TWI595445B - 抗雜訊之立體掃描系統 - Google Patents

Description

抗雜訊之立體掃描系統

本揭露是有關於一種立體掃描系統。

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。

本揭露之一態樣提供一種立體掃描系統，包含偏振平行線光源、遠心影像擷取裝置與第一偏振元件。偏振平行線光源提供偏振線光束至待測面。偏振線光束之擴散角度小於10度。遠心影像擷取裝置用以擷取待測面上之偏振線光束。第一偏振元件置於遠心影像擷取裝置與待測面之 間。偏振線光束之偏振態與第一偏振元件之偏振態實質正文。

在上述實施方式中，立體掃描系統利用具小擴散角度之偏振線光束、第一偏振元件與遠心影像擷取裝置的組合可消除待測物因表面結構不規則所造成的量測錯誤。

110‧‧‧偏振平行線光源

112、115‧‧‧偏振線光束

114、116‧‧‧光軸

122‧‧‧偏振光源

123‧‧‧偏振光束

124‧‧‧柱狀透鏡

152‧‧‧相機

154‧‧‧遠心鏡頭

160‧‧‧第一偏振元件

900‧‧‧平台

905‧‧‧待測物

910‧‧‧待測面

126、136‧‧‧準直元件

132‧‧‧線光源

133‧‧‧線光束

138‧‧‧第二偏振元件

150‧‧‧遠心影像擷取裝置

912‧‧‧法線

C‧‧‧區域

D‧‧‧方向

θ、θ’‧‧‧擴散角度

第1圖為本揭露一實施方式之立體掃描系統、平台與待測物的示意圖。

第2圖為第1圖之偏振平行線光源根據一實施方式的示意圖。

第3圖為第1圖之偏振平行線光源根據另一實施方式的示意圖。

第4圖為第1圖之偏振平行線光源根據再一實施方式的示意圖。

以下將以圖式揭露本揭露的複數個實施方式，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揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，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圖為本揭露一實施方式之立體掃描系統、平台900與待測物905的示意圖，第2圖為第1圖之偏振平行線光源110根據一實施方式的示意圖。立體掃描系統包含偏振平行線光源110、遠心影像擷取裝置150與第一偏振元件160。偏振平行線光源110提供偏振線光束112至待測面910。偏振線光束112之擴散角度θ(如第2圖所示)小於10度，在較佳的實施方式中，擴散角度θ小於5度。遠心影像擷取裝置150用以擷取待測面910上之偏振線光束115。第一偏振元件160置於遠心影像擷取裝置150與待測面910之間。偏振線光束112之偏振態與第一偏振元件160之偏振態實質正交。

在本文中，擴散角度θ為光束隨傳播距離增加而擴散的程度。擴散程度越大，擴散角度θ便越大，反之則越小。在第2圖中，偏振線光束112沿著一光軸114傳播，而偏振線光束112之光束邊緣與光軸114相夾擴散角度θ。若擴散角度θ為0度，則偏振線光束112為平行光，亦即平行光束不隨傳播距離增加而擴散。

在一些實施方式中，待測面910可為一平台900之表面。然而在本實施方式中，一待測物905可置於平台900上，而立體掃描系統用以掃描待測物905之立體形貌。若立體掃描系統掃描待測物905，則待測面910為待測物905與平台900被偏振線光束112照射到之表面。若立體掃描系統掃描平台900之表面，則待測面910為平台900被偏振線光束112照射 到之表面。在此為了清楚起見，以待測物905被偏振線光束112照射到之表面作為待測面910之舉例。

在本實施方式中，立體掃描系統利用具小擴散角度θ之偏振線光束112、第一偏振元件160與遠心影像擷取裝置150的組合可消除待測物905因表面結構不規則所造成的量測錯誤。具體而言，待測物905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905而言，量測其表面形貌很容易因粗糙之表面而產生不規則的散射光。這些散射光會在擷取到的影像上形成雜訊，提高後續分析的困難度。

