專利名稱:雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型是有關(guān)一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,特別是指一種利用雙段遠(yuǎn)心成像方式來改善光學(xué)畸變的問題,以及提高較長的物距測量功效。
背景技術(shù):
隨著精密量測的發(fā)展,利用光學(xué)測量微小、精密元件的技術(shù),同時(shí)具備高敏感性與非破壞性的優(yōu)點(diǎn),因此已廣泛應(yīng)用于不同工程應(yīng)用領(lǐng)域。在此,以一種利用光的干涉現(xiàn)象作為測量光學(xué)元件或其他物理量的干涉系統(tǒng)為例說明,干涉系統(tǒng)有許多種,但其原理都極為相似,以工業(yè)界普遍采用的斐佐式(Fizau)干涉儀為例,干涉條紋成像系統(tǒng)是利用兩平面的反射光互相干涉產(chǎn)生干涉圖形后,經(jīng)準(zhǔn)直物鏡組將干涉圖形反射至一調(diào)焦鏡片,由調(diào)焦鏡片根據(jù)待測物的距離對應(yīng)調(diào)整后,最后傳送至攝影機(jī)而讀取到干涉條紋。然而,干涉條紋品質(zhì)的優(yōu)劣系取決于成像系統(tǒng),當(dāng)待測物距離改變時(shí),成像系統(tǒng)的放大倍率、畸變與解析度、會有所改變,如此即限制了測量上的條件。再者,現(xiàn)有干涉儀成像系統(tǒng)是把干涉條紋影像成像于一旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散器上,再把旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散器上的像當(dāng)成調(diào)焦鏡片的物影像,成像于后者攝影機(jī)焦平面上,目的是解決因干涉儀光路中產(chǎn)生的雜訊問題。但是旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散器的加入也衍生了許多問題,例如,使得干涉條紋非直接成像于CXD上而增加影像的雜訊,此包含了擴(kuò)散器本身的穿透率,調(diào)變轉(zhuǎn)換函數(shù)MTF下降;且由于影像在旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散器上是一個(gè)類似朗伯表面(Labertian surface)的圖像因此在后面的調(diào)焦鏡片成像于C⑶上時(shí),容易產(chǎn)生暈影(Vignetting)的現(xiàn)象,這將導(dǎo)致干涉影像的邊緣與中心亮度差異極大,造成影像判別困難,若要改善此一缺點(diǎn)則必須設(shè)計(jì)極為高級的調(diào)焦鏡片,增加成本且不實(shí)用。有鑒于此,本實(shí)用新型遂針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失,提出一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,以有效克服上述的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在提供一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其使用雙段遠(yuǎn)心鏡頭可使主光線在物體側(cè)和成像側(cè)皆為平行光軸,最大視場和成像端影像都是固定的,解決了一般鏡頭放大率會受到待測物距離的影響的問題。本實(shí)用新型的另一目的在提供一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其利用雙段遠(yuǎn)心鏡頭成像方式,有較長的景深、有利于非平面物件的測量,能維持干涉條紋清晰度,且不受待測物表面聞低差的影響,進(jìn)而得到聞品質(zhì)的功效。本實(shí)用新型的再一目的在提供一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其可單獨(dú)作為定倍率系統(tǒng)使用,也可作為雙段遠(yuǎn)心光學(xué)成像系統(tǒng)使用,可以模塊化設(shè)計(jì)以提升系統(tǒng)的使用彈性。本實(shí)用新型的又一目的在提供一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其可廣泛應(yīng)用于干涉儀儀器裝置、利用干涉原理所產(chǎn)生的相關(guān)測量儀器裝置、相關(guān)干涉條紋成像裝置以及一般成像裝置等連續(xù)變焦成像裝置。為達(dá)上述目的,本實(shí)用新型提供一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,包括一準(zhǔn)直物鏡組、一遠(yuǎn)心成像模塊、一遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊及一電耦合元件。