立体打印系统以及立体打印方法
【专利摘要】本发明公开一种立体打印系统以及立体打印方法。立体打印系统包括光源单元、至少一影像撷取模块、处理单元以及打印装置。影像撷取模块包括影像撷取单元以及调焦镜组。处理单元控制调焦镜组改变拍摄焦距，并控制影像撷取单元在不同的拍摄焦距下撷取待测物体的多个影像。其中，每一个影像中包括已对焦与未对焦的局部影像，处理单元根据影像中已对焦的局部影像以及对应已对焦的局部影像的拍摄焦距计算出待测物体的立体轮廓数据。打印装置根据立体轮廓数据打印出对应待测物体的多个截面轮廓。一种立体打印方法也被提供。
【专利说明】立体打印系统以及立体打印方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种打印系统以及打印方法，且特别是涉及一种立体打印系统以及立体打印方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的日新月异，人们不再满足于仅止于平面的复印技术。近年来，立体打印技术，即3D打印技术(3dimens1nal printing technology)使得立体的物件也能够被打印复制，从而能够快速且廉价地大量制造产品。
[0003]立体打印技术可用于模具制造、工业设计等领域以制造模型，近年来也逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用(比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件)已经有使用这种技术打印而成的零部件。一般而言，立体打印技术的设计过程是:先通过电脑辅助设计(CAD)或电脑动画建模软体建模，再将建成的3D模型「分割」成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印。
[0004]然而，对于已存在的实际物体，则需要额外使用人工方式以上述电脑辅助设计或电脑动画建模软体(软件)对该实际物体进行描绘建模后，方可进行立体打印。如此一来，不但复制品的精确度难以提升，且需要花费额外的时间与人工，从而提高了复制品的成本。因此，如何精确且有效率地取得欲复制的物体的轮廓资讯已成为目前立体打印技术亟待解决的问题之一。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种立体打印系统以及立体打印方法，可准确且有效率地取得待测物体的立体轮廓数据。
[0006]为达上述目的，本发明的实施例提供一种立体打印系统，包括光源单元、至少一影像撷取模块、处理单元以及打印装置。光源单元照明待测物体。影像撷取模块包括影像撷取单元以及调焦镜组。影像撷取单元配置于待测物体的一侧，调焦镜组配置于影像撷取单元与待测物体之间。处理单元控制调焦镜组改变拍摄焦距，并控制影像撷取单元在不同的拍摄焦距下撷取待测物体的多个影像，其中每一个影像中包括已对焦与未对焦的局部影像，处理单元根据影像中已对焦的局部影像以及对应已对焦的局部影像的拍摄焦距计算出待测物体的立体轮廓数据。打印装置根据立体轮廓数据打印出对应待测物体的多个截面轮廓。
[0007]在本发明的实施例中，光源单元向待测物体提供照明光，待测物体相对照明光为不透明，且已对焦的局部影像为待测物体与不同的拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像,立体轮廓数据包括待测物体的表面轮廓。
[0008]在本发明的实施例中，影像撷取模块是以至少一拍摄光轴拍摄待测物体，拍摄焦距的最小值为调焦镜组沿着拍摄光轴至待测物体的最短距离，拍摄焦距的最大值为，在待测物体与焦平面重叠的截面积最大时，调焦镜组沿着拍摄光轴至焦平面的距离。
[0009]在本发明的实施例中，光源单元向待测物体提供照明光，待测物体相对照明光为透明，且已对焦的局部影像为待测物体与不同的拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像，立体轮廓数据包括待测物体的表面轮廓与内部形状。
[0010]在本发明的实施例中，影像撷取模块是以至少一拍摄光轴拍摄待测物体，拍摄焦距的最小值为调焦镜组沿着拍摄光轴至待测物体的最短距离，拍摄焦距的最大值为调焦镜组沿着拍摄光轴至待测物体的最长距离。
[0011]在本发明的实施例中，至少一影像撷取模块为多个影像撷取模块，分别配置于待测物体的周围，其中多个影像撷取模块分别以不同的拍摄光轴撷取待测物体的至少一部分的影像。
