專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)設(shè)備及其坐標(biāo)校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)設(shè)備及其坐標(biāo)校正方法，特別是指一種利用一標(biāo)記 有二不相平行的直線的校正元件來(lái)使一掃描坐標(biāo)系與一感應(yīng)坐標(biāo)系間的一 正交角度差歸零的坐標(biāo)校正方法。
背景技術(shù)：
隨著時(shí)勢(shì)的發(fā)展與演進(jìn)，許多產(chǎn)品在加工尺寸精準(zhǔn)度方面的要求，亦隨 之日趨嚴(yán)謹(jǐn)，特別是對(duì)于光電類(lèi)或微機(jī)電類(lèi)元件而言，其精準(zhǔn)度往往必須達(dá) 到納米等級(jí)的要求。然而，在光電類(lèi)或微機(jī)電類(lèi)元件的整個(gè)加工過(guò)程中，往 往不可避免地必須將待加工的工件輸送至特定的加工位置來(lái)進(jìn)行加工作業(yè)， 甚至還可能會(huì)在工件尚處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，就進(jìn)行特定的加工作業(yè)。在此狀況 下，從微觀的角度來(lái)看，即便這些運(yùn)動(dòng)非常微小，也勢(shì)必會(huì)對(duì)加工品質(zhì)造成 重大的影響。在此前提之下，往往必須借助于更精密的光學(xué)設(shè)備(或儀器)在每個(gè)重 要的生產(chǎn)工藝中對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)與檢査工作，才能進(jìn)一步確保加工品質(zhì)，提 供工件的加工合格率。為了使這些光學(xué)設(shè)備在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)能夠得到更精確的 檢測(cè)效果，則必須先對(duì)這些光學(xué)設(shè)備進(jìn)行精確的自我校正。為了進(jìn)一步闡述 相關(guān)的校正技術(shù)，下面將列舉一公知實(shí)施例來(lái)詳述光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)自我校正 技術(shù)。請(qǐng)參閱圖1至圖3，圖1是顯示公知光學(xué)設(shè)備的局部立體外觀示意圖， 圖2是顯示公知光學(xué)設(shè)備的顯示器顯示校正點(diǎn)位置的示意圖，圖3是顯示感 應(yīng)坐標(biāo)系與掃描坐標(biāo)系之間存在正交角度差的示意圖。如圖所示， 一光學(xué)設(shè) 備100包含有一光學(xué)鏡頭組件1與一掃描平臺(tái)2。光學(xué)鏡頭組件1包含有一殼體11、 一掃描光源12、 一光學(xué)感應(yīng)模塊13、 一顯示器14、 一懸臂15與 —立桿16。掃描光源12、光學(xué)感應(yīng)模塊13與顯示器14是位于殼體11的內(nèi)部或表 面，殼體11連接懸臂15，懸臂15連接于立桿16，立桿16則連接于固定承 載基座(未標(biāo)示)。光學(xué)感應(yīng)模塊13內(nèi)建置有一感應(yīng)坐標(biāo)系Sec。，其是由一 第一感應(yīng)方向軸X。'與一正交于第一感應(yīng)方向軸X。'的第二感應(yīng)方向軸Y。' 所組成。同時(shí)，光學(xué)感應(yīng)模塊13尚且包含有一運(yùn)算處理單元(未標(biāo)示)與 一坐標(biāo)調(diào)整機(jī)構(gòu)(未標(biāo)示)。掃描平臺(tái)2建置有一掃描坐標(biāo)系Sac。，其是由 一第一掃描方向軸X。與一正交于第一掃描方向軸X。的第二掃描方向軸Y。所 組成。同時(shí)，掃描平臺(tái)2上標(biāo)記有二校正點(diǎn)P,與P2，其中，校正點(diǎn)P,是位于 掃描坐標(biāo)系Saco的原點(diǎn)，故校正點(diǎn)P,的坐標(biāo)為(0， 0)，校正點(diǎn)P2是位于掃 描坐標(biāo)系Sac。的第一掃描方向軸X(,上，其坐標(biāo)為(x,， 0)。在進(jìn)行坐標(biāo)校正前，可先利用掃描光源12將一檢測(cè)光線投射至一涵蓋 校正點(diǎn)P'的校正區(qū)域CA。，使檢測(cè)光線自該校正區(qū)域CA。反射至光學(xué)感應(yīng)模塊 13，光學(xué)感應(yīng)模塊13會(huì)感應(yīng)出校正點(diǎn)P,的位置，并感應(yīng)出位置校正點(diǎn)P,的 位置而顯示于顯示器14上。此時(shí)，可透過(guò)顯示器14來(lái)調(diào)整光學(xué)感應(yīng)模塊13 的坐標(biāo)調(diào)整機(jī)構(gòu)，以使校正點(diǎn)Pr落于感應(yīng)坐標(biāo)系Sec。的原點(diǎn)位置而完成初始 化調(diào)整。在進(jìn)行坐標(biāo)校正時(shí)，掃描平臺(tái)2會(huì)沿一平行于上述第一掃描方向軸X() 的掃描方向1。移動(dòng)一掃描距離Ax,，使校正點(diǎn)P2進(jìn)入校正區(qū)域CA。。此時(shí)， 在顯示器14上，是顯示掃描平臺(tái)2上的校正點(diǎn)P2位于一感應(yīng)校正點(diǎn)P2'的 位置，且該感應(yīng)校正點(diǎn)P/的坐標(biāo)為(x,' ， )，因此，感應(yīng)校正點(diǎn)P2， 與第二感應(yīng)方向軸Y。'間相距一感應(yīng)距離差A(yù)x,， = Xl'，感應(yīng)校正點(diǎn)P2' 與第一感應(yīng)方向軸X。'