首先產(chǎn)生投射光線的投光裝置輸出一雷射光束,并射入準(zhǔn)直物鏡組中,經(jīng)過反射、調(diào)光后產(chǎn)生一干涉圖形的平行光,將其轉(zhuǎn)換為收斂光,再將其引導(dǎo)至一成像通道上。遠(yuǎn)心成像模塊將成像通道上的干涉圖形轉(zhuǎn)換為一遠(yuǎn)心成像,以解決待測物的景深和焦深對焦影響了干涉條紋影像的問題;可使用遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊調(diào)整遠(yuǎn)心成像的放大倍率,并輸出一物影像,最后將物影像直接成像于電耦合元件上,并轉(zhuǎn)換成電子信號。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該準(zhǔn)直物鏡組包括兩平面、一準(zhǔn)直裝置及一偏振分光棱鏡組,該兩平面將反射光互相干涉以產(chǎn)生一待測物的該干涉圖形,由該準(zhǔn)直裝置將該干涉圖形的平行光轉(zhuǎn)換為收斂光,再由該偏振分光棱鏡組引導(dǎo)該干涉圖形至該成像通道上。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該兩平面產(chǎn)生的該干涉圖形是由一測試 平面的反射光與一參考平面的反射光互相干涉所形成。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該兩平面的反射光是由一干涉儀的投光裝置所提供。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,更包括一衰減片位于該投光裝置的光學(xué)路徑上。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該投光裝置與該偏振分光棱鏡組之間的光學(xué)路徑上更包括多個(gè)反射鏡及一反射塊。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該遠(yuǎn)心成像模塊與該遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊之間的光學(xué)路徑上更包括至少一反射鏡,該反射鏡將平行光軸的該遠(yuǎn)心成像反射至該遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該遠(yuǎn)心成像模塊調(diào)整該干涉圖形為衡定放大率的該遠(yuǎn)心成像。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊調(diào)整至少兩調(diào)焦鏡片之間的距離而放大該物影像,其放大倍率連續(xù)變倍介于I倍(IX)至6倍^X)之間。所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其中,該遠(yuǎn)心成像模塊為繼光鏡組。與現(xiàn)有技術(shù)相比較,本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn)(I)干涉條紋影像的放大倍率可以維持一致,不會受到待測物距離改變而受影響。(2)使用雙遠(yuǎn)心成像的設(shè)計(jì)方式,具有較佳的光學(xué)解像力,且可容許物距改變范圍大于4米,且放大倍率的連續(xù)變倍能介于I倍至6倍之間,不論是物距改變或連續(xù)變倍,皆可維持極低的光學(xué)畸變(Distortion),進(jìn)而改善常知因物距越遠(yuǎn),使得光學(xué)畸變越嚴(yán)重的問題。(3)適用于較厚深的待測物,使測量條件更有彈性。(4)當(dāng)待測物因距離改變而需要調(diào)整聚焦時(shí),系統(tǒng)放大率仍能維持一致,同時(shí)保持干涉條紋影像的売度,使成像范圍能固定而提聞光學(xué)品質(zhì)。(5)為模塊化設(shè)計(jì),故新穎裝置設(shè)計(jì)可增加本實(shí)用新型的使用彈性及提升產(chǎn)業(yè)的
競爭力。[0025]借由上述諸多優(yōu)點(diǎn),確實(shí)能大幅提升光學(xué)測量的精準(zhǔn)度及實(shí)用性,極具產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。下面借由具體實(shí)施例詳加說明,當(dāng)更容易了解本實(shí)用新型的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。
圖I為本實(shí)用新型的雙段式遠(yuǎn)心光學(xué)成像示意圖;圖2為本實(shí)用新型調(diào)整物影像的放大倍率示意圖;圖3本實(shí)用新型應(yīng)用于干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明10_準(zhǔn)直物鏡組;12-遠(yuǎn)心成像模塊;14-遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊;142-調(diào)焦鏡片;144_調(diào)焦鏡片;16_電稱合兀件;18_平面;182_參考平面;184_測試平面;20-準(zhǔn)直裝置;22_偏振分光棱鏡組;24_反射塊;26_雷射裝置;28_反射鏡;30_衰減片; 32-反射鏡;34_桿式反射鏡;36_主反射鏡;38_平面反射鏡。
