可調式自準直儀的製作方法
2023-10-04 01:00:04 3
專利名稱：可調式自準直儀的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種可調式自準直儀，特別是有關於一種可量測各種尺寸範圍待測物的可調式自準直儀。
背景技術：
一般來說，自準直儀(autocollimator)在工業應用中是十分有用的儀校準設備，凡是有關精密角度量測或直線基準量測皆需依賴自準直儀的使用。自準直儀應用的範圍可以小至量測微小偏擺，或大至輔助飛機機翼以及船艦主軸的安裝。
參閱圖1，一公知的自準直儀1主要包括有一光源11、一針孔(pinhole)12、一分光鏡13、一準直透鏡14以及一CCD接收器16。當光源11所發出的光線通過針孔12後，針孔12可以被視為一點光源而朝向分光鏡13發射光束L1，光束L1經由分光鏡13反射後，會以參考光束(未顯示)射向CCD接收器16、反射光束L2射向準直透鏡14，反射光束L2在通過準直透鏡14之後便會成為準直光束L3，此時，準直光束L3會射至一待測表面2，並且反射回準直透鏡14，然後再經由準直透鏡14的聚焦作用而成為聚焦光束L4，該聚焦光束L4會穿透分光鏡13而成像於CCD接收器16之上，因此，通過觀察參考光束(未顯示)與聚焦光束L4從待測表面2反射至CCD接收器16的成像，即可從成像的位置的差異來判斷待測表面2的狀態，同樣地，自準直儀1也可以用來量測二不同表面間的平行度。
然而，公知的自準直儀1會具有一缺點，亦即自準直儀1僅能量測一定範圍的待測面，換句話說，如果待測面的範圍很大，則自準直儀1就必須使用大尺寸的準直透鏡14，然而，使用大尺寸的準直透鏡14會增加自準直儀1的孔徑(aperture)及製造成本，且在使用上也造成許多不便。
有鑑於此，本發明的目的是要提供一種可調式自準直儀，不但可量測各種範圍的待測面，且其成本較為低廉並易於使用。
發明內容
本發明基本上採用如下所詳述的特徵以為了要解決上述的問題。也就是說，本發明的一目的是要提供一種可調式自準直儀，是用以量測一待測面狀態。該可調式自準直儀包括一基座；一設置於該基座上的光源；一設置於該基座上的第一分光鏡；一設置於該基座上的第二分光鏡；一可移動地設置於該基座上的光學組件，其中，該光源輸出一光束經由該第一分光鏡至該第二分光鏡，並穿透該第二分光鏡以形成一第一分光束至該待測面，且該光束經由該第二分光鏡形成一第二分光束至該光學組件，並通過該光學組件形成平行於該第一分光束的一量測光束至該待測面；以及一接收器，是用以接收自該待測面反射的該第一分光束與該量測光束的圖像。
同時，根據本發明的上述目的，該基座上還設置有一第一滑軌，該光學組件是設置於該第一滑軌上。
又根據上述目的，為了方便觀察自該待測面反射的該第一分光束與該量測光束的該圖像，該光學組件具有反射一特定波長的一反射面，使經由該光學組件反射至該待測面的該量測光束有別於該第一分光束。
又根據上述目的，該反射面是通過電鍍方式形成。
又根據上述目的，該光學組件是為具有45°傾斜角的一反射鏡。
又根據上述目的，該光學組件是為一五角稜鏡(penta-prisms)。
又根據上述目的，該光源是為一準直光源。
又根據上述目的，該準直光源包括一點光源及一準直透鏡，該準直透鏡是用以使該光束成為一準直光束；以及自該點光源至該準直透鏡的一第一距離與該準直透鏡的一焦距相等，且該焦距也相等於自該準直透鏡經該第一分光鏡至一圖像成像處的一第二距離；當置換該準直透鏡時，通過調整該準直透鏡、該第一分光鏡與該點光源的相對位置，以確定該第一距離、該第二距離與該焦距三者相等。
又根據上述目的，該基座上還設置有一第二滑軌，該第二滑軌用以調整該第一距離與該第二距離，供該準直透鏡、該第一分光鏡是設置於其上。
又根據上述目的，該接收器是設置於該圖像成像處。
又根據上述目的，一第一刻度盤是設置於該圖像成像處，該第一刻度盤是用以對該圖像提供坐標以方便觀測，該接收器是接收經該第一刻度盤的該圖像。
又根據上述目的，還包括一放大目鏡，是設置於該第一刻度盤與該接收器間，用以放大該圖像。
又根據上述目的，該點光源包括一非同步性光源以及一第二刻度盤，該第二刻度盤是用以提高該圖像判讀的精度，並且該第一距離是為自該第二刻度盤至該準直透鏡。
又根據上述目的，該非同步性光源是為一燈泡。
又根據上述目的，該第二刻度盤具有一針孔。