間相距另一感應(yīng)距離差A(yù)y,' = y,'。同時(shí)，校正點(diǎn) P,與感應(yīng)校正點(diǎn)P2'的連線是與第一感應(yīng)方向軸X。'之間相差一正交角度差 A 90，利用眾所周知的三角函數(shù)關(guān)系，可以得到A e。 = tan—' (y,， /Xl，)，相關(guān)的計(jì)算工作可透過(guò)光學(xué)感應(yīng)模塊13內(nèi)的運(yùn)算處理單元來(lái)完成。由于校正點(diǎn)P,與校正點(diǎn)P2的連線是位于第一掃描方向軸X。上，但是校正點(diǎn)P,與感應(yīng)校正點(diǎn)P/的連線是與第一感應(yīng)方向軸x。'之間相差一正交角 度差 a e。，表示第一感應(yīng)方向軸x。'與第一掃描方向軸x。之間相差該正 交角度差 Ae。。因此，必須利用光學(xué)感應(yīng)模塊13的坐標(biāo)調(diào)整機(jī)構(gòu)，將感應(yīng)坐標(biāo)系Sec。沿反時(shí)針?lè)较蛘{(diào)整該正交角度差A(yù) e。，使該正交角度差a e。 歸為零，而完成感應(yīng)坐標(biāo)系Sec。與掃描坐標(biāo)系Sac。間的校正作業(yè)。舉凡在所屬技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者皆能輕易理解，亦可另外制備一校 正元件，在該校正元件上標(biāo)記上述的校正點(diǎn)P,與P2后，在將其放置于掃描平 臺(tái)2上，通過(guò)該掃描平臺(tái)2而沿掃描方向1。移動(dòng)而得到類(lèi)似的結(jié)果，從而取 代上述直接在掃描平臺(tái)2上標(biāo)記校正點(diǎn)P,與P2的作法。舉凡在所屬技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者亦能輕易理解，在以上所揭露的技 術(shù)中，普遍存在四項(xiàng)嚴(yán)重的問(wèn)題。其一，校正點(diǎn)P,與P2的連線必須平行于掃 描方向1。；其二，為了讓光學(xué)感應(yīng)模塊13的感應(yīng)范圍能涵蓋校正點(diǎn)P,與P2， 則勢(shì)必會(huì)縮小第一感應(yīng)方向軸X。'與第一掃描方向軸X。間的比值，亦即縮小 感應(yīng)倍率，如此一來(lái)，則容易造成解析失真度變高而影響校正的精準(zhǔn)度；其 三，相對(duì)于其二，若欲維持高感應(yīng)倍率，則勢(shì)必要縮小感應(yīng)范圍，則可能會(huì) 使其中一個(gè)校正點(diǎn)落于感應(yīng)范圍之外；其四，在上述方法中，由于量測(cè)二個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，即決定感應(yīng)坐標(biāo)系Sec。，在取樣點(diǎn)少的情況下，勢(shì)必會(huì)造成量測(cè)不 確定度(Uncertainty of Measurement)偏高。綜觀以上所述可知，公知技術(shù)中存在著二校正點(diǎn)的連線必須平行于掃描 方向，分辨率不佳，感應(yīng)范圍小無(wú)法同時(shí)感應(yīng)到校正參考標(biāo)的(即公知實(shí)施 例中的第二個(gè)校正點(diǎn))，以及量測(cè)不確定度偏高四個(gè)主要問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光學(xué)設(shè)備及其坐標(biāo)校正方法，其是利用感應(yīng)坐標(biāo)系來(lái)感應(yīng)在掃描坐標(biāo)系中二不平行的直線，在進(jìn)行掃描前后的 方程式變化關(guān)系，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)上的最小平方線性回歸演算法，求得最佳化趨 近直線方程式的計(jì)算技術(shù)，以同時(shí)解決上述四個(gè)問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，其 是用以校正與調(diào)整該光學(xué)儀器的一掃描坐標(biāo)系與一感應(yīng)坐標(biāo)系間的一正交 角度差，以使該正交角度差歸零。該方法是先制備一校正元件，其表面是上 標(biāo)記有二不相平行的校正直線。然后，利用感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)與計(jì)算出上述二 校正直線的二初始直線方程式。接著，使校正元件沿該掃描坐標(biāo)系的一掃描 方向移動(dòng)，以使上述二校正直線亦同時(shí)沿掃描方向移動(dòng)。之后，利用感應(yīng)坐 標(biāo)系感應(yīng)并計(jì)算出上述二校正直線在沿掃描方向移動(dòng)后的二校正直線方程 式。最后，再利用校正直線方程式與初始直線方程式來(lái)計(jì)算出掃描坐標(biāo)系與 感應(yīng)坐標(biāo)系間的正交角度差，并調(diào)整感應(yīng)坐標(biāo)系或掃描坐標(biāo)系，以使正交角 度差歸零。
本發(fā)明還提出了一種光學(xué)設(shè)備，包含 一校正元件，其一表面上標(biāo)記有 二不相平行的校正直線； 一掃描平臺(tái)，是建置一掃描坐標(biāo)系，并結(jié)合有該校
