专利名称：双远心干涉仪连续变焦成像装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，特别涉及一种模块化设计的机体以提高维修组装、客制化的便利性，以及使用双段远心成像方式来改善光学畸变的问题，以及提高较长的物距测量功效。
背景技术：
随着精密测量的发展，利用光学测量微小、精密元件的技术，同时具备高敏感性与 非破坏性的优点，因此已广泛应用于不同工程应用领域。以干涉仪为例说明，其是一种利用光的干涉现象作为测量光学元件或其他物理量的光机设备，目前光机设备的设计与组装相当的复杂，且预先调校好的光路容易受外在影响而产生偏移状况，使得事后维修的困难度极高。举例来说，光机设备是使用多个零件搭接组合而成主体架构，且大多光学元件都设置于主体架构内部；其中主体架构内在组装此些光学元件的同时，就必须预先调校好及定位，以确保光路行进路线的准确度。然而，在搬运过程中，光机设备会因主体架构本身的搭接设计而产生刚性不足的问题，且容易造成光路偏移发生的机率。另外，主体架构受外部撞击时，容易产生震动干扰，如此也会产生光路偏移的问题。再者，此些光学元件并未模块化，而是零散的一一组装于主体架构内，当发生故障时，必须整台拆卸检查、维修或替换，不仅耗时费力、维修成本昂贵，且维修效率相当低。除此之外，光机设备的CCD及其外挂镜头的重量、体积庞大，于调焦时，必须调整CXD来配合成像面，但却容易造成整体主体架构重心偏移及震动，使得调整CXD及镜头的手续变的相当复杂。不仅存在上述光机设备的诟病之外，干涉条纹品质的优劣是取决于成像系统，当待测物距离改变时，成像系统的放大倍率、畸变与解析度会有所改变，如此即限制了测量上的条件。有鉴于此，本实用新型遂针对上述现有技术的缺失，提出一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，以有效克服上述的所述的这些问题。
发明内容本实用新型的主要目的在提供一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，其可将模块化的各光学模块分别组装于一体成型的机体上，不仅提高了整体刚性、组装维修便利性，又能降低光路偏移发生的机会。本实用新型的次要目的在提供一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，其利用双段远心镜头成像方式，有较大的景深，有利于非平面物件的测量，同时维持干涉条纹影像大小能不受物距影响，进而得到高品质的功效。本实用新型的另一目的在提供一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，其可单独作为定倍率系统使用，也可作为双段远心光学成像系统使用，能有效增加操作便利性及使用弹性。[0009]本实用新型的再一目的在提供一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，其利用软性悬吊组件来降低各光学模块受外部撞击或搬运过程中所造成的影响，同时降低震动干扰的问题。本实用新型的又一目的在提供一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，其利用多重隔离设计，可有效将灰尘阻隔在外而影响光学模块，且每一光学模块都可单独维修、组装、拆卸及替换，使整体结构更佳弹性化。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于，包括一圆管主体；一准直物镜组，装设于该圆管主体上，将干涉图形的平行光转换为收敛光，并将其引导至一成像通道上；一远心成像模块，装设于该圆管主体上，且位于该准直物镜组前侧，该远心成像模块将该成像通道上的该干涉图形转换为一远心成像；一远心连续变焦模块，装设于该圆管主体上，位于该准直物镜组与该远心成像模块之间，该远心连续变焦模块调整该远心成像的放大倍率，并输出一物影像；及一电耦合元件，装设于该圆管主体上，且位于该远心连续变焦模块的侧边，该物影像成像于该电耦合元件上，并被转换成电子信号。该圆管主体是铝合金圆管。还包括一壳体，该圆管主体设于该壳体内，且该壳体包含复数个隔离舱，该复数个隔离舱分别对应容设该准直物镜组、该远心成像模块、该远心连续变焦模块及该电耦合元件，并使该准直物镜组、该远心成像模块、该远心连续变焦模块及该电耦合元件分别形成独立空间。该壳体内还设有一软性悬吊组件，该圆管主体的两端抵触固定于该软性悬吊组件上。该准直物镜组包括两个平面、一准直装置及一偏振分光棱镜组，该偏振分光棱镜组位于该两个平面及该准直装置的下方，该两个平面将反射光互相干涉以产生一待测物的该干涉图形，由该准直装置将该干涉图形的平行光转换为收敛光，再由该偏振分光棱镜组弓I导该干涉图形至该成像通道上。