又根據上述目的，該接收器是為一顯示屏幕。
又根據上述目的，該接收器是為一電荷耦合組件(CCD，Charge CoupledDevice)。
本發明的另一目的是要提供一種量測一待測面狀態的方法，該方法包括下列步驟提供一光源形成一光束；自該光束形成一第一分光束至該待測面，並自該光束分出平行於該第一分光束的一量測光束至該待測面；以及觀察該第一分光束與該量測光束自該待測面反射的一圖像以確定該待測面的狀態。
又根據上述目的，該第一光束是為一準直光束。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並結合附圖做詳細說明。
圖1是顯示一公知的自準直儀的平面示意圖；圖2A是顯示本發明的可調式自準直儀的立體示意圖；圖2B是顯示根據圖2A的俯視示意圖；以及圖3是顯示本發明的可調式自準直儀的運作示意圖。
附圖符號說明1～自準直儀2～待測表面11、120～光源12～針孔13～分光鏡
14、170～準直透鏡180～放大目鏡16～CCD接收器100～可調式自準直儀110～基座111～第一滑軌112～第二滑軌113～第三滑軌114～滑槽130～第一分光鏡140～第二分光鏡150～光學組件151～反射面160～接收器175～第一刻度盤185～第二刻度盤186～針孔A、B～區域L1、L0、L0』、L0」、L1、L1』、L2、L2』、Lm、Lm』、Lm」～光束L2～反射光束L3～準直光束L4～聚焦光束L1」、L2」～聚焦光束S～待測面具體實施方式
現在結合
本發明的較佳實施例。
參閱圖2A及圖2B，本發明的可調式自準直儀100主要包括有一基座110、一光源120、一第一分光鏡130、一第二分光鏡140、一光學組件150、一接收器160、一準直透鏡170、一第一刻度盤175、一放大目鏡180以及一第二刻度盤185。
如圖2A及圖2B所示，基座110還具有第一滑軌111、第二滑軌112、第三滑軌113以及滑槽114。在本實施例中，第三滑軌113以及滑槽114是為了操作方便而增設，若省略第三滑軌113以及滑槽114亦不影響本發明創作的目的。在本實施例中，光源120以及第二刻度盤185是以可滑動的方式設置於第三滑軌113之上，同時，光源120、第二刻度盤185以及第三滑軌113也是滑動於滑槽114之上。在本實施例之中，光源120可以是一非同步性光源，例如一燈泡。
第一分光鏡130以及第二分光鏡140皆是以可滑動的方式設置於第二滑軌112之上。在本實施例中，第一分光鏡130、第二刻度盤185以及光源120是位於同一水平位置上；第一分光鏡130以及第二分光鏡140是相同的，皆為半反射及半穿透式分光鏡。
光學組件150是以可移動的方式設置於第一滑軌111之上，並且光學組件150是水平地間隔於第二分光鏡140。此外，光學組件150可以是一具有45°傾斜角的反射鏡或一五角稜鏡(penta-prisms)。在本實施例中，光學組件150乃是採用一具有45°傾斜角的反射鏡，並且該反射鏡具有可反射一特定波長的一反射面151，更詳細地說，反射面151具有一顏色，並且是以電鍍的方式形成。
準直透鏡170是以可滑動的方式設置於第二滑軌112之上，並且準直透鏡170是位於第一分光鏡130與第二分光鏡140之間。準直透鏡170主要是用來使通過的光束成為準直光束。
第一刻度盤175也是以可滑動的方式設置於第二滑軌112之上，並且第一刻度盤175是間隔於第一分光鏡130。第一刻度盤175是用以對圖像提供坐標以方便觀測。
放大目鏡180也是以可滑動的方式設置於第二滑軌112之上，並且是間隔於第一刻度盤175。放大目鏡180具有放大圖像的效果。
連接於放大目鏡180，接收器160可用來接收經放大目鏡180放大後的圖像。此外，接收器160可以是一電荷耦合組件(CCD，Charge Coupled Device)或一顯示屏幕。
第二刻度盤185則是以可滑動的方式設置於第三滑軌113之上，並且是位於第一分光鏡130與光源120之間。第二刻度盤185可用來提高光學圖像判讀的精度，第二刻度盤185是具有一針孔186或一狹縫；在本實施例中，第二刻度盤185僅具有一針孔186，而針孔186可使光源120所發出的光線轉換成點光源的形式射向第一分光鏡130。