[0012]在本发明的实施例中，处理单元将影像撷取单元在不同的拍摄焦距下所撷取到的待测物体的多个影像中已对焦的局部影像分别映射至打印装置的驱动单元，驱动单元根据所映射的多个影像中已对焦的局部影像进行打印。
[0013]在本发明的实施例中，驱动单元根据所映射的多个影像中已对焦的局部影像进行影像缩放及打印。
[0014]本发明的实施例提供一种立体打印方法，包括照明待测物体；在不同的拍摄焦距下撷取待测物体的多个影像，其中每一多个影像中包括已对焦与未对焦的局部影像；根据影像中已对焦的局部影像以及对应已对焦的局部影像的拍摄焦距计算出待测物体的立体轮廓数据；以及根据立体轮廓数据，打印出对应待测物体的多个截面轮廓。
[0015]在本发明的实施例中，待测物体相对照明待测物体的照明光为不透明，且已对焦的局部影像为待测物体与不同的拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像，立体轮廓数据包括待测物体的表面轮廓。
[0016]在本发明的实施例中，其中在不同的拍摄焦距下撷取待测物体的多个影像的方法中还包括:通过至少一影像撷取模块以至少一拍摄光轴拍摄待测物体，拍摄焦距的最小值为影像撷取模块的调焦镜组沿着拍摄光轴至待测物体的最短距离，拍摄焦距的最大值为，在待测物体与焦平面重叠的截面积最大时，调焦镜组沿着拍摄光轴至焦平面的距离。
[0017]在本发明的实施例中，待测物体相对照明待测物体的照明光为透明，且已对焦的局部影像为待测物体与不同的拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像，立体轮廓数据包括待测物体的表面轮廓与内部形状。
[0018]在本发明的实施例中，在不同的拍摄焦距下撷取待测物体的多个影像的方法中还包括:通过至少一影像撷取模块以至少一拍摄光轴拍摄待测物体，拍摄焦距的最小值为影像撷取模块的调焦镜组沿着拍摄光轴至待测物体的最短距离，拍摄焦距的最大值为调焦镜组沿着拍摄光轴至待测物体的最长距离。
[0019]在本发明的实施例中，还包括将在不同的拍摄焦距下所撷取到的待测物体的多个影像中已对焦的局部影像分别映射至打印装置的驱动单元，驱动单元根据所映射的多个影像中已对焦的局部影像进行打印。
[0020]在本发明的实施例中，驱动单元根据所映射的多个影像中已对焦的局部影像进行影像缩放及打印。
[0021]基于上述，通过本发明实施例中的立体打印系统以及立体打印方法，待测物体的轮廓、形状等立体轮廓数据可被精准且有效率地取得，并且，成品可被快速、精准地复制，从而生产品质得以提高，生产成本得以降低。
[0022]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1A绘示出本发明第I实施例中的立体打印系统的示意图；
[0024]图1B绘示出图1A实施例中的立体打印系统的俯视图；
[0025]图2A绘示出图1A实施例中的调焦镜组的一种实施形态的示意图；
[0026]图2B绘示出图2A中的电极层ET的俯视示意图；
[0027]图3A至图3D分别绘示出影像撷取模块120在焦距fl、f2、f3及f4下所撷取到的影像的示意图；
[0028]图3E绘示出将图3D中的影像R4映射至驱动单元的示意图；
[0029]图3F绘示出将图3D中的影像R4进行影像缩放并映射至驱动单元的示意图；
[0030]图4绘示出图1实施例的立体打印系统的另一种实施态样；
[0031]图5A绘示出本发明第2实施例中的立体打印系统的示意图；
[0032]图5B绘示出图5A实施例中的立体打印系统的俯视图；
[0033]图6A至图6D分别绘示出影像撷取模块220在焦距fl、f2、f3及f4下所撷取到的影像的示意图；
[0034]图7绘示出本发明的第三实施例的立体打印方法。
[0035]符号说明
[0036]100、100’、200:立体打印系统
[0037]110、110’:光源单元
[0038]120、120A、120B、220:影像撷取模块
[0039]122、122A、122B、222:影像撷取单元
[0040]124、124A、124B、224:调焦镜组
[0041]130:处理单元
[0042]140:打印装置
[0043]142:驱动单元
[0044]AM:配向层
[0045]AX、AX1、AX2:拍摄光轴
[0046]B:光束
[0047]ET:电极层
[0048]ET1、ET2:电极层区域
[0049]f、fO、H、f2、f3、f4、f5、f6、f7、fa、fb:焦距
[0050]L、L’:照明光
[0051]LC:液晶层