正元件，以帶動(dòng)該校正元件沿該掃描坐標(biāo)系的一掃描方向移動(dòng)； 一光學(xué)感應(yīng) 模塊，是建置一感應(yīng)坐標(biāo)系，以在該校正元件沿該掃描方向移動(dòng)前，利用該 感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)該校正元件的表面上的上述二校正直線以計(jì)算出二初始直 線方程式，并在該校正元件沿該掃描方向移動(dòng)后，再利用該感應(yīng)坐標(biāo)系分別 感應(yīng)該校正元件表面上的上述二校正直線以計(jì)算出二校正直線方程式，并進(jìn) 一步計(jì)算該感應(yīng)坐標(biāo)系與該掃描坐標(biāo)系間的一正交角度差；以及一調(diào)整機(jī) 構(gòu)，是用以調(diào)整該光學(xué)感應(yīng)模塊的掃描坐標(biāo)系，以使該正交角度差歸零。
在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，上述的初始直線方程式與校正直線方程式，是 在校正元件移動(dòng)前與移動(dòng)后，分別感應(yīng)校正直線上的多個(gè)初始觀察點(diǎn)與校正 觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)的最小平方線性回歸演算法的計(jì)算技術(shù)所求 得的最佳化趨近直線方程式。同時(shí)，本發(fā)明較佳實(shí)施例更進(jìn)一步揭露了一種用以調(diào)整該感應(yīng)坐標(biāo)系的調(diào)整機(jī)構(gòu)，以精密調(diào)整該感應(yīng)坐標(biāo)系的角度而使該 正交角度差歸零。
本發(fā)明對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)具有下述功效
相較于公知的坐標(biāo)校正技術(shù)，本發(fā)明是利用感應(yīng)坐標(biāo)系來(lái)感應(yīng)二不相平 行(彼此之間互為線性獨(dú)立)的直線在沿掃描坐標(biāo)系的掃描方向移動(dòng)時(shí)的直 線方程式變化，結(jié)合坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)運(yùn)算技術(shù)而求得存在于感應(yīng)坐標(biāo)系與掃 描坐標(biāo)系間的正交角度差。
在此前提下，校正元件的放置方向可以不必受到限制，故可有效解決上 述第一項(xiàng)問(wèn)題而提升操作的方便性。同時(shí)，由于只需二不相平行的直線在沿 掃描方向移動(dòng)的些微距離即可感應(yīng)計(jì)算出上述的正交角度差的緣故，所以不 必為了增加視野而縮小感應(yīng)倍率，也不會(huì)有感應(yīng)不到校正參考標(biāo)的(校正直 線)的問(wèn)題。因此，此種校正方法仍可維持高放大倍率與分辨率，故可同時(shí) 解決上述第二項(xiàng)問(wèn)題和第三項(xiàng)問(wèn)題。
此外，由于本發(fā)明較佳實(shí)施例是利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)運(yùn)算技術(shù)與統(tǒng)計(jì)學(xué) 上的最小平方線性回歸演算法所求取的最佳化趨近直線方程式來(lái)代表初始 直線方程式與校正直線方程式，據(jù)以描述感應(yīng)坐標(biāo)系與掃描坐標(biāo)系間所偏差 的正交角度差。在初始觀察點(diǎn)與校正觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)量越多時(shí)，所計(jì) 算出的初始直線方程式與校正直線方程式將會(huì)越準(zhǔn)確，故可有效降低量測(cè)不 確定度而提升校正的精準(zhǔn)度。


圖1是顯示公知光學(xué)設(shè)備的局部立體外觀示意圖2是顯示公知光學(xué)設(shè)備的顯示器顯示校正點(diǎn)位置的示意圖3是顯示感應(yīng)坐標(biāo)系與掃描坐標(biāo)系之間存在正交角度差的示意圖;
圖4是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的局部外觀示意圖5是顯示圖4中圈A所示區(qū)域的局部放大圖；圖6是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的顯示器顯示校正直線位置的示意圖； 圖7是顯示感應(yīng)坐標(biāo)系與掃描坐標(biāo)系之間存在正交角度差的示意圖； 圖8是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的調(diào)整機(jī)構(gòu)的元件配置示意圖； 圖9是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整影像傳感器作微小角度旋 轉(zhuǎn)的動(dòng)作示意圖；以及
圖IO是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例坐標(biāo)校正的簡(jiǎn)易流程圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
100、 200光學(xué)設(shè)備
1、 3光學(xué)鏡頭組件
2、 4掃描平臺(tái)
11、 31殼體
12、 32掃描光源
13、 33光學(xué)感應(yīng)模塊
14、 34顯不器
15、 36懸臂
16、 37立桿
331影像傳感器
331a中心軸
35調(diào)整機(jī)構(gòu)
351基座
352固定座
3521n字型本體
3521a第一區(qū)段
3521b第二區(qū)段
3521c第三區(qū)段
3522凸伸部353、 353a固定元件
354、 354a萬(wàn)向元件
355、 355a夾持元件
356調(diào)整器
356a抵制部
356b調(diào)整部
357緩沖組件
357a緩沖固定座