如上所述，當欲使用可調式自準直儀100來量測一待測面的狀態(例如一待測面上各點的平行度或不同待測面間的平行度)時，可先移動調整第一分光鏡130、第二分光鏡140、光學組件150、準直透鏡170、第一刻度盤175以及第二刻度盤185，使自針孔186(第二刻度盤185)經第一分光鏡130至準直透鏡170的一第一距離與準直透鏡170的焦距相等，並且使自準直透鏡170經第一分光鏡130至一圖像成像處的一第二距離也與準直透鏡170的焦距相等，在此值得注意的是，上述的圖像成像處即是準直透鏡170的焦點位置，第一刻度盤175是設置於該圖像成像處。此外，當需要置換準直透鏡170時，也可通過調整準直透鏡170、第一分光鏡130與該第二刻度盤185間的相對位置，來確保第一距離、第二距離以及準直透鏡170的焦距三者相等。
接下來將說明以可調式自準直儀100來量測一待測面S狀態的方法。
參閱圖3，首先，光源120所發出的光線在通過第二刻度盤185的針孔186後會以點光源的形式射向第一分光鏡130，以下為便於說明起見，將以光束簡化的方式來說明可調式自準直儀100的運作。由針孔186所射出的一光束L0會部份地穿透第一分光鏡130以及部份地被第一分光鏡130反射成一光束L0』。接著，光束L0』在通過準直透鏡170後會成為一準直光束L0」，該準直光束L0」會再繼續射向第二分光鏡140，在此，準直光束L0」會部份地穿透第二分光鏡140而成為一第一分光束L1，同時，準直光束L0」也會被第二分光鏡140反射而成為一第二分光束L2。然後，如圖3所示，第一分光束L1會射至待測面S的區域A上，而第二分光束L2則會繼續朝光學組件150方向前進。接著，第二分光束L2會被光學組件150反射而成為一量測光束Lm，並且量測光束Lm會射至待測面S的區域B上。特別的是，該光學組件150具有反射一特定波長(例如紅光波長)的一反射面151，故量測光束Lm是為一特定波長的光束(例如紅光)，而可與第一分光束L1有所區別，以方便觀察自待測面S反射的第一分光束L1與量測光束Lm。
當第一分光束L1射至待測面S的區域A上後，其會被區域A反射成一光束L1』，該光束L1』會先後穿透第二分光鏡140以及準直透鏡170後而成為一聚焦光束L1」，然後，該聚焦光束L1」會再穿透第一分光鏡130而形成一第一聚焦圖像於第一刻度盤175之上。在另一方面，當量測光束Lm射至待測面S的區域B上後，其會被區域B反射成一光束Lm』，該光束Lm』會再被反射面151反射成一光束Lm」。接著，光束Lm」又再被第二分光鏡140反射而成為一光束L2』，該光束L2』在穿透準直透鏡170後會成為另一聚焦光束L2」，然後，該聚焦光束L2」會再穿透第一分光鏡130而形成一第二聚焦圖像於第一刻度盤175之上。
如上所述，通過對比第一聚焦圖像與第二聚焦圖像的位置，即可判斷待測面S的平行度。更詳細地說，倘若第一聚焦圖像與第二聚焦圖像是重達在一起，此即表示待測面S的區域A與區域B之間不存在有平行度的差異。反之，若第一聚焦圖像與第二聚焦圖像是分離的，則表示待測面S的區域A與區域B之間存在有平行度的差異，並且通過第一刻度盤175上的坐標數值即可判斷區域A與區域B之間的平行度差異值。
此外，為方便觀測第一聚焦圖像與第二聚焦圖像，放大目鏡180可先將第一聚焦圖像與第二聚焦圖像放大，而由接收器160所接收，然後由接收器160上即可更清楚地判斷區域A與區域B之間的平行度差異。
此外，本發明的可調式自準直儀100並不局限於僅能量測一待測面的平行度，也就是說，可調式自準直儀100也可以用來量測不同平面間的平行度，其運作方式也如圖3所示，並僅需將區域A與區域B視為不同的平面即可。
此外，本發明的可調式自準直儀100也可以不採用第一刻度盤175以及放大目鏡180，而只要將接收器160設置於上述圖像成像處來直接接收第一聚焦圖像以及第二聚焦圖像。
此外，更特別的是，本發明的可調式自準直儀100也可以不採用準直透鏡170。換句話說，在一情況下，當從針孔186或第二刻度盤185所發出的光束即是一準直光束時，其同樣可以量測一待測面的平行度或者不同平面間的平行度。
綜上所述，本發明的可調式自準直儀100所具有的最大優點即在於其可用來量測各種範圍的待測面(尤其是大範圍的待測面)，而不需採用大尺寸的準直透鏡，故其製造成本可以大為降低，以及其攜帶使用可以更為方便。
雖然本發明已以較佳實施例公開於上，然而其並非用以限定本發明，任何本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當然可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當以申請專利的權利要求書的範圍所界定的為準。