不過，在本實施方式中，偏振平行線光源110提供偏振線光束112，亦即偏振線光束112具有特定之偏振態。偏振線光束112會在待測物905之待測面910上形成一線條，線條的起伏可反應出待測面910的形貌。隨著待測物905與偏振線光束112之間相對移動，偏振線光束112掃描待測面910，因此可反應出待測面910的完整形貌。當偏振線光束112照射至待測面910上時，待測面910之刀紋或其他機械加工所產生的細微缺陷可能會讓偏振線光束112產生不規則的散射，這些不規則的散射會使得偏振線光束112的偏振態產生不規則的改變。具有不規則偏振態之偏振線光束112到達第一偏振元件160時，會被第一偏振元件160所濾除，因此只剩具有待測面910之立體資訊的部分偏振線光束115能夠通過第一偏振元件160而到達遠心影像擷取裝置150。另一方面，因遠心影像擷取裝置150具有接收實質平 行光的特性，因此可接收自待測面910散射的小擴散角度之偏振線光束115，且不會接收因表面刀紋而不規則散射的大擴散角度之其他光束。

綜合上述，即使部分之偏振線光束112照射至待測面910會因刀紋而產生不規則的散射，然而這些不規則散射之光束可藉由第一偏振元件160與遠心影像擷取裝置150而濾除，因此待測面910之特徵能被加強，同時粗糙表面的影像被壓抑，使得待測物905的特徵能夠被突顯，以取得清晰的待測物905之特徵影像。如此一來，待測物905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。

請參照第2圖。在一些實施方式中，偏振平行線光源110包含偏振光源122、柱狀透鏡124與準直元件126。偏振光源122用以提供一偏振光束123。柱狀透鏡124用以將偏振光束123塑形為偏振線光束112。準直元件126用以準直偏振線光束112。具體而言，偏振光源122例如可為具有偏振態的光源，例如為雷射光源，亦可以是其他光源加上偏振元件的組合。偏振光源122可為點光源，在本文中，點光源所提供之偏振光束123的光點實質上為非線形，例如為圓形、楕圓形。柱狀透鏡124之透鏡曲面呈單一軸向彎曲，因此可將偏振光束123作單一軸向的變形(例如收斂後擴散)，使得偏振光束123變為偏振線光束112。準直元件126可準直偏振線光束112，以收斂偏振線光束112的擴散角度θ。換言之，未通過準直元件126之偏振線光束112的擴散角度θ’大於通 過準直元件126之偏振線光束112的擴散角度θ。在一些實施方式中，準直元件126可為透鏡，然而本揭露不以此為限。

偏振平行線光源110的結構不以第2圖的結構為限。請參照第3圖，其為第1圖之偏振平行線光源110根據另一實施方式的示意圖。在本實施方式中，偏振平行線光源110可省略第2圖之準直元件126，亦即偏振平行線光源110包含偏振光源122與柱狀透鏡124。在本實施方式中，區域C之偏振線光束112(亦即接近光軸114之部分偏振線光束112)具有較小的擴散角度θ，因此可僅利用區域C之偏振線光束112，例如使用一擋板將區域C外之偏振線光束112阻擋，或者遠心影像擷取裝置150僅接收區域C之偏振線光束112皆可。至於本實施方式的其他細節與第2圖相同，因此便不再贅述。

第4圖為第1圖之偏振平行線光源110根據再一實施方式的示意圖。在本實施方式中，偏振平行線光源110包含線光源132、準直元件136與第二偏振元件138。線光源132用以提供線光束133。準直元件136用以準直線光束133。第二偏振元件138用以將準直後之線光束133偏振化為偏振線光束112。具體而言，線光源132可為燈條，包含複數個點光源134，沿一方向D排列。點光源134可以是發光二極體或是其他合適的光源。準直元件136可準直線光束133，以收斂線光束133的擴散角度。而後線光束133通過第二偏振元件138而偏振化為偏振線光束112。第二偏振元件138的偏振態與第一偏振元件160(如第1圖所示)實質正 交。雖然在第4圖中，準直元件136置於線光源132與第二偏振元件138之間，然而在其他的實施方式中，第二偏振元件138可置於線光源132與準直元件136之間，亦即線光源132所提供之線光束133可先通過第二偏振元件138後再通過準直元件136。至於本實施方式的其他細節與第2圖相同，因此便不再贅述。