357b壓縮彈簧
5校正元件
Sec(i、 SeCi感應(yīng)坐標(biāo)系
Saco、 Saci掃描坐標(biāo)系
V 、 X，第一感應(yīng)方向軸
V 、 Y，第二感應(yīng)方向軸
X0、 X第一掃描方向軸
Y0、 Y第二掃描方向軸
CAo、 CAi校正區(qū)域
P!、 P2校正點(diǎn)
P2，感應(yīng)校正點(diǎn)
P" P13、 P2l P23初始觀察點(diǎn)
P"， P13，、 V P23，校正觀察點(diǎn)
U L2校正直線
△ Xl、 Ax掃描距離
△ x, 、 Ay,感應(yīng)距離差
厶x'感應(yīng)距離
△ 9 o、 A 9 !正交角度差I(lǐng)。、 I, 掃描方向 II 調(diào)整方向
m 調(diào)整旋轉(zhuǎn)方向
具體實(shí)施例方式
由于本發(fā)明所提供的光學(xué)設(shè)備及其坐標(biāo)校正方法可廣泛運(yùn)用于多種具 備掃描坐標(biāo)系與感應(yīng)坐標(biāo)系的光學(xué)裝置、設(shè)備與系統(tǒng)，其組合具體實(shí)施方式
更是不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉其中一較佳實(shí)施例來(lái)加以具體 說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖4至圖7，圖4是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的局部外觀示意圖， 圖5是顯示圖4中圈A所示區(qū)域的局部放大圖，圖6是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施 例的顯示器顯示校正直線位置的示意圖，圖7是顯示感應(yīng)坐標(biāo)系與掃描坐標(biāo) 系之間存在正交角度差的示意圖。如圖所示， 一光學(xué)設(shè)備200包含有一光學(xué) 鏡頭組件3、 一掃描平臺(tái)4與一校正元件5。光學(xué)鏡頭組件3包含有一殼體 31、 一掃描光源32、 一光學(xué)感應(yīng)模塊33、 一顯示器34、 一調(diào)整機(jī)構(gòu)35、 一 懸臂36與一立桿37。
掃描光源32、光學(xué)感應(yīng)模塊33、顯示器34與調(diào)整機(jī)構(gòu)35是位于殼體 31的內(nèi)部或表面，殼體31是連接懸臂36,懸臂36連接于立桿37，立桿37 則連接于固定承載基座(未標(biāo)示)。光學(xué)感應(yīng)模塊33內(nèi)建置有一感應(yīng)坐標(biāo)系 Sec,，其由一第一感應(yīng)方向軸X'與一正交于第一感應(yīng)方向軸X'的第二感應(yīng) 方向軸Y'所組成。同時(shí)，光學(xué)感應(yīng)模塊33尚且包含有一運(yùn)算處理單元(未 標(biāo)示)與一影像傳感器331 (標(biāo)示于圖8)，在本實(shí)施例中，上述的感應(yīng)坐標(biāo) 系Seci是建置于影像傳感器331，且影像傳感器331具備一中心軸331a (標(biāo) 示于圖8)。掃描平臺(tái)4建置有一掃描坐標(biāo)系Sac,，其是由一第一掃描方向軸 X與一正交于第一掃描方向軸X的第二掃描方向軸Y所組成。
同時(shí)，第一感應(yīng)方向軸與第二感應(yīng)方向軸Y'是分別對(duì)應(yīng)于第一掃描方向軸與第二掃描方向軸Y。感應(yīng)坐標(biāo)系Secl與掃描坐標(biāo)系Sacl間是存在一 正交角度差a e。其中，正交角度差a e,等于第一掃描方向軸x與該第一 感應(yīng)方向軸間x'的夾角，由于上述的正交關(guān)系，當(dāng)然，正交角度差a e,
亦等于第二掃描方向軸Y與該第二感應(yīng)方向軸間Y,的夾角。校正元件5是 固定于掃描平臺(tái)4，其表面標(biāo)記有二不相平行(即彼此互為線性獨(dú)立)的校 正直線L與U
在進(jìn)行坐標(biāo)校正前，可先利用掃描光源32將一檢測(cè)光線投射至一涵蓋 校正直線L與L2的校正區(qū)域CA1;使檢測(cè)光線自該校正區(qū)域CA,反射至光學(xué) 感應(yīng)模塊33，光學(xué)感應(yīng)模塊33的影像傳感器331會(huì)感應(yīng)出校正直線L,上隨 意擷取的三個(gè)初始觀察點(diǎn)Pu、 Pu與Pu的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)也會(huì)感應(yīng)出校正直 線U上隨意擷取的三個(gè)初始觀察點(diǎn)P2i、 P22與P23的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。然后，可利用 統(tǒng)計(jì)學(xué)上的最小平方線性回歸演算法來(lái)分別計(jì)算出校正直線L與U的二初 始直線方程式。
在進(jìn)行坐標(biāo)校正時(shí)，掃描平臺(tái)4會(huì)沿一平行于第一掃描方向軸X的掃描 方向L移動(dòng)一掃描距離Ax，使校正直線L,與U仍保持部分線段位于校正區(qū) 域CA,。此時(shí)，在顯示器34上，會(huì)感應(yīng)到掃描平臺(tái)4上的校正直線L,與L2 移動(dòng)一感應(yīng)距離A x'，而光學(xué)感應(yīng)模塊33的影像傳感器331會(huì)感應(yīng)出校正 直線L上隨意擷取的三個(gè)校正觀察點(diǎn)Pu' 、 P12'與P,3'的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)
