取像裝置

102‧‧‧收光面

110‧‧‧取像位置

200‧‧‧面光源

210‧‧‧導光板

212‧‧‧第一出光面

214‧‧‧第二出光面

216‧‧‧入光面

220‧‧‧發光元件

222、224‧‧‧光束

300‧‧‧固定架

900‧‧‧待測物

D‧‧‧工作距離

Claims (10)

1. 一種光學檢測裝置，包含：一取像裝置，具有一取像位置；以及一面光源，置於該取像裝置與該取像位置之間，該面光源包含：一導光板，具有一第一出光面、一第二出光面與一入光面，該第一出光面與該第二出光面相對設置，且該入光面連接該第一出光面與該第二出光面，其中該取像裝置面對該導光板之該第二出光面設置；一發光元件，面對該導光板之該入光面設置，其中該發光元件發出之光束自該入光面進入該導光板，由該導光板之該第一出光面離開並進入該取像位置，且自該取像位置反射之光束穿透該導光板之該第一出光面與該第二出光面而進入該取像裝置；以及一固定架，連接該取像裝置與該面光源，且至少包圍該取像裝置與該面光源之間的空間。
2. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該面光源更包含複數個散射元件，設置於該導光板之該第二出光面。
3. 如請求項2所述之光學檢測裝置，其中至少一之該些散射元件包含：一黑色覆蓋層；以及 一白色顆粒，置於該黑色覆蓋層與該導光板之該第二出光面之間。
4. 如請求項3所述之光學檢測裝置，其中該黑色覆蓋層完全覆蓋該白色顆粒。
5. 如請求項2所述之光學檢測裝置，其中該些散射元件覆蓋該第二出光面之約20%至約25%之面積。
6. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該取像裝置具有一工作距離，該面光源置於該取像裝置至該取像裝置之一半該工作距離之間。
7. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該導光板之該入光面與該第一出光面實質垂直，且亦與該導光板之該第二出光面實質垂直。
8. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該面光源之該發光元件的出光方向不同於該取像裝置之收光方向。
9. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該取像裝置更具有一收光面，該面光源完全覆蓋該取像裝置之該收光面。
10. 如請求項9所述之光學檢測裝置，其中該取像裝置之該收光面與該面光源之該第二出光面實質平行。