该两个平面的反射光由该干涉仪的投光装置所提供，该投光装置装设于该圆管主体上，且位于该偏振分光棱镜组下方。该准直物镜组还包括一调校分光棱镜组，该调校分光棱镜组位于该投光装置与该偏振分光棱镜组之间的光学路径上，该调校分光棱镜组装设于该圆管主体上，且与该偏振分光棱镜组呈水平设置。该远心成像模块与该远心连续变焦模块之间还设有一反射镜组，该反射镜组将平行光轴的该远心成像反射至该远心连续变焦模块，该反射镜组装设于该圆管主体上。该远心成像模块将该干涉图形调整为衡定放大率的该远心成像。该远心连续变焦模块能够调整至少两个调焦镜片之间的距离而放大该物影像，其放大倍率是连续变倍介于I倍至6倍之间。该远心成像模块是继光镜组。[0028]与现有技术相比较，采用上述技术方案的本实用新型具有的优点在于将模块化的准直物镜组、远心成像模块、远心连续变焦模块及电耦合元件分别组装于一体成型的圆管主体上，并分别预先调校及定位，使维修时便于整组替换，以提高维修效率及节省成本等优点。其中，利用产生投射光线的投光装置输出一雷射光束，并射入准直物镜组中，经过反射、调光后产生一干涉图形的平行光，将其转换为收敛光，再将其引导至一成像通道上。远心成像模块位于准直物镜组前侧，是将成像通道上的干涉图形转换为一远心成像，以加长景深和保持干涉条纹影像的放大倍率不受待测物距远近的影响。位于准直物镜组与远心成像模块之间的远心连续变焦模块，其可调整远心成像的放大倍率，并输出一物影像；最后将物影像直接成像于电耦合元件上，并转换成电子信号。凭借模块化的组装设计及上述光学元件的位置配置方式，能有效降低光路偏移发生的机会。

图I为本实用新型的立体结构图；图2为本实用新型的部分光学模块的放大图；图3为本实用新型具有防震功能的示意图；图4为本实用新型具有多重隔离设计的示意图；图5为本实用新型的光行进路线示意图。附图标记说明10圆管主体；12远心成像模块；14远心连续变焦模块；142调焦镜片；144调焦镜片；16电耦合元件；18准直装置；20调校分光棱镜组；22扩光镜组；24偏振分光棱镜组；26反射镜组；28投光装置；30壳体；302隔离舱；32软性悬吊组件；34反射镜；36主反射镜；38平面；40平面反射镜。
具体实施方式
由于现有的结构相当复杂，且容易受搬运或外部碰撞影响而造成光路偏移问题，使得可移动性差且组装、拆卸维护都相当复杂及不便。为了改善现有诸多结构上的诟病，本实用新型提出一种新颖的双远心干涉仪连续变焦成像装置，以提升整体性能与使用的稳定性。因此，在此先针对结构改良予以详细说明，请一并参阅图I及图2，分别为本实用新型的立体结构图及部分光学模块的放大图。双远心连续变焦成像装置包括一圆管主体10及装设于圆管主体10外侧上的一远心成像模块12、一远心连续变焦模块14、一电耦合元件16及一准直物镜组。其中，圆管主体10是一体成型的铝合金圆管设计，以提高整体刚性，进而以改善现有利用多个零件搭接组成而造成刚性不足的问题。准直物镜组是将一干涉图形的平行光转换为收敛光，并将其引导至一成像通道上，其中，准直物镜组更包括两个平面(图中未示)、一准直装置18、一调校分光棱镜组20、扩光镜组22及一偏振分光棱镜组24及一反射镜组26。调校分光棱镜组20及偏振分光棱镜组24位于两个平面及准直装置18的下方；偏振分光棱镜组24、扩光镜组22与调校分光棱镜组20呈同平面水平设置，且偏振分光棱镜组24位于调校分光棱镜组20及扩光镜组22之间。远心成像模块12位于准直物镜组前侧，远心成像模块12是将成像通道上的干涉图形转换为一远心成像，反射镜组26与位于远心成像模块12与远心连续变焦模块14之间，可凭借反射镜组26将远心成像反射至远心连续变焦模块14，由远心连续变焦模块14调整远心成像的放大倍率，并输出一物影像。电耦合元件16位于远心连续变焦模块14的侧边，物影像是成像于电耦合元件16上，并转换成电子信号。其中，双远心连续变焦成像装置更包括用以产生投射光线的一投光装置28，装设于圆管主体10外侧上，且位于偏振分光棱镜组24下方。由于远心成像模块12、远心连续变焦模块14、电耦合元件16、准直物镜组及其各细部光学元件都已模块化，故装设于圆管主体10上之后，可分别预先调校及定位，如此于维修时，能将各模块独立替换，据以提高维修效率及维修成本，甚至能因应市场需求而直接对光学模块设计加以变更，以达到客制化的功效。再者，搭配圆管主体10的刚性性能及各光学模块组装方式，能有效降低光路偏移发生的机会。接续，为了能进一步提升防震效果，如图3所示，双远心连续变焦成像装置包括一壳体30，其内更设有一软性悬吊组件32，是将圆管主体10的两端抵触固定于软性悬吊组件32上，使圆管主体10定位于壳体30内。由于软性悬吊组件32为软性材质，或是具有吸震效果的软性材质，可大幅降低组装于圆管主体10外侧上的各光学模块受外部撞击或搬运过程中所造成的影响，同时降低震动干扰的问题，进而增加整体结构及光路的稳定性。