[0052]OB:待测物体
[0053]P、P0、P0，、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7:焦平面
[0054]R1、R2、R3、R4、R1，、R2，、R3，、R4，、DR4、DR4’:影像
[0055]SB:透光基板
[0056]S2、S3、S4、SlU S12、S21、S22、S23、S24、S31、S32、S33、S34、S41、S42、S43、S44:
局部影像
[0057]S100、S200、S300、S400:步骤
[0058]VC:电压源
[0059]XI, YU X2, Yl、X3, Y1、XI，Y2、XI，Y3、XI’，Y1’、X2’，Y1’、X3’，Y1’、XI’，Y2’、ΧΓ，Y3’:像素
【具体实施方式】
[0060]图1A绘示出本发明第I实施例中的立体打印系统的示意图，请参照图1Α，在本实施例中，立体打印系统100包括光源单元110、至少一影像撷取模块120、处理单元130以及打印装置140。
[0061]其中，光源单元110照明待测物体0Β。影像撷取模块120包括影像撷取单元122以及调焦镜组124。影像撷取单元122配置于待测物体OB的一侧，调焦镜组124配置于影像撷取单元122与待测物体OB之间。处理单元130控制调焦镜组124改变拍摄焦距f (如图1A中的焦距fl、f2、f3及f4，并控制影像撷取单元122在不同的拍摄焦距f下撷取待测物体OB的多个影像。其中，图1A中待测物体OB的形状、各构件之间的大小、距离以及相对位置等仅作为例示说明本实施例，本发明不以此为限。
[0062]其中，每一个影像中包括已对焦与未对焦的局部影像，处理单元130再根据影像中已对焦的局部影像以及对应已对焦的局部影像的拍摄焦距f计算出待测物体OB的立体轮廓数据。打印装置140根据所述立体轮廓数据打印出对应所述待测物体OB的多个截面轮廓。关于已对焦与未对焦的局部影像以及截面轮廓将于后续详述之。
[0063]请继续参考图1A，在本实施例中，光源单元110向待测物体OB提供照明光L，其中，待测物体OB相对照明光为不透明。举例而言，照明光L可以是可见光，而待测物体OB可以是一般不透明的材料，然而本发明不以此为限。
[0064]此外,在本实施例中，影像撷取单元122例如是电荷稱合元件型(charge coupleddevice,CCD)或是互补式金氧半导体(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)的光侦测器或影像侦测器，其可用于感测灰阶或彩色的影像，本发明不以此为限。
[0065]图1B绘示出图1A实施例中的立体打印系统的俯视图，请参考图1A至图1B，在本实施例中，由于调焦镜组124的拍摄焦距f可调整，因此调焦镜组124可以调整拍摄的焦平面P (如图1A中的焦平面P1、P2、P3及P4)，在这些焦平面P上的影像能够被对焦，从而能够清楚地被影像撷取模块120撷取到，而不在这些焦平面P上的影像，虽然仍会被撷取到，但是会由于未对焦的缘故而形成模糊的影像。如此，处理单元130可以根据精度需求，进而选择通过合适的影像边缘演算法来判定这些影像中已对焦以及未对焦的局部影像。
[0066]请继续参照图1A及图1B，在本实施例中，影像撷取模块120是以拍摄光轴AX拍摄待测物体0B，拍摄焦距f的最小值可为调焦镜组124沿着拍摄光轴AX至待测物体OB的最短距离，拍摄焦距f的最大值可为，在待测物体OB与焦平面P重叠的截面积最大(例如图1A中的焦平面P4处)时，调焦镜组124沿着拍摄光轴AX至焦平面P的距离。
[0067]由于在本实施例中，待测物体OB相对于照明光L不透明，因此在待测物体OB与焦平面P重叠的截面积最大之处，即使再增大拍摄焦距f (例如增加焦距至焦平面PO之处)也没有办法拍摄到清楚的局部影像，另一方面，当拍摄焦距比调焦镜组124沿着拍摄光轴AX至待测物体OB的最短距离还要短时(例如减少焦距至焦平面PO’处)，由于焦平面PO’尚未与待测物体OB重叠，因此同样地也无法拍摄到清楚的局部影像。
[0068]图2A绘示出图1A实施例中的调焦镜组的一种实施形态的示意图，图2B绘示出图2A中的电极层ET的俯视示意图，请参照图2A以及图2B，举例而言，在本实施例中，调焦镜组 124 可包括液晶可调焦透镜(liquid crystal tunable-focal-length lenses),即，如图2A及图2B所示，液晶层LC被夹置在二层分别包括透光基板SB (例如是玻璃基板等透光材质)、电极层ET(例如是涂布着铟锡氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)等透明导电材料所形成的透光电极层)、以及配向层AM的基板之间。如图2Α所示，光束B通过此调焦镜组124从而被汇聚。