請回到第1圖。在本實施方式中，偏振線光束112正向入射待測面910，而遠心影像擷取裝置150斜向擷取待測面910上之偏振線光束115。具體而言，待測面910具有法線912。「正向入射」表示從偏振平行線光源110提供之偏振線光束112之光軸114與法線912實質平行，而「斜向擷取」表示遠心影像擷取裝置150所接收之偏振線光束115之光軸116與光軸114的相交角度大於0度，當相交角度愈大時，消除(或抗)雜訊的效果愈好，在較佳的實施方式中，相交角度大於20度。因偏振線光束112正向入射待測面910，而遠心影像擷取裝置150斜向擷取偏振線光束115，因此遠心影像擷取裝置150擷取的主要為自待測面910散射之偏振線光束115。

在第1圖中，遠心影像擷取裝置150包含相機152與遠心鏡頭154。遠心鏡頭154置於相機152與第一偏振元件160之間。遠心鏡頭154可包含多個透鏡(未繪示)，遠心鏡頭154設計為使實質平行光入射，使得相機152主要由平行光所成像。如此的設計可使物體的成像倍率不因物體的遠近而改變，且可排除大擴散角度之光束在相機152成像。

綜合上述，偏振平行線光源提供偏振線光束以在待測面上形成線條，其起伏可反應出待測面的形貌。當偏振線光束照射至待測面上時，待測面之刀紋或其他機械加工所產生的細微缺陷可能會讓偏振線光束產生不規則的散射。具有不規則偏振態之偏振線光束到達第一偏振元件時，會被第一偏振元件所濾除，因此只剩具有待測面之立體資訊的部分偏振線光束能夠通過第一偏振元件而到達遠心影像擷取裝置。遠心影像擷取裝置可接收自待測面散射的小擴散角度之偏振線光束，且不會接收因表面刀紋而不規則散射的大擴散角度之光束。如此一來，立體掃描系統可消除待測物因表面結構不規則所造成的量測錯誤。

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

110‧‧‧偏振平行線光源

112、115‧‧‧偏振線光束

114、116‧‧‧光軸

150‧‧‧遠心影像擷取裝置

152‧‧‧相機

154‧‧‧遠心鏡頭

160‧‧‧第一偏振元件

900‧‧‧平台

905‧‧‧待測物

910‧‧‧待測面

912‧‧‧法線

Claims (8)

1. 一種立體掃描系統，包含：一偏振平行線光源，提供一偏振線光束至一待測面，其中該偏振線光束之擴散角度小於10度，該偏振平行線光源包含：一偏振光源，用以提供一偏振光束；一柱狀透鏡，用以將該偏振光束塑形為該偏振線光束；以及一準直元件，用以準直該偏振線光束；一遠心影像擷取裝置，用以擷取該待測面上之該偏振線光束；以及一第一偏振元件，置於該遠心影像擷取裝置與該待測面之間，其中該偏振線光束之該偏振態與該第一偏振元件之偏振態實質正交。
2. 如請求項1所述之立體掃描系統，其中該偏振光源為一雷射光源。
3. 如請求項1所述之立體掃描系統，其中該偏振線光束正向入射該待測面。
4. 如請求項1所述之立體掃描系統，其中該遠心影像擷取裝置斜向擷取該待測面上之該偏振線光束。
5. 如請求項1所述之立體掃描系統，其中該遠心影像擷取裝置包含：一相機；以及一遠心鏡頭，置於該相機與該第一偏振元件之間。
6. 一種立體掃描系統，包含：一偏振平行線光源，提供一偏振線光束至一待測面，其中該偏振線光束之擴散角度小於10度，該偏振平行線光源包含：一線光源，用以提供一線光束；一準直元件，用以準直該線光束；以及一第二偏振元件，用以將準直後之該線光束偏振化為該偏振線光束；一遠心影像擷取裝置，用以擷取該待測面上之該偏振線光束；以及一第一偏振元件，置於該遠心影像擷取裝置與該待測面之間，其中該偏振線光束之該偏振態與該第一偏振元件之偏振態實質正交。
7. 如請求項6所述之立體掃描系統，其中該線光源包含複數個點光源，沿一方向排列。
8. 如請求項6所述之立體掃描系統，其中該些點光源為發光二極體。