其中，壳体30是多重隔离设计，如图4所示，壳体30包含复数个隔离舱302，分别对应容设各光学模块，如准直物镜组、远心成像模块12、远心连续变焦模块14及电耦合元件16，或上述各细部光学模块，使得所有光学模块分别形成不同的独立空间。详言的，每一光学模块搭配一个隔离舱302，每一隔离舱302可单独开启，因此每一光学模块可单独维修、组装、拆卸及替换，让整体结构更具维修弹性；换言之，不需要维修的光学模块，能凭借隔离舱302的设计而有效将灰尘阻隔在外，以避免灰尘造成成像通道上多余的杂讯。由上述新颖的结构设计可得知，本实用新型确实能解决现有结构上的垢病，当然，本实用新型也能改善光学性能，请同时配合图I及图5。投光装置28与偏振分光棱镜组24之间的光学路径上更包括至少一反射镜34及扩光镜组22。其中投光装置28可为雷射装置，是输出一氦氖雷射光束，其经反射镜34至扩光镜组22后，再由扩光镜组22扩大雷射光束并传送至偏振分光棱镜组24。其中，投光装置28的光学路径上更可设一衰减片(attenuator)，主要是在使雷射光束的振幅减少，且其相位及频率都不失真的，进而达到调光作用者。偏振分光棱镜组24包含有1/4波片，穿透偏振分光棱镜组24的偏振光经由调校分光棱镜组20与一主反射镜(primary mirror) 36调整方向的反射后，即可将光线射入准直装置18中。准直装置18通常由准直镜片所组成，进而使光线进入两个平面38之间，其中两个平面38包含参考平面(reference plane)及测试平面(test plane)。接续说明如何达成双远心光学成像，当光线进入两个平面38之间后，参考平面的反射光与测试平面的反射光互相干涉产生一待测物的干涉图形，由准直装置18将干涉图形的平行光转换为具有干涉条纹的收敛光。的后利用主反射镜36和调校分光棱镜组20所形成的光学路径调整功能手段导引干涉条纹从准直装置18至偏振分光棱镜组24，偏振分光棱镜组24反射干涉条纹，再将其引导干涉条纹至成像通道上，并由远心成像模块12将成像通道上的干涉图形转换为平行光轴的一远心成像，故利用远心成像模块12来调整干涉图形为衡定放大率的远心成像，使得干涉条纹影像放大倍率可以维持一致，不会因待测物的距离改变而受影响。其中远心成像模块12较佳可由三个继光镜组所组成。[0043]接续，本实用新型是使用远心连续变焦模块14来配合远心成像模块12，其中光学调整功能手段是将远心光学成像分成两段部分，由准直物镜组与远心成像模块12的部分作为前段定焦成像系统，使进入成像侧的主光线(Chief Ray)设定为与光轴平行；而远心连续变焦模块14作为后段连续变焦成像系统，使物侧的主光线与光轴平行，如此即可组成双远心干涉仪连续变焦成像装置。详言的，若因待测物距离改变而需要调整聚焦时，可利用远心连 续变焦模块14来调整远心成像的放大倍率。其中，远心成像模块12与反射镜组26之间的光学路径上更设有一平面反射镜40，且位于成像通道上；平行光轴的远心成像依序经平面反射镜40及反射镜组26，以引导平行光轴的远心成像至远心连续变焦模块14内，其可调整远心成像的放大倍率。详言的，远心连续变焦模块14是连续变倍介于I倍(IX)至6倍^X)之间，用以调整成像通道上的干涉光的放大倍率并输出一物影像；举例来说，远心连续变焦模块14包含四调焦镜片(zoom lens)，主要是调整其中二个调焦镜片142、144，可凭借调整该两个调焦镜片142、144的间距而放大或缩小物影像。当两个调焦镜片142、144间的距离调整的越近，相对地物影像的放大倍率越大。由于远心连续变焦模块14是直接置于一电耦合元件16的焦平面，故可将物影像直接成像于电耦合元件16上，并转换成电子信号；如此一来，本实用新型确实能改善光学性能。值得注意的是，传统调焦使用调整电耦合元件来配合成像面，而电耦合元件及其加挂镜头重量及体积庞大，使得调整电耦合元件及其加挂镜头的装置复杂，并且仪器内部的大部件移动容易造成重心偏移及振动。因此，本实用新型的反射镜组26设计为两片对称倾角的反射镜，凭借两片反射镜前后移动来调整成像面位置以配合电耦合元件16，因此，本实用新型即可简单将电耦合元件16及其加挂镜头固定于圆管主体10上，同时也易于更换。当然，本实用新型的结构设计可因应测量需求而随之替换光学模块，由于现有存在着光学畸变的诟病，因此本实用新型针对此问题特别设计双段式远心光学成像系统，使得光学性能不受待测物的景深和焦深对焦影响，同时维持干涉条纹影像大小能不受物距影响，进而得到高品质的功效。除此之外，当然可仅使用远心成像模块12，单独作为定倍率系统使用，在此不加以限定，因此确实能有效增加操作便利性及使用弹性。