[0069]一般而言，在液晶层LC未受到外加电场影响时，靠近配向层的液晶分子会顺着配向层AM的配向方向而排列，而使得通过调焦镜组124的光线B偏折而汇聚在例如是焦距fa的位置。
[0070]另一方面，在电压源VC对如图2A中的上下二电极层ET施加电压时，液晶层LC受到外加电场(在图2A中，例如是受到方向由上而下的电压)，液晶层LC中的液晶分子会顺着外加电场的方向而改变方向(orientat1n),从而这些受到外加电场影响的液晶分子相对于入射至调焦镜组124的光束B的折射能力变弱，而使得整体调焦镜组124的焦距变长(例如由焦距fa至焦距fb)。
[0071]进一步而言，为了使光束B在通过调焦镜组124后能够依照设计而汇聚为特定的光型，电极层ET可具有如下设计，请参照图2B，在本实施例中，电极层ET上并非完全涂布着透明导电材料，而仅仅是局部涂布着。
[0072]举例而言，如图2B所绘示，在本实施例中，电极层ET中圆形的电极层区域ETl的部分未涂布着透明导电材料，而仅在电极层ET中的电极层区域ET2涂布着透明导电材料。如此，由于电极层区域ET2并不被施加电压，因此在电压源VC对电极层ET施加电压时，由于整体的外加电场的强度由外围(对应电极层区域ETl)往内(对应电极层区域ET2)衰减，从而使调焦镜组124形成渐进式的折射率分布(外围对应电极层区域ETl对光束B的折射率较小，往内对应电极层区域ET2对光束B的折射率较大)，从而可以达到需求的聚焦效果。
[0073]值得注意的是，上述的电极层区域ET1、ET2等构件的配置形状、大小、相对位置等结构仅作为例示说明本实施例，在其他实施例中可以依照需求而有不同的设计，本发明并不以此为限。
[0074]如此，通过改变外加电场的大小、方向等参数，可以使得调焦镜组124的焦距能够被精密地调整，且无需额外动件，从而能够使变焦精准快速，而没有动件磨损的情况发生。
[0075]此外，在其他实施例中，调焦镜组124也可以实施为包括其他结构，例如包括音圈马达(voice coil motor, VCM)。或是，在其他实施例中，调焦镜组124也可以包括定焦透镜(未图示)，通过手动或自动方式来移动此定焦透镜以改变对焦焦距，从而也能够达到与调焦镜组124相同或相似的功效，本发明不以此为限。
[0076]图3A至图3D分别绘示出影像撷取模块120在焦距fl、f2、f3及f4下所撷取到的影像的示意图，请继续参照图1A至图3D，详细而言，在本实施例中，已对焦的局部影像为待测物体OB与不同的拍摄焦距f下的焦平面P重叠的部分的影像，立体轮廓数据包括待测物体OB的表面轮廓。
[0077]详细而言，请先参照图1B及图3A，图3A绘示出影像撷取模块120在焦平面Pl所拍摄到的影像Rl经过处理单元130处理后的示意图，由图1B及图3A可以看出，待测物体OB与焦平面Pl重叠的部分，即图1B及图3A中的局部影像S11、S12可被清楚地辨识出来，而待测物体OB未与焦平面Pl重叠的部分，由于未对焦而成为模糊的局部影像，因此在影像Rl经过处理单元130处理后可被滤除。
[0078]接着请参照图3B，图3B绘示出影像撷取模块120在焦平面P2所拍摄到的影像R2经过处理单元130处理后的示意图，由图1B及图3B可以看出，待测物体OB与焦平面P2重叠的部分，即图1B及图3B中的局部影像S21、S22、S23、S24可被清楚地辨识出来，待测物体OB未与焦平面P2重叠的影像模糊部分则在被处理单元130处理后被滤除，在此不再赘述。
[0079]接着请参照图3C，图3C绘示出影像撷取模块120在焦平面P3所拍摄到的影像R3经过处理单元130处理后的示意图，由图1B及图3C可以看出，待测物体OB与焦平面P3重叠的部分，即图1B及图3C中的局部影像S31、S32、S33、S34可被清楚地辨识出来，待测物体OB未与焦平面P3重叠的影像模糊部分则在被处理单元130处理后被滤除，在此不再赘述。
[0080]接着请参照图3D，图3D绘示出影像撷取模块120在焦平面P3所拍摄到的影像R4经过处理单元130处理后的示意图，由图1B及图3D可以看出，待测物体OB与焦平面P4重叠的部分，即图1B及图3D中的局部影像S41、S42、S43、S44可被清楚地辨识出来，待测物体OB未与焦平面P4重叠的部分则在被处理单元130处理后被滤除，在此不再赘述。