具體實(shí)施方式
如圖I所示,為本實(shí)用新型的雙段式遠(yuǎn)心光學(xué)成像示意圖。雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置包括一準(zhǔn)直物鏡組10、一遠(yuǎn)心成像模塊12、一遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14及一電耦合元件16。準(zhǔn)直物鏡組10接收一待測物的干涉圖形的平行光,并轉(zhuǎn)換為干涉圖形的收斂光,再將其引導(dǎo)至一成像通道上。遠(yuǎn)心成像模塊12將成像通道上的干涉圖形轉(zhuǎn)換為平行光軸的一遠(yuǎn)心成像,此遠(yuǎn)心成像模塊主要是調(diào)整干涉圖形為衡定放大率的遠(yuǎn)心成像,也就是說,本實(shí)用新型可結(jié)合準(zhǔn)直物鏡組10及遠(yuǎn)心成像模塊,單獨(dú)作為定倍率系統(tǒng)使用,使得干涉條紋影像放大倍率可以維持一致,不會因待測物的距離改變而受影響,如圖中的放大圖所示,為遠(yuǎn)心成像位置。其中遠(yuǎn)心成像模塊12由三個(gè)繼光鏡組所組成。當(dāng)然,本實(shí)用新型再使用遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14來配合遠(yuǎn)心成像模塊12,加以改善常知光學(xué)畸變的詬病,作為雙段式遠(yuǎn)心光學(xué)成像系統(tǒng)使用。詳言之,若因待測物距離改變而需要調(diào)整聚焦時(shí),可使用遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14調(diào)整遠(yuǎn)心成像的放大倍率,并輸出一物影像,最后將物影像直接成像于電稱合元件16 (charge coupled device, CCD)上,并轉(zhuǎn)換成電
子信號。其中,為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的雙遠(yuǎn)心連續(xù)調(diào)焦方式,請同時(shí)配合圖2,為本實(shí)用新型調(diào)整物影像的放大倍率示意圖。遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14連續(xù)變倍介于I倍(IX)至6倍^X)之間,用以調(diào)整成像通道上的干涉光的放大倍率并輸出一物影像;舉例來說,遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14包含四調(diào)焦鏡片(zoom lens),主要是調(diào)整其中兩個(gè)調(diào)焦鏡片142、144,可憑調(diào)整該兩調(diào)焦鏡片142、144的間距而放大或縮小物影像,由圖中物側(cè)與成像側(cè)的位置看出,當(dāng)兩調(diào)焦鏡片142、144間的距離調(diào)整的越近,相對地物影像的放大倍率越大。由于遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14直接置于一電耦合元件16的焦平面,故可將物影像直接成像于電耦合元件16上,并轉(zhuǎn)換成電子信號。由此上述可得知,本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的新穎雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其可廣泛應(yīng)用于干涉儀儀器裝置、利用干涉原理所產(chǎn)生的相關(guān)測量儀器裝置、相關(guān)干涉條紋成像裝置以及一般成像裝置等連續(xù)變焦成像裝置。為進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的實(shí)際應(yīng)用方式,在此以應(yīng)用于干涉儀儀器裝置為例說明,請同時(shí)參閱圖I及圖3,圖3為本實(shí)用新型應(yīng)用于干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖。干涉儀(interferometer)通??煞譃閮纱蟛糠?,一是用以產(chǎn)生投射光線的投光裝置,另一則是干涉條紋成像裝置,本實(shí)用新型在針對成像裝置的部份予以改良,也就是應(yīng)用本實(shí)用新型創(chuàng)新的光學(xué)性能架構(gòu),使其影像放大倍率可以維持一致,不會受到待測物距離改變時(shí)的影響,進(jìn)而大幅降低光學(xué)畸變的問題,但為了清楚了解本實(shí)用新型的作用,故將詳述整個(gè)干涉儀的結(jié)構(gòu)與動作。