综上所述，本实用新型新颖设计的双远心干涉仪连续变焦成像装置，本实用新型能同时改善结构上的缺失，提高了整体刚性、组装维修便利性、维修成本，以及降低光路偏移发生的机会；又兼具改善光学性能，改善了现有因物距越远，使得光学畸变越严重的问题，以及系统放大率仍能维持一致，以保持干涉条纹影像的亮度，使成像范围能固定而提高光学品质。本实用新型能将诸多优点集于一身，确实能大幅提升光学测量的精准度及实用性，又能增加前所未有的附加价值。以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于，包括 一圆管主体； 一准直物镜组，装设于该圆管主体上，将干涉图形的平行光转换为收敛光，并将其引导至一成像通道上； 一远心成像模块，装设于该圆管主体上，且位于该准直物镜组前侧，该远心成像模块将该成像通道上的该干涉图形转换为一远心成像； 一远心连续变焦模块，装设于该圆管主体上，位于该准直物镜组与该远心成像模块之间，该远心连续变焦模块调整该远心成像的放大倍率，并输出一物影像 '及 一电耦合元件，装设于该圆管主体上，且位于该远心连续变焦模块的侧边，该物影像成像于该电耦合元件上，并被转换成电子信号。
2.根据权利要求I所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该圆管主体是铝合金圆管。
3.根据权利要求I所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于还包括一壳体，该圆管主体设于该壳体内，且该壳体包含复数个隔离舱，该复数个隔离舱分别对应容设该准直物镜组、该远心成像模块、该远心连续变焦模块及该电耦合元件，并使该准直物镜组、该远心成像模块、该远心连续变焦模块及该电耦合元件分别形成独立空间。
4.根据权利要求3所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该壳体内还设有一软性悬吊组件，该圆管主体的两端抵触固定于该软性悬吊组件上。
5.根据权利要求I所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该准直物镜组包括两个平面、一准直装置及一偏振分光棱镜组，该偏振分光棱镜组位于该两个平面及该准直装置的下方，该两个平面将反射光互相干涉以产生一待测物的该干涉图形，由该准直装置将该干涉图形的平行光转换为收敛光，再由该偏振分光棱镜组引导该干涉图形至该成像通道上。
6.根据权利要求5所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该两个平面的反射光由该干涉仪的投光装置所提供，该投光装置装设于该圆管主体上，且位于该偏振分光棱镜组下方。
7.根据权利要求6所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该准直物镜组还包括一调校分光棱镜组，该调校分光棱镜组位于该投光装置与该偏振分光棱镜组之间的光学路径上，该调校分光棱镜组装设于该圆管主体上，且与该偏振分光棱镜组呈水平设置。
8.根据权利要求I所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该远心成像模块与该远心连续变焦模块之间还设有一反射镜组，该反射镜组将平行光轴的该远心成像反射至该远心连续变焦模块，该反射镜组装设于该圆管主体上。
9.根据权利要求I所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该远心成像模块将该干涉图形调整为衡定放大率的该远心成像。
10.根据权利要求I所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该远心连续变焦模块能够调整至少两个调焦镜片之间的距离而放大该物影像，其放大倍率是连续变倍介于I倍至6倍之间。
11.根据权利要求I所述的双远心干涉仪连续变焦成像装置，其特征在于该远心成像模块是继光镜 组。
专利摘要本实用新型提供一种双远心干涉仪连续变焦成像装置，是将模块化设计的准直物镜组、远心成像模块、远心连续变焦模块及电耦合元件装设于一体成型的圆管主体上，并分别调校及定位；再利用多重隔离设计的壳体将上述模块区隔成独立空间，不仅便于维修且能客制化设计。凭借准直物镜组将干涉图形的平行光转换为收敛光，经光学路径调整功能手段导引至一成像通道上；再经远心成像模块将成像通道上的干涉图形转换为平行光轴的远心成像后，可由远心连续变焦模块调整远心成像的放大倍率，并输出一物影像，将其成像于电耦合元件上；如此改善光学畸变及解像力差等问题。
文档编号G01B9/02GK202614180SQ20122011458
公开日2012年12月19日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者孟宪虹, 薛新国, 锺锦铭 申请人:新朔光电科技股份有限公司