[0081]在本实施例中，通过上述的方式所撷取到并处理过后的影像Rl?R4，相当于是待测物体OB的外壳在各焦平面P上的纵切片。图1A至图3D中的焦平面P仅仅作为例示而为4个，实际上可依照精度要求而增加或减少焦平面P的数量。例如，当焦平面P的数量很多的时候，待测物体OB的表面轮廓即可以被处理单元130相当精准地推算并记录而成为立体轮廓数据。
[0082]当这些影像(如影像Rl?R4)被处理单元130计算并纪录下来而成为立体轮廓数据之后，处理单元130可以将此立体轮廓数据传送至打印装置140，打印装置可以根据各影像(如影像Rl?R4)来进行堆叠累积打印，相当于一层一层地将对应于待测物体OB的表面轮廓的截面轮廓打印出来，在完整地将所有的截面轮廓打印出来后，即可通过堆叠累积的方式得到待测物体OB的表面轮廓(即其外壳)的复制品。这样的外壳复制品可以完全地反应原来待测物体OB的表面轮廓，而不必预先利用电脑辅助设计或电脑动画建模软体来进行描绘，从而能够节省制造时间以及节省制造成本，同时也可维持良好的复制精度。
[0083]当然，本实施例中的立体打印系统100也可依照需求对待测物体OB的立体轮廓数据进行映射(mapping)处理单元130可将影像撷取单元122在不同的拍摄焦距f下所撷取到的待测物体OB的多个影像中已对焦的局部影像分别映射至打印装置140的驱动单元142，驱动单元142根据所映射的多个影像中已对焦的局部影像进行打印。其中，驱动单元142例如为包括处理器(未图示)以及记忆体(未图示)等硬件以及包括映射软体、影像处理软体、以及打印软体等。
[0084]举例而言，图3E绘示出将图3D中的影像R4映射至驱动单元的示意图，图3F绘示出将图3D中的影像R4进行影像缩放并映射至驱动单元的示意图，请先参照图1、图3D及图3E，在影像撷取单元122的影像分辨率与打印单元140的影像分辨率一致的情况下，影像R4中已对焦的局部影像(图3E中黑粗线)可以被处理单元130以1:1的比例映射至驱动单元142而成为影像DR4，例如将影像R4的像素XI，YUX2, YUX3, YUX1, Υ2、Χ1，Υ3……等像素逐一映射至影像DR4上的像素XI，YU Χ2, YU Χ3, Υ1、XI，Υ2、XI，Υ3……，驱动单元142可根据此影像DR4打印出1:1的待测物体OB的立体复制物品。
[0085]然而，在更多的情况下，影像撷取单元122的影像分辨率与打印单元140的影像分辨率并不一致，例如，请参考图3F，在影像撷取单元122的影像分辨率小于打印单元140的影像分辨率时，驱动单元142可进一步对从处理单元130映射的影像R4进行影像缩放
(image scaling)，例如图 3E 中将影像 R4 的像素 XI，Y1、X2，Y1、X3，Y1、X1，Y2、X1，Y3......等像素经过影像缩放后逐一映射至影像DR4’上的像素ΧΓ，Yl’、Χ2’，Yl’、Χ3’，ΥΓ、ΧΓ，Υ2’、Χ1’，Υ3’……，，并可通过各种影像演算法进行平滑化、边缘锐利化等影像处理，如此，驱动单元142可根据此影像DR4’打印出与待测物体OB不同比例的立体复制物品。
[0086]此外，在本实施例中，通过将调焦镜组124的拍摄焦距f的范围设定如上，从而可以有效地对待测物体OB的表面进行逐步地扫描，从而能够撷取到待测物体OB表面轮廓。同时，若是待测物体OB与焦平面P重叠的截面积最大之处是位于待测物体OB的中央区域部分的话，则可如图1A的架构，先测量一半的待测物体OB的轮廓，而后再将待测物体OB相对影像撷取模块120旋转180度翻至背面再重新扫描待测物体OB的另一半边，由此可以得到完整的待测物体OB的整体表面轮廓。
[0087]或是，图4绘示出图1实施例的立体打印系统的另一种实施态样，请参照图1A及图4，图4中的立体打印系统100’与图1A中的立体打印系统100相似，其相同的构件则沿用相同的标号。其中，相较于图1的立体打印系统100，图4中的立体打印系统100’具有二个影像撷取模块120A、120B (各自包括影像撷取单元122A、122B以及调焦镜组124A、124B)，分别配置在待测物体OB的周围，并以各自的拍摄光轴AX1、AX2对待测物体OB进行拍摄。如此一来，即使待测物体OB相对照明光L不透明，则影像撷取模块120AU20B仍然可以撷取到待测物体OB整体的表面轮廓(例如，在影像撷取模块120A拍摄焦平面Pl?P4的影像时，在影像撷取模块120B可以同时拍摄焦平面P5?P7的影像)，而不必相对影像撷取模块120旋转待测物体0B，从而可进一步地节省撷取表面轮廓的时间。当然，在其他实施形态中也可采用二个以上的影像撷取模块，从而能够进一步地提高扫描速度以及测量的精度。