也會(huì)感應(yīng)出校正直線L2上隨意擷取的三個(gè)校正觀察點(diǎn)P2,'、P22，與P23'的
坐標(biāo)數(shù)據(jù)。然后，可利用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的最小平方線性回歸演算法來(lái)分別計(jì)算出
校正直線l,與L2的二校正直線方程式。
以下，將進(jìn)一步詳述如何利用初始直線方程式與校正直線方程式來(lái)計(jì)算 出的正交角度差a 61q假設(shè)上述二初始直線方程式分別為
Y， =aiX， +b,...................(等式1)
Y， =a2X， +b2...................(等式2)
其中，a,與&表示斜率，b,與b2分別表示二初始直線方程式在第二感應(yīng)方向軸Y'上的截距。因此，a,、 a2、 b!與b2皆為已知參數(shù)。
同時(shí)，由于校正直線是沿一直線移動(dòng)而未旋轉(zhuǎn)，故在移動(dòng)前后所得的初 始直線方程式與校正直線方程式應(yīng)具備相同的斜率，故可假設(shè)上述二校正直
線方程式，分別為
Y， =aiX， +bZ ...................(等式3)
Y， =a2X， +b2，...................(等式4)
其中，a,、 a2、 bZ與b/為已知參數(shù)，利用上述等式1至等式4，以及
以上定義的相關(guān)參數(shù)，可整理出以下關(guān)系。
b,， -b一厶x， cos ( △ 9 ,) —a,Ax， sin(厶e,)……(等式5) b2， =b2+Ax， cos (厶8 ,) —a2Ax， sin ( △ 0 J . …(等式6) 將以上的等式5與等式6進(jìn)行一連串的整理與計(jì)算后，可求得正交角度 差A(yù)卜與感應(yīng)距離Ax'，由于相關(guān)的繁雜數(shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程是在所屬領(lǐng)域具有 通常知識(shí)者所熟知的計(jì)算技藝，在此則不再予以贅述。同時(shí)，在求出感應(yīng)距 離△ x，后，可將其除以?huà)呙枳鴺?biāo)系Sac,上的該掃描距離A x，所得的比值(△ x' / Ax)即為感應(yīng)坐標(biāo)系相對(duì)于掃描坐標(biāo)系的感應(yīng)倍率。此外，上述的初 始直線方程式、校正直線方程式、正交角度差A(yù) e,與感應(yīng)距離Ax'的相關(guān) 運(yùn)算公式可直接建置于上述的運(yùn)算處理單元而自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算處理。
在求出正交角度差A(yù) e,后，可進(jìn)一步利用上述的調(diào)整機(jī)構(gòu)35來(lái)調(diào)整影 像傳感器331作微小角度的旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整該感應(yīng)坐標(biāo)系Sed的角度，使上述 的正交角度差歸零。因此，以下將繼續(xù)對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)35的結(jié)構(gòu)提出更詳盡的 說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖8與圖9，圖8是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的調(diào)整機(jī)構(gòu)的元件配 置示意圖，圖9是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整影像傳感器作微小 角度旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作示意圖。如圖所示，調(diào)整機(jī)構(gòu)35包括一基座351、 一固定座 352、 一對(duì)固定元件353與353a、 一對(duì)萬(wàn)向元件354與354a、 一對(duì)夾持元件 355與355a、 一調(diào)整器356與一緩沖組件357?；?51與影像傳感器331的中心軸331a是互為相對(duì)固定件。固定座 352包含一n字型本體3521與一凸伸部3522。 n字型本體3521內(nèi)部是容納 影像傳感器331，并且包含一第一區(qū)段3521a， 一垂直于第一區(qū)段3521a的 第二區(qū)段3521b，以及一平行于第一區(qū)段3521a并與垂直于第二區(qū)段3521b 的第三區(qū)段3521c，影像傳感器331是接觸于第二區(qū)段3521b。凸伸部3522 是自第二區(qū)段3521b凸伸出，并可移動(dòng)地結(jié)合于基座351。
固定元件353與353a是穿透結(jié)合于該第一區(qū)段3521a與第三區(qū)段 3521c。萬(wàn)向元件354與354a是在n字型本體3541內(nèi)部，并且分別結(jié)合于 固定元件353與353a的一端，夾持元件355與355a是分別結(jié)合于萬(wàn)向元件 354與354a，并分別以一對(duì)夾持方向夾持影像傳感器331 。
調(diào)整器356包含一抵制部356a與一調(diào)整部356b，抵制部356a是接觸于 該凸伸部3522。緩沖組件357是接觸于固定座352的凸伸部3522與調(diào)整器 356相反的一側(cè)，并且包含緩沖固定座357a與一壓縮彈簧357b，其中，緩 沖固定座357a是結(jié)合于基座351，壓縮彈簧357b位于緩沖固定座357a與固 定座352的凸伸部3522之間。