其中,準(zhǔn)直物鏡組10包括兩平面18、一準(zhǔn)直裝置20及一偏振分光棱鏡組22。首先,本實(shí)用新型的干涉儀更包括一投光裝置,投光裝置與偏振分光棱鏡組22之間的光學(xué)路徑上更包括多個(gè)反射鏡及一反射塊24。其中投光裝置可為雷射裝置26,輸出一氦氖雷射光束,其經(jīng)內(nèi)建的空間濾波器(圖中未示)擴(kuò)大雷射光束并達(dá)到濾波效果后,依序由反射塊24及對應(yīng)反射塊24的具有傾角的反射鏡28反射至一衰減片(attenuator) 30上,此衰減片30位于投光裝置的光學(xué)路徑上,主要是使雷射光束的振幅減少,且其相位及頻率皆不失真,進(jìn)而達(dá)到調(diào)光作用。經(jīng)衰減片30進(jìn)行調(diào)光后,再透過具有傾角的反射鏡32反射至一包含有1/4波片 的偏振分光棱鏡組(polarizing beam splitter, PBS) 22,并穿透該偏振分光棱鏡組22,穿透的偏振光依序經(jīng)由一桿式反射鏡(rod mirror) 34與一主反射鏡(primary mirror) 36調(diào)整方向的反射后,即可將光線射入準(zhǔn)直裝置20中。準(zhǔn)直裝置20通常由準(zhǔn)直鏡片(collimation lens)所組成,進(jìn)而使光線進(jìn)入兩平面18之間,其中兩平面包含參考平面(reference plane) 182 及測試平面(test plane) 184。接下來說明如何達(dá)成雙遠(yuǎn)心光學(xué)成像,當(dāng)光線進(jìn)入兩平面18之間后,參考平面182的反射光與測試平面184的反射光互相干涉產(chǎn)生一待測物的干涉圖形,由準(zhǔn)直裝置20將干涉圖形的平行光轉(zhuǎn)換為具有干涉條紋的收斂光。之后利用主反射鏡36和桿式反射鏡34所形成的光學(xué)路徑調(diào)整功能手段導(dǎo)引干涉條紋從準(zhǔn)直裝置20至偏振分光棱鏡組22,偏振分光棱鏡組22反射干涉條紋,將其引導(dǎo)至成像通道上。偏振分光棱鏡組22與遠(yuǎn)心成像模塊12的光學(xué)路徑上更設(shè)有一平面反射鏡38,且位于成像通道上;借由平面反射鏡38將干涉條紋的收斂光引導(dǎo)至遠(yuǎn)心成像模塊12內(nèi),并經(jīng)遠(yuǎn)心成像模塊12將成像通道上的干涉圖形轉(zhuǎn)換為平行光軸的一遠(yuǎn)心成像,故利用遠(yuǎn)心成像模塊14來調(diào)整干涉圖形為衡定放大率的遠(yuǎn)心成像,使得干涉條紋影像放大倍率可以維持一致,不會因待測物的距離改變而受影響。接下來,使用遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14來配合遠(yuǎn)心成像模塊12,若因待測物大小變化或測量較小的面積范圍時(shí),可利用遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊14來調(diào)整遠(yuǎn)心成像的放大倍率,并輸出一物影像,最后將物影像直接成像于電耦合元件16上,并轉(zhuǎn)換成電子信號。如此一來,本實(shí)用新型確實(shí)能改善光學(xué)性能,其光學(xué)調(diào)整功能手段將遠(yuǎn)心光學(xué)成像分成兩段部分,由準(zhǔn)直物鏡組與遠(yuǎn)心成像模塊的部分作為前段定焦成像系統(tǒng),使進(jìn)入成像側(cè)的主光線(ChiefRay)設(shè)定為與光軸平行;而遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊作為后段連續(xù)變焦成像系統(tǒng),使物側(cè)的主光線與光軸平行,如此設(shè)計(jì)條件下,遠(yuǎn)心成像模塊與遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊可以直接串接,如此即可組成雙遠(yuǎn)心干涉儀連續(xù)變焦成像裝置。當(dāng)然,雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置除了應(yīng)用于干涉儀裝置上之外,只要使用雙遠(yuǎn)心成像方式來改善光學(xué)性能的任何連續(xù)變焦成像裝置,即屬于本專利的范疇。[0039]綜上所述,此本實(shí)用新型的新穎設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)(I)干涉條紋影像的放大倍率可以維持一致,不會受到待測物距離改變而受影響。(2)使用雙遠(yuǎn)心成像的設(shè)計(jì)方式,具有較佳的光學(xué)解像力,且可容許物距改變范圍大于4米,且放大倍率的連續(xù)變倍能介于I倍至6倍之間,不論是物距改變或連續(xù)變倍,皆可維持極低的光學(xué)畸變(Distortion),進(jìn)而改善常知因物距越遠(yuǎn),使得光學(xué)畸變越嚴(yán)重的問題。