专利名称：光学测量系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种光学测量系统，特别是关于一种光学位移测量系统。
背景技术：
近年来，随着电子与汽车零组件等产品的小型化，制造上述产品的模具尺寸精度要求越来越高，且加工技术也越来越精密，因此微小位移测量或振动测量技术的重要性日趋增加。
现有技术一般利用激光三角法来测量物体的微小位移。请参阅图1，该光学测量系统10一般包括一激光器11与一光电敏感元件15，该激光器11用来向待测物体18表面发射激光111，该光电敏感元件15用来接收被待测物体18反射的激光112，其具有一光接收面151，该光接收面151由感光单元阵列组成。使用上述光学测量系统10，测量待测物体18的位移时，首先激光器11以一定入射角向待测物体18表面发射激光111，并被反射，光电敏感元件15于另一角度接收反射激光112。待测物体18移动前后反射激光112在光电敏感元件15上的投影位置发生变化，并分别由感光单元阵列的不同感光单元所感测，然后计算待测物体18的实际位移。
若θ为激光111入射角的余角，X为待测物体18从第一位置A1移动到第二位置A2处的位移，D为待测物体18从第一位置A1移动到第二位置A2时反射激光112的平移量，L为激光111因待测物体18移动所产生的与激光器11间的光程差，则X＝L×Sinθ，D＝L×Sin2θ，所以D/X＝(L×Sin2θ)/(L×Sinθ)＝Sin2θ/Sinθ＝2×Cosθ。
因此，只要光电敏感元件15检测出反射激光112的平移量D，就可推算出待测物体18的位移X。
然而，上述光学测量系统10的测量精度取决于光电敏感元件15的解析度大小，光电敏感元件15的解析度越高，测量精度越高，且可检测到的反射激光112的平移量D也更小。因此，检测较小反射激光112的平移量D，需要采用具有较高解析度的光电敏感元件15。并且，光电敏感元件15的解析度取决于其上感光单元面积的大小，感光单元面积愈小，光电敏感元件15的解析度愈高，然而，光电敏感元件15制造时，较难制造面积较小的感光单元，因而解析度无法提高，所以无法测得物体一些较小的位移变化，并且测量精度较低。
发明内容鉴于上述状况，有必要提供一种测量精度较高且可测量物体较小位移的光学测量系统。
一种光学测量系统，用于待测物体的位移测量或振动测量，该光学测量系统包括一光源、一光电敏感元件及一扩束透镜组，该光源用于向待测物体表面发射激光，该光电敏感元件包括一由感光单元阵列构成的光接收面，用于接收被待测物体表面反射的激光，该扩束透镜组位于反射激光的行进路径上，且具有一与反射激光平行的光轴。
相较于现有技术，该光学测量系统于反射激光的行进路径上设置一扩束透镜组，将待测物体移动前后反射的反射激光间距放大，从而扩大待测物体移动前后反射激光在光电敏感元件上的投影间距，突破光电敏感元件解析度的限制，因而可测量较小位移，且具有较高测量精度。
图1是现有技术的光学测量系统示意图。
图2是本发明光学测量系统较佳实施例的示意图。
图3是图2所示的扩束透镜组示意图。
具体实施方式请参阅图2，本发明较佳实施例的光学测量系统20包括一激光器21、一扩束透镜组23及一光电敏感元件25。
该激光器21位于待测物体28的一侧，且以一定入射角α向待测物体28的表面发射激光211，并被该待测物体28表面反射。本实施例中，该激光器21为一激光二极管。
请同时参阅图3，该扩束透镜组23位于反射激光212的行进路径上，其具有一光轴233，该光轴233与激光211间夹角为2α，即该光轴233与反射激光212平行。该扩束透镜组23沿反射激光212的行进方向依次包括一第一凸透镜231与一第二凸透镜232，该第一凸透镜231与第二凸透镜232的焦线与光轴233重合，该第一凸透镜231的焦距f1小于第二凸透镜232的焦距f2，且该第一凸透镜231与该第二凸透镜232的间距为两焦距f1与f2的和。反射激光212依序经过第一凸透镜231与第二凸透镜232后远离光轴233。
该光电敏感元件25位于第二凸透镜232远离第一凸透镜231的一侧，其具有一光接收面251，该光接收面251由感光单元阵列组成，反射激光212射向该光接收面251，并在该光接收面251上投影。本实施例中，光电敏感元件25为一电荷耦合式影像传感器。
使用该光学测量系统20测量待测物体28从第一位置B1移动到第二位置B2所发生的位移X′时，若待测物体28移动前后反射激光212的平移量为D′，则D′/X＝2×Cos(90°-α)＝2×Sinα若反射激光212经过扩束透镜组23后在光电敏感元件25上的投影间距为D″，则满足关系D″＝D′×f2/f1因此，只要通过光电敏感元件25测出D″，即可推出待测物体28的位移X′。因为第二凸透镜232的焦距f2大于第一凸透镜231的焦距f1，所以D″大于D′，因而光学测量系统20可突破光电敏感元件25解析度的限制，测量较小位移。
可以理解的是，本发明光学测量系统的扩束透镜组沿反射激光的行进方向，也可依次包括一凹透镜与一凸透镜，该凹透镜与凸透镜的焦线与光轴重合，且该凸透镜的焦距大于凹透镜的焦距，该凹透镜与凸透镜的间距为该凸透镜与凹透镜焦距的差。
权利要求
1.一种光学测量系统，用于待测物体的位移测量或振动测量，该光学测量系统包括一光源与一光电敏感元件，该光源用于向待测物体表面发射激光，该光电敏感元件包括一由感光单元阵列构成的光接收面，用于接收被待测物体表面反射的激光，其特征在于该光学测量系统还包括一扩束透镜组，其位于反射激光的行进路径上，且该扩束透镜组具有一与反射激光平行的光轴。
2.如权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于所述光源为激光二极管。
3.如权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于所述光电敏感元件为电荷耦合式影像传感器。
4.如权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于所述扩束透镜组沿反射激光的行进方向依次包括一第一凸透镜与一第二凸透镜，该第一凸透镜与第二凸透镜的焦线与光轴重合，且该第一凸透镜与第二凸透镜间距为该两透镜焦距的和，该第二凸透镜的焦距大于第一凸透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的光学测量系统，其特征在于所述扩束透镜组沿反射激光的行进方向依次包括一凹透镜与一凸透镜，该凹透镜与凸透镜的焦线与光轴重合，且该凸透镜的焦距大于凹透镜的焦距，该凹透镜与凸透镜间距为该凸透镜与凹透镜焦距的差。
全文摘要
一种光学测量系统，用于待测物体的位移测量或振动测量，该光学测量系统包括一光源、一光电敏感元件及一扩束透镜组，该光源用于向待测物体表面发射激光，该光电敏感元件包括一由感光单元阵列构成的光接收面，用于接收被待测物体表面反射的激光，该扩束透镜组位于反射激光的行进路径上，且具有一与反射激光平行的光轴。该光学测量系统可测量物体的较小位移，且具有较高测量精度。
文档编号G01B11/02GK1979091SQ20051010199
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年12月2日
发明者简扬昌 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司