[0088]图4中所绘示的二个影像撷取模块120AU20B所配置的位置与数量仅作为例示说明本实施例，本发明不以此为限。在其他实施例中，也可依照需求配置不同数量的影像撷取模块，或使影像撷取模块由不同方向(例如由水平方向、垂直方向或是以相对待测物体OB倾斜的方向等等)对待测物体OB进行拍摄。
[0089]图5A绘示出本发明第2实施例中的立体打印系统的示意图,请参照图1A及图5A,与图1A实施例中的立体打印系统100相似，然而不同之处在于，本实施例中的立体打印系统200所使用的光源单元110’向待测物体OB提供照明光L’，待测物体OB相对照明光L’为透明(例如，照明光L’可为X射线)，且已对焦的局部影像为待测物体OB与不同的拍摄焦距f下的焦平面P重叠的部分的影像，立体轮廓数据包括待测物体OB的表面轮廓与内部形状。换言之，在第I实施例中是仅测量待测物体OB的表面轮廓(即其外壳)，而在本实施例中，由于待测物体OB相对照明光L’为透明，待测物体OB配置于光源单元110’与待测物体OB之间，且光源单元110’相对待测物体OB与光源单元110’对向配置，因此照明光L’可穿透待测物体OB而被影像接收模块220 (包括影像撷取单元222以及调焦镜组224)接收到，从而使得待测物体OB的内部形状也能够被影像接收模块220拍摄下来。由此，所制作而成的复制品不仅是与待测物体OB具有相同的表面轮廓，连带地连其内部也与待测物体OB相仿。
[0090]在本实施例中，由于待测物体OB相对照明光L’为透明，即照明光L’可以穿过待测物体OB而照明其内部(例如焦距可为焦距fO)，因此，拍摄焦距f的最小值可为调焦镜组224沿着拍摄光轴AX至待测物体OB的最短距离，拍摄焦距f的最大值为调焦镜组224沿着拍摄光轴AX至待测物体OB的最长距离。如此一来，可在不需旋转待测物体OB或是额外增设多组影像撷取模块220的情况下，也能够良好地取得待测物体OB的表面轮廓与内部形状。
[0091]或是，在本实施例中，由于待测物体OB相对照明光L’为透明，因此也可通过调整光源单元110’相对于待测物体OB的距离，并使得调焦镜组224的焦距固定，由此也能够对带测物体OB的各截面进行聚焦扫描。换言之，在本实施例中，不仅仅只能通过调焦镜组224改变焦距来达到扫描的目的，也可以通过调整光源单元110’、影像撷取模块220以及待测物体OB之间的距离，从而也能够得到如前述图1A实施例的功效。
[0092]特别是，不仅在本实施例中可通过调整光源单元110’、影像撷取模块220以及待测物体OB之间的距离来达到扫描待测物体OB的目的，在其他实施例(例如图1A的实施例)中，同样地可以通过调整光源单元110、影像撷取模块120以及待测物体OB之间的距离，换言之，即改变拍摄焦距的参考基准点，从而也能够达到与仅利用调焦镜组124改变焦距以扫描待测物体OB相同或相似的功效。并且，拍摄焦距的参考基准点一般而言可设定在待测物体OB上，然而本发明不以此为限，在其他实施例中，拍摄焦距的参考基准点也可以设定在其他位置上，再通过处理单元130将参考基准点的资讯传送至控制打印装置140，从而能够对待测物体OB进行正确地复制打印。
[0093]图5B绘示出图5A实施例中的立体打印系统的俯视图，图6A至图6D分别绘示出影像撷取模块220在焦距fl、f2、f3及f4下所撷取到的影像的示意图，其中相同或相似的构件米用相同的标号。
[0094]请参照图5A至图6D，在本实施例中，相较于图3A至图3D所绘示的影像R1、R2、R3及R4，影像撷取模块220在焦距f 1、f2、f3及f4下所分别撷取到的影像Rl’、R2’、R3’及R4’不仅分别包括了位于待测物体OB表面的局部影像SI 1、S12、S21、S22、S23、S24、S31、S32、S33、S34、S41、S42、S43及S44，进而还分别包括了待测物体OB内部与焦平面P2重叠的部分的清晰的局部影像S2、待测物体OB内部与焦平面P3重叠的部分的清晰的局部影像S3，以及待测物体OB内部与焦平面P4重叠的部分的清晰的局部影像S4。
[0095]如此一来，这些影像Rl’、R2’、R3’及R4’相当于将待测物体OB在各焦平面P上的纵切片。而后，由打印装置140打印出来的各影像R1’、R2’、R3’及R4’可通过如第I实施例中所述的堆叠累积打印，进而得到待测物体OB表面轮廓与内部形状都相同的整体的复制品。其中，相似或相同的构件等详细的描述与作动请参考第I实施例的说明，在此不再赘述。