權利要求
1.一種可調式自準直儀，該可調式自準直儀用以量測一待測面狀態，該可調式自準直儀包括一基座；一設置於該基座上的光源；一設置於該基座上的第一分光鏡；一設置於該基座上的第二分光鏡；一可移動地設置於該基座上的光學組件，其中，該光源輸出一光束經由該第一分光鏡至該第二分光鏡，並穿透該第二分光鏡以形成一第一分光束至該待測面，且該光束經由該第二分光鏡形成一第二分光束至該光學組件，並通過該光學組件形成平行於該第一分光束的一量測光束至該待測面；以及一接收器，該接收器用以接收自該待測面反射的該第一分光束與該量測光束的一圖像。
2.如權利要求1所述的可調式自準直儀，其特徵在於該基座上還設置有一第一滑軌，該光學組件是設置於該第一滑軌上。
3.如權利要求1所述的可調式自準直儀，其特徵在於該光學組件具有反射一特定波長的一反射面，使經由該光學組件反射至該待測面的該量測光束有別於該第一分光束。
4.如權利要求3所述的可調式自準直儀，其特徵在於該反射面通過電鍍方式形成。
5.如權利要求1所述的可調式自準直儀，其特徵在於該光學組件是為具有45°傾斜角的一反射鏡。
6.如權利要求1所述的可調式自準直儀，其特徵在於該光學組件是為一五角稜鏡。
7.如權利要求1所述的可調式自準直儀，其特徵在於該光源是為一準直光源。
8.如權利要求7所述的可調式自準直儀，其特徵在於該準直光源包括一點光源及一準直透鏡，該準直透鏡是用以使該光束成為一準直光束；以及自該點光源至該準直透鏡的一第一距離與該準直透鏡的一焦距相等，且該焦距也相等於自該準直透鏡經該第一分光鏡至一圖像成像處的一第二距離；當置換該準直透鏡時，通過調整該準直透鏡、該第一分光鏡與該點光源的相對位置，以確定該第一距離、該第二距離與該焦距三者相等。
9.如權利要求8所述的可調式自準直儀，其特徵在於該基座上還設置有一第二滑軌，該準直透鏡、該第一分光鏡是設置於該第二滑軌上，以方便調整該第一距離與該第二距離。
10.如權利要求8所述的可調式自準直儀，其特徵在於該接收器是設置於該圖像成像處。
11.如權利要求8所述的可調式自準直儀，其特徵在於一第一刻度盤是設置於該圖像成像處，該第一刻度盤是用以對該圖像提供坐標，以方便自該接收器觀測該圖像。
12.如權利要求11所述的可調式自準直儀，其特徵在於還包括一放大目鏡，該放大目鏡設置於該第一刻度盤與該接收器間，用以放大該圖像。
13.如權利要求8所述的可調式自準直儀，其特徵在於該點光源包括一非同步性光源以及一第二刻度盤，該第二刻度盤是用以提高該圖像判讀的精度，並且該第一距離是為自該第二刻度盤至該準直透鏡。
14.如權利要求13所述的可調式自準直儀，其特徵在於該非同步性光源是為一燈泡。
15.如權利要求13所述的可調式自準直儀，其特徵在於該第二刻度盤具有一針孔。
16.如權利要求1所述的可調式自準直儀，其特徵在於該接收器是為一顯示屏幕。
17.如權利要求1所述的可調式自準直儀，其特徵在於該接收器是為一電荷耦合組件。
18.一種量測一待測面狀態的方法，包括下列步驟提供一光源形成一光束；自該光束形成一第一分光束至該待測面，並自該光束分出平行於該第一分光束的一量測光束至該待測面；以及觀察該第一分光束與該量測光束自該待測面反射的一圖像以確定該待測面的狀態。
19.如權利要求18所述的量測一待測面狀態的方法，其特徵在於該第一光束是為一準直光束。
全文摘要
一種可調式自準直儀，該可調式自準直儀用以量測一待測面狀態，包括一基座、一光源、一第一分光鏡、一第二分光鏡、一光學組件以及一接收器。該光源、該第一分光鏡以及該第二分光鏡是設置於該基座上。該光學組件是可移動地設置於該基座上，該光源輸出一光束經由該第一分光鏡至該第二分光鏡，並穿透該第二分光鏡以形成一第一分光束至該待測面，且該光束經由該第二分光鏡形成一第二分光束至該光學組件，並通過該光學組件形成平行於該第一分光束的一量測光束至該待測面。該接收器是用以接收自該待測面反射的該第一分光束與該量測光束的一圖像。
文檔編號G01B11/26GK1670473SQ200410039680
公開日2005年9月21日 申請日期2004年3月16日 優先權日2004年3月16日
發明者柳至崇, 林東龍 申請人:明基電通股份有限公司