在調(diào)整影像傳感器331的感應(yīng)坐標(biāo)系Sec,時(shí)，調(diào)整器356的調(diào)整部356a 是調(diào)控抵制部356b沿一調(diào)整方向II移動(dòng)，借此控制固定座352沿調(diào)整方向 II而相對(duì)于基座351與上述的中心軸331a進(jìn)行相對(duì)的移動(dòng)。然后，夾持元 件355與355a會(huì)透過(guò)萬(wàn)向元件354與354a而轉(zhuǎn)向，借此改變夾持元件355 與355a夾持影像傳感器331的夾持方向而使影像傳感器以中心軸331a為中 心而沿一旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向III旋轉(zhuǎn)。
在本實(shí)施例中，由于緩沖組件357是接觸于固定座352的凸伸部3522 與調(diào)整器356相反的一側(cè)的緣故，因此在整個(gè)調(diào)整過(guò)程中，緩沖組件357可 緩沖上述調(diào)整器356調(diào)控該固定座352沿調(diào)整方向II移動(dòng)的速度與力量，而 達(dá)到輔助精密調(diào)控的效果。
以下，將匯整以上繁雜的敘述，將本發(fā)明較佳實(shí)施例的運(yùn)作流程予以匯整與簡(jiǎn)化。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖10，其是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例坐標(biāo)校正的簡(jiǎn)易流
程圖，并請(qǐng)一并參閱圖4至圖9。如圖所示，在進(jìn)行光學(xué)設(shè)備200的坐標(biāo)校 正之前，先制備表面標(biāo)記有上述二不相平行(即彼此互為線性獨(dú)立)的校正 直線L與L2的校正元件5 (步驟110)。
接著，利用光學(xué)感應(yīng)模塊33的影像傳感器331內(nèi)的感應(yīng)坐標(biāo)系Sec，感 應(yīng)校正直線，并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的最小平方線性回歸演算法來(lái)計(jì)算出初始直線 方程式(步驟120)。然后，沿掃描坐標(biāo)系Sac,的掃描方向I,移動(dòng)校正元件5， 使校正直線L與L2同時(shí)沿掃描方向I,移動(dòng)(步驟130)，并利用感應(yīng)坐標(biāo)系 Sed感應(yīng)校正直線L,與L2以計(jì)算出校正直線方程式(步驟140)。
最后，利用初始直線方程式與校正直線方程式來(lái)計(jì)算感應(yīng)坐標(biāo)系SeCl 與掃描坐標(biāo)系Sad間的正交角度差A(yù) 0 ,(步驟150)，并調(diào)整感應(yīng)坐標(biāo)系Sec, 角度，使正交角度差A(yù) 6t歸零(步驟160)。
舉凡在所屬技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者皆能理解，在掃描平臺(tái)4鄰接位置， 亦可裝設(shè)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)調(diào)整機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整掃描平臺(tái)4的角度，因此，在執(zhí)行步驟 160中，亦可調(diào)整掃描坐標(biāo)系Sac,而使上述的正交角度差A(yù) ^歸零。同時(shí)， 在實(shí)務(wù)運(yùn)用面上，可擷取更多數(shù)量的初始觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與校正觀察點(diǎn)的 坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使得利用上述最小平方線性回歸演算法所計(jì)算的初始直線方程式 與校正直線方程式更為精確，進(jìn)而降低量測(cè)不確定度。
以上的實(shí)施例說(shuō)明，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例說(shuō)明，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域 中具有通常知識(shí)者當(dāng)可依據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例說(shuō)明而作其它種種的改良 及變化。然而這些依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所作的種種改良及變化，當(dāng)仍屬于本發(fā) 明的發(fā)明精神及界定的專(zhuān)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，是用以校正與調(diào)整該光學(xué)儀器的一感應(yīng)坐標(biāo)系與一掃描坐標(biāo)系間的一正交角度差，以使該正交角度差歸零，該方法包含(a)制備一校正元件，其一表面上標(biāo)記有二不相平行的校正直線；(b)利用該感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)上述二校正直線以分別計(jì)算出二初始直線方程式；(c)使該校正元件沿該掃描坐標(biāo)系的一掃描方向而對(duì)該感應(yīng)坐標(biāo)系相對(duì)移動(dòng)，以使上述二校正直線亦同時(shí)沿該掃描方向而對(duì)該感應(yīng)坐標(biāo)系相對(duì)移動(dòng)；(d)在完成步驟(c)后，利用該感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)上述二校正直線以分別計(jì)算出二校正直線方程式；以及(e)利用該校正直線方程式與該初始直線方程式來(lái)計(jì)算出該感應(yīng)坐標(biāo)系與該掃描坐標(biāo)系間的該正交角度差，并調(diào)整該感應(yīng)坐標(biāo)系或該掃描坐標(biāo)系，以使該正交角度差歸零。