(3)適用于較厚深的待側(cè)物,使測量條件更有彈性。(4)當(dāng)待測物因距離改變而需要調(diào)整聚焦時(shí),系統(tǒng)放大率仍能維持一致,同時(shí)保持干涉條紋影像的売度,使成像范圍能固定而提聞光學(xué)品質(zhì)。(5)為模組化設(shè)計(jì),故新穎裝置設(shè)計(jì)可增加本實(shí)用新型的使用彈性及提升產(chǎn)業(yè)的 競爭力。借由上述諸多優(yōu)點(diǎn),確實(shí)能大幅提升光學(xué)測量的精準(zhǔn)度及實(shí)用性,極具產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。唯以上所述者,僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并非用來限定本實(shí)用新型實(shí)施的范圍。故即凡依本實(shí)用新型申請范圍所述的特征及精神所為的均等變化或修飾,均應(yīng)包括于本實(shí)用新型的權(quán)利要求書內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,包括 一準(zhǔn)直物鏡組,將一干涉圖形的平行光轉(zhuǎn)換為收斂光,并將其引導(dǎo)至一成像通道上; 一遠(yuǎn)心成像模塊,將該成像通道上的該干涉圖形轉(zhuǎn)換為一遠(yuǎn)心成像; 一遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊,調(diào)整該遠(yuǎn)心成像的放大倍率,并輸出一物影像;及 一電耦合元件,將該物影像成像于其上,并轉(zhuǎn)換成電子信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該準(zhǔn)直物鏡組包括兩平面、一準(zhǔn)直裝置及一偏振分光棱鏡組,該兩平面將反射光互相干涉以產(chǎn)生一待測物的該干涉圖形,由該準(zhǔn)直裝置將該干涉圖形的平行光轉(zhuǎn)換為收斂光,再由該偏振分光棱鏡組弓I導(dǎo)該干涉圖形至該成像通道上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該兩平面產(chǎn)生的該干涉圖形是由一測試平面的反射光與一參考平面的反射光互相干涉所形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該兩平面的反射光是由一干涉儀的投光裝置所提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,更包括一衰減片位于該投光裝置的光學(xué)路徑上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該投光裝置與該偏振分光棱鏡組之間的光學(xué)路徑上更包括多個(gè)反射鏡及一反射塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該遠(yuǎn)心成像模塊與該遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊之間的光學(xué)路徑上更包括至少一反射鏡,該反射鏡將平行光軸的該遠(yuǎn)心成像反射至該遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該遠(yuǎn)心成像模塊調(diào)整該干涉圖形為衡定放大率的該遠(yuǎn)心成像。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊調(diào)整至少兩調(diào)焦鏡片之間的距離而放大該物影像,其放大倍率連續(xù)變倍介于I倍至6倍之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,其特征在于,該遠(yuǎn)心成像模塊為繼光鏡組。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種雙遠(yuǎn)心連續(xù)變焦成像裝置,包括準(zhǔn)直物鏡組將該干涉圖形的平行光轉(zhuǎn)換為收斂光,并經(jīng)光學(xué)路徑調(diào)整功能手段導(dǎo)引至一成像通道上,利用遠(yuǎn)心成像模塊將成像通道上的干涉圖形轉(zhuǎn)換為平行光軸的一遠(yuǎn)心成像。再由遠(yuǎn)心連續(xù)變焦模塊調(diào)整遠(yuǎn)心成像的放大倍率,并輸出一物影像,最后將物影像成像于電耦合元件上;借此改善常知測量系統(tǒng)的影像放大率會因待測物距離的遠(yuǎn)近而改變,進(jìn)而容易產(chǎn)生光學(xué)畸變及解像力變差等問題。
文檔編號G02B27/28GK202472096SQ20122010116
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者孟憲虹, 薛新國, 鍾錦銘 申請人:新朔光電科技股份有限公司