[0096]当然，在第2实施例的其他实施形态中，也可以采用如图4所绘示的二个或多个的影像撷取模块，如此可进一步增加扫描的速度以及测量的精度。
[0097]上述第I实施例与第2实施例中所使用的构件与焦平面等示意用的图形之间的相对位置、大小比例、数量多寡、以及扫描的顺序等，仅用于作为例示以说明实施例，本发明并不以此为限。
[0098]图7绘示出本发明的第三实施例的立体打印方法，其步骤包括有:照明待测物体OB (步骤S100);在不同的拍摄焦距f下撷取待测物体OB的多个影像，其中每一多个影像中包括已对焦与未对焦的局部影像(步骤S200);根据影像中已对焦的局部影像以及对应已对焦的局部影像的拍摄焦距f计算出待测物体OB的立体轮廓数据(步骤S300);以及根据立体轮廓数据，打印出对应待测物体OB的多个截面轮廓(步骤S400)。其中，本实施例中的立体打印方法例如可采用第I实施例或第2实施例的立体打印系统来实施，然而本发明不以此为限。
[0099]并且，待测物体OB相对照明待测物体OB的照明光可为不透明(如第I实施例)，且已对焦的局部影像为待测物体OB与不同的拍摄焦距f下的焦平面P重叠的部分的影像，立体轮廓数据可包括待测物体OB的表面轮廓。换言之，待测物体OB的外壳的轮廓可以被精准地撷取下来。
[0100]或是，待测物体OB相对照明待测物体的照明光也可以为透明(如第2实施例)，且已对焦的局部影像为待测物体OB与不同的拍摄焦距f下的焦平面P重叠的部分的影像，立体轮廓数据包括待测物体OB的表面轮廓与内部形状。换言之，不仅是待测物体OB的外壳的轮廓，连带地连待测物体OB的内部结构也可以被精准地撷取下来。
[0101]并且，在不同的拍摄焦距下撷取待测物体的多个影像的步骤中(步骤S200)还包括:通过至少一影像撷取模块(例如一个影像撷取模块120、220或是二个影像撷取模块120AU20B或更多个影像截取模块)以至少一拍摄光轴(例如一个拍摄光轴AX、二个拍摄光轴AX1、AX2或是更多拍摄光轴)拍摄待测物体0B，拍摄焦距f的最小值为影像撷取模块(120、220、120A、120B)的调焦镜组(124、224、124A、124B)沿着拍摄光轴(ΑΧ、AX1、AX2)至待测物体OB的最短距离，拍摄焦距f的最大值为，在待测物体OB与焦平面P重叠的截面积最大时，调焦镜组(124、224、124A、124B)沿着拍摄光轴(AX、AX1、AX2)至焦平面P的距离。其中，详细的拍摄过程与处理影像的详细叙述请参考第I实施例与第2实施例的叙述，在此不再赘述。
[0102]综上所述，本发明实施例中的立体打印系统通过变焦透镜在不同焦平面取得待测物体的轮廓资讯，从而能够准确地取得待测物体表面、甚至是内部的轮廓形状，进而可以再利用打印单元积层打印。如此，可以准确且有效地进行待测物体的立体打印，而能够缩短设计成本、提升立体打印的精度与品质。
[0103]虽然已结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属【技术领域】中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
【权利要求】
1.一种立体打印系统，其特征在于包括: 光源单元，照明待测物体； 至少一影像撷取模块，包括: 影像撷取单元，配置于所述待测物体的一侧；以及 调焦镜组，配置于所述影像撷取单元与所述待测物体之间； 处理单元，控制所述调焦镜组改变拍摄焦距，并控制所述影像撷取单元在不同的所述拍摄焦距下撷取所述待测物体的多个影像，其中每一所述多个影像中包括已对焦与未对焦的局部影像，所述处理单元根据所述影像中所述已对焦的局部影像以及对应所述已对焦的局部影像的所述拍摄焦距计算出所述待测物体的立体轮廓数据；以及 打印装置，根据所述立体轮廓数据打印出对应所述待测物体的多个截面轮廓。
2.如权利要求1所述的立体打印系统，其中所述光源单元向所述待测物体提供照明光，所述待测物体相对所述照明光为不透明，且所述已对焦的局部影像为所述待测物体与不同的所述拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像，所述立体轮廓数据包括所述待测物体的表面轮廓。
3.如权利要求2所述的立体打印系统，其中所述影像撷取模块是以至少一拍摄光轴拍摄所述待测物体，所述拍摄焦距的最小值为所述调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述待测物体的最短距离，所述拍摄焦距的最大值为，在所述待测物体与所述焦平面重叠的截面积最大时，所述调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述焦平面的距离。