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，其特征是，在該步驟(b) 中，是利用該感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)上述二校正直線上的多個(gè)初始觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)， 并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的最小平方線性回歸演算法與上述多個(gè)初始觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù) 而計(jì)算出上述二初始直線方程式。
3. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，其特征是，在該步驟(d) 中，是在上述二校正直線在沿該掃描方向相對(duì)移動(dòng)后，利用該感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng) 上述二校正直線上的多個(gè)校正觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的最小平方 線性回歸演算法與上述多個(gè)校正觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)而計(jì)算出上述二校正直線方 程式。
4. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，其特征是，該掃描坐標(biāo) 系是由一第一掃描方向軸與一正交于該第一掃描方向軸的第二掃描方向軸所組成，該感應(yīng)坐標(biāo)系由一第一感應(yīng)方向軸與一正交于該第一感應(yīng)方向軸的第二感 應(yīng)方向軸所組成，且該第一感應(yīng)方向軸與該第二感應(yīng)方向軸是分別對(duì)應(yīng)于該第 一掃描方向軸與該第二掃描方向軸。
5. 如權(quán)利要求4所述的光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，其特征是，該正交角度 差是該第一掃描方向軸與該第一感應(yīng)方向軸間的夾角，或該第二掃描方向軸與 該第二感應(yīng)方向軸間的夾角。
6. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，其特征是，該光學(xué)設(shè)備 包含有一光學(xué)感應(yīng)模塊，該感應(yīng)坐標(biāo)系是建置于該光學(xué)感應(yīng)模塊內(nèi)，該光學(xué)感 應(yīng)模塊包含有一運(yùn)算處理單元，以計(jì)算出上述二校正直線所分別對(duì)應(yīng)的該初始 直線方程式與該校正直線方程式的該正交角度差。
7. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，其特征是，該光學(xué)設(shè)備 更包含有一掃描平臺(tái)，該掃描坐標(biāo)系是建置于該掃描平臺(tái)，且該校正元件是固 定于該掃描平臺(tái)，當(dāng)該掃描平臺(tái)沿該掃描方向移動(dòng)時(shí)，該校正元件是隨之沿該 掃描方向移動(dòng)。
8. —種光學(xué)設(shè)備，其特征是，包含一校正元件，其一表面上標(biāo)記有二不相平行的校正直線；一掃描平臺(tái)，是建置一掃描坐標(biāo)系，并結(jié)合有該校正元件，以帶動(dòng)該校正 元件沿該掃描坐標(biāo)系的一掃描方向移動(dòng)；一光學(xué)感應(yīng)模塊，是建置一感應(yīng)坐標(biāo)系，以在該校正元件沿該掃描方向移 動(dòng)前，利用該感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)該校正元件的表面上的上述二校正直線以計(jì)算出 二初始直線方程式，并在該校正元件沿該掃描方向移動(dòng)后，再利用該感應(yīng)坐標(biāo) 系分別感應(yīng)該校正元件表面上的上述二校正直線以計(jì)算出二校正直線方程式， 并進(jìn)一步計(jì)算該感應(yīng)坐標(biāo)系與該掃描坐標(biāo)系間的一正交角度差；以及一調(diào)整機(jī)構(gòu)，是用以調(diào)整該光學(xué)感應(yīng)模塊的掃描坐標(biāo)系，以使該正交角度 差歸零。
9. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該光學(xué)感應(yīng)模塊，是利用該感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)上述二校正直線上的多個(gè)初始觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并利用統(tǒng)計(jì) 學(xué)上的最小平方線性回歸演算法與上述多個(gè)初始觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)而計(jì)算出上 述二初始直線方程式。
10. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該光學(xué)感應(yīng)模塊，是在 上述二校正直線在沿該掃描方向移動(dòng)后，利用該感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)上述二校正直 線上的多個(gè)校正觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的最小平方線性回歸演算 法與上述多個(gè)校正觀察點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)而計(jì)算出上述二校正直線方程式。
11. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該掃描坐標(biāo)系具備一第 一掃描方向軸與一正交于該第一掃描方向軸的第二掃描方向軸，該感應(yīng)坐標(biāo)系 具備一第一感應(yīng)方向軸與一正交于該第一感應(yīng)方向軸的第二感應(yīng)方向軸，且該 第一感應(yīng)方向軸與該第二感應(yīng)方向軸分別對(duì)應(yīng)于該第一掃描方向軸與該第二掃 描方向軸。
12. 如權(quán)利要求11所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該正交角度差是該第 一掃描方向軸與該第一感應(yīng)方向軸間的夾角，或該第二掃描方向軸與該第二感 應(yīng)方向軸間的夾角。
13. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該光學(xué)感應(yīng)模塊包含有 一運(yùn)算處理單元，以計(jì)算出上述二校正直線所分別對(duì)應(yīng)的該初始直線方程式與 該校正直線方程式，以及該正交角度差。
14. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該光學(xué)感應(yīng)模塊包含有 一建置該感應(yīng)坐標(biāo)系的影像傳感器，該影像傳感器具備一中心軸，且該調(diào)整機(jī) 構(gòu)包括一基座，是與該影像傳感器的中心軸互為相對(duì)固定件； 一固定座，包含-一n字型本體，其內(nèi)部容納該影像傳感器，并且包含一第一區(qū)段，一 垂直于該第一區(qū)段的第二區(qū)段與一平行于該第一區(qū)段并與垂直于該第二區(qū)段的 第三區(qū)段，該影像傳感器是接觸于該第一區(qū)段、該第二區(qū)段與第三區(qū)段中的至少一者；以及一凸伸部，是自該第二區(qū)段凸伸出，并可移動(dòng)地結(jié)合于該基座； 一對(duì)固定元件，是穿透結(jié)合于該第一區(qū)段與第三區(qū)段； 一對(duì)萬(wàn)向元件，是分別結(jié)合于該對(duì)固定元件的一端；一對(duì)夾持元件，是分別結(jié)合于該對(duì)萬(wàn)向元件，并分別以一對(duì)夾持方向夾持該影像傳感器；以及一調(diào)整器，是可移動(dòng)地結(jié)合于該基座，并接觸于該固定座的凸伸部， 在調(diào)整該影像傳感器的感應(yīng)坐標(biāo)系時(shí)，該調(diào)整器是調(diào)控該固定座相對(duì)于該基座與該中心軸而沿一調(diào)整方向移動(dòng)，使該對(duì)夾持元件透過(guò)該對(duì)萬(wàn)向元件而轉(zhuǎn)向，以改變?cè)搶?duì)夾持元件夾持該影像傳感器的該對(duì)夾持方向而使該影像傳感器以該中心軸為中心而旋轉(zhuǎn)。
15. 如權(quán)利要求14所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該調(diào)整器包含 一抵制部，是接觸于該凸伸部；以及一調(diào)整部，是供調(diào)控該抵制部沿該調(diào)整方向移動(dòng)，以控制該固定座的凸伸 部沿該調(diào)整方向移動(dòng)。
16. 如權(quán)利要求15所述的光學(xué)設(shè)備，其特征是，該調(diào)整機(jī)構(gòu)更包含一 緩沖組件，是接觸于該固定座的凸伸部與該調(diào)整器相反的一側(cè)，以緩沖該調(diào)整 器控制該固定座沿該調(diào)整方向移動(dòng)的速度與力量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)設(shè)備的坐標(biāo)校正方法，是用以校正與調(diào)整該光學(xué)儀器的一掃描坐標(biāo)系與一感應(yīng)坐標(biāo)系間的一正交角度差，以使該正交角度差歸零。該方法是先制備一校正元件，其表面上標(biāo)記有二不相平行的校正直線，然后，利用感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)上述二校正直線以計(jì)算出二初始直線方程式，接著，沿該掃描坐標(biāo)系的一掃描方向移動(dòng)校正元件，以使上述二校正直線亦同時(shí)沿掃描方向移動(dòng)，之后，再利用感應(yīng)坐標(biāo)系感應(yīng)上述二校正直線以計(jì)算出二校正直線方程式，最后，利用校正直線方程式與初始直線方程式來(lái)計(jì)算出掃描坐標(biāo)系與感應(yīng)坐標(biāo)系間的正交角度差，并調(diào)整感應(yīng)坐標(biāo)系或掃描坐標(biāo)系，以使正交角度差歸零。
文檔編號(hào)G02B7/00GK101303440SQ20071010224
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者林耀明 申請(qǐng)人:中茂電子(深圳)有限公司