4.如权利要求1所述的立体打印系统，其中所述光源单元向所述待测物体提供照明光，所述待测物体相对所述照明光为透明，且所述已对焦的局部影像为所述待测物体与不同的所述拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像，所述立体轮廓数据包括所述待测物体的表面轮廓与内部形状。
5.如权利要求4所述的立体打印系统，其中所述影像撷取模块是以至少一拍摄光轴拍摄所述待测物体，所述拍摄焦距的最小值为所述调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述待测物体的最短距离，所述拍摄焦距的最大值为所述调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述待测物体的最长距尚。
6.如权利要求1所述的立体打印系统，其中所述至少一影像撷取模块为多个影像撷取模块，分别配置于所述待测物体的周围，其中所述多个影像撷取模块分别以不同的拍摄光轴撷取所述待测物体的至少一部分的影像。
7.如权利要求1所述的立体打印系统，其中所述处理单元将所述影像撷取单元在不同的所述拍摄焦距下所撷取到的所述待测物体的所述多个影像中已对焦的局部影像分别映射至所述打印装置的驱动单元，所述驱动单元根据所映射的所述多个影像中已对焦的局部影像进行打印。
8.如权利要求7所述的立体打印系统，其中所述驱动单元根据所映射的所述多个影像中已对焦的局部影像进行影像缩放及打印。
9.一种立体打印方法，其特征在于包括: 照明待测物体； 在不同的所述拍摄焦距下撷取所述待测物体的多个影像，其中每一所述多个影像中包括已对焦与未对焦的局部影像； 根据所述影像中所述已对焦的局部影像以及对应所述已对焦的局部影像的所述拍摄焦距计算出所述待测物体的立体轮廓数据；以及 根据所述立体轮廓数据，打印出对应所述待测物体的多个截面轮廓。
10.如权利要求9所述的立体打印方法，其中: 所述待测物体相对照明所述待测物体的照明光为不透明，且所述已对焦的局部影像为所述待测物体与不同的所述拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像，所述立体轮廓数据包括所述待测物体的表面轮廓。
11.如权利要求10所述的立体打印方法，其中在不同的所述拍摄焦距下撷取所述待测物体的多个影像的方法中还包括: 通过至少一影像撷取模块以至少一拍摄光轴拍摄所述待测物体，所述拍摄焦距的最小值为所述影像撷取模块的调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述待测物体的最短距离，所述拍摄焦距的最大值为，在所述待测物体与所述焦平面重叠的截面积最大时，所述调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述焦平面的距离。
12.如权利要求9所述的立体打印方法，其中: 所述待测物体相对照明所述待测物体的照明光为透明，且所述已对焦的局部影像为所述待测物体与不同的所述拍摄焦距下的焦平面重叠的部分的影像，所述立体轮廓数据包括所述待测物体的表面轮廓与内部形状。
13.如权利要求12所述的立体打印方法，其中在不同的所述拍摄焦距下撷取所述待测物体的多个影像的方法中还包括: 通过至少一影像撷取模块以至少一拍摄光轴拍摄所述待测物体，所述拍摄焦距的最小值为所述影像撷取模块的调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述待测物体的最短距离，所述拍摄焦距的最大值为所述调焦镜组沿着所述拍摄光轴至所述待测物体的最长距离。
14.如权利要求9所述的立体打印方法，还包括将在不同的所述拍摄焦距下所撷取到的所述待测物体的所述多个影像中已对焦的局部影像分别映射至打印装置的驱动单元，所述驱动单元根据所映射的所述多个影像中已对焦的局部影像进行打印。
15.如权利要求14所述的立体打印方法，其中所述驱动单元根据所映射的所述多个影像中已对焦的局部影像进行影像缩放及打印。
【文档编号】B29C67/00GK104441650SQ201310571659
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】曾令远 申请人:点晶科技股份有限公司