CN106104357B - 光学检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学检测系统，包含：第一多个相机，其可操作以对对象上的第二多个区域进行成像；第三多个照明源；及至少一个照明管理器，其可操作以组合来自第三多个照明源的照明且此后将来自第三多个照明源的照明引导至第二多个区域，至少一个照明管理器包括光束分配器，光束分配器接收多个互不相干的空间集中式激光脉冲的复合输入光束并将多个互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束引导至对应于第二多个区域的对应多个空间相异位置。

Description

光学检测系统及方法
技术领域
本发明大体上涉及光学检测系统，且更特定而言，涉及关于在光学检测系统中有用的照明子系统。
背景技术
各种类型的光学检测系统被认为是在其中有用的照明子系统。
发明内容
本发明致力于提供用于光学检测系统中的经改良的照明子系统。
因此根据本发明的优选实施例提供了一种光学检测系统，包含：第一多个相机，其可操作以对对象上的第二多个区域进行成像；第三多个照明源；及至少一个照明管理器，其可操作以组合来自所述第三多个照明源的照明且此后将来自所述第三多个照明源的照明引导至所述第二多个区域，所述至少一个照明管理器包含光束分配器，所述光束分配器接收多个互不相干的空间集中式激光脉冲的复合输入光束并将多个所述互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束引导至对应于所述第二多个区域的对应多个空间相异位置。
优选地，所述光束分配器为时间及空间光束分配器。另一选择是，所述光束分配器为时间光束分配器。另一选择是，所述光束分配器为空间光束分配器。
根据本发明的优选实施例，所述光束分配器包含多边镜。另一选择是，所述光束分配器包含单边(monogon)镜。
优选地，所述第一多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述复合输出光束中的对应的至少一个到达所述空间相异位置中的至少一个的时序支配。另外，所述第一多个相机以所述选通模式的操作至少部分地受所述至少一个照明管理器支配。
根据本发明的另一优选实施例还提供了一种光学检测系统，包含：第一多个相机，其可操作以对对象上的第二多个区域进行成像；第三多个照明源；及至少一个照明管理器，其可操作以组合来自所述第三多个照明源的照明且此后将所述照明单独地引导至所述第二多个区域，所述至少一个照明管理器包含移动镜，所述移动镜接收多个互不相干的空间集中式激光脉冲的复合输入光束并将多个所述互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束引导至对应多个空间相异位置。
优选地，所述至少一个照明管理器包含多边镜。另一选择是，所述至少一个照明管理器包含单边镜。
根据本发明的优选实施例，所述第一多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述复合输出光束中的对应的至少一个到达所述空间相异位置中的至少一个的时序支配。另外，所述第一多个相机以所述选通模式的操作至少部分地受所述至少一个照明管理器支配。
根据本发明的又一优选实施例进一步提供了一种光学检测方法，包含：使用第一多个相机对对象上的第二多个区域进行成像；使用至少一个照明管理器组合来自第三多个照明源的照明；及使用所述至少一个照明管理器将来自所述第三多个照明源的所述照明引导至所述第二多个区域，所述组合包含：在光束组合器处接收来自所述第三多个照明源的所述照明；及使用所述光束组合器提供多个互不相干的空间集中式激光脉冲的复合输入光束；及所述引导包含：在光束分配器处接收所述多个互不相干的空间集中式激光脉冲的所述复合输入光束；及使用所述光束分配器将多个所述互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束引导至对应于所述第二多个区域的对应多个空间相异位置。
优选地，所述光学检测方法还包含使所述第一多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述复合输出光束中的对应的至少一个到达所述空间相异位置中的至少一个的时序支配。另外，所述操作至少部分地受所述至少一个照明管理器支配。
根据本发明的再一优选实施例又进一步提供了一种光学检测方法，包含：使用第一多个相机对对象上的第二多个区域进行成像；使用至少一个照明管理器组合来自第三多个照明源的照明；及使用所述至少一个照明管理器将来自所述第三多个照明源的所述照明单独地引导至所述第二多个区域，所述组合包含：在光束组合器处接收来自所述第三多个照明源的所述照明；及使用所述光束组合器提供多个互不相干的空间集中式激光脉冲的复合输入光束；及所述单独地引导包含：在移动镜处接收所述多个互不相干的空间集中式激光脉冲的所述复合输入光束；及使用所述移动镜将多个所述互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束引导至对应于所述第二多个区域的对应多个空间相异位置。
根据本发明的优选实施例，所述光学检测方法还包含：使所述第一多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述复合输出光束中的对应的至少一个到达所述空间相异位置中的至少一个的时序支配。另外，所述操作至少部分地受所述至少一个照明管理器支配。
附图简述
结合附图自以下详细说明将更全面地理解及了解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的优选实施例构造及操作的光学检测系统的简化概念层图解说明；
图2A、图2B、图2C及图2D是图1的光学检测系统的四个替代示例性实施例的简化图解说明；及
图3是服务多个光学检测机器的集中式照明系统的简化图解说明。
优选实施方式的详述
现在参考图1，其是根据本发明的优选实施例构造及操作的光学检测系统的简化概念层图解说明。
如在图1中所见，提供光学检测系统100，其包含第一多个相机102，诸如CCD或CMOS相机，其可操作以对对象上的第二多个区域104成像。通常，该第一多个等于该第二多个，此乃因每一相机对对应单个区域进行成像，然而，单个相机对多个区域进行成像是可能的，其每一个在不同时间处。在后者的情形中，每一相机102可机械地安装于可选方向定位器106(诸如可枢转座架)上。作为另一替代，被成像的对象可安装于可移动支撑件108上。
根据本发明的优选实施例，提供了第三多个照明源110，诸如二极管激光器、激光芯片及垂直腔激光器。优选地，照明源110各自是脉冲式相干光源，其具有高位准亮度。所有照明源的脉冲产生是协调的且在时间上是同步的。第三多个照明源110的输出优选地提供给至少一个照明管理器120，其可操作以组合来自第三多个照明源110的照明且此后将来自第三多个照明源110的照明单独地引导至第二多个区域104。
根据本发明的优选实施例，至少一个照明管理器120包含光束分配器，其接收多个互不相干的空间集中式激光脉冲的复合输入光束并将多个互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束引导至对应于第二多个区域104的对应多个空间相异位置。
根据本发明的优选实施例，第一多个相机102中的至少一个以选通模式操作，此在至少一个照明管理器120的控制下，受多个互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束中的对应复合输出光束到达对应于第二多个区域104的多个空间相异位置中的对应空间相异位置的时序支配。
现在参考图2A、2B、2C及2D，其等是图1的光学检测系统的四个替代示例性实施例的简化图解说明。
转向图2A，看见其中提供一对照明模块210。每一照明模块210优选地包括脉冲式二极管激光器212的矩阵(在数目上通常是90个)，其等经配置使得其相互同步的输出光束脉冲被引导穿过聚光透镜214、光纤束或液体芯纤维216及准直透镜218。每一照明模块210的准直透镜218的经组合输出以相互同步的方式脉冲式传输且在偏振光束组合器220中经组合。偏振光束组合器220的输出是通常由180个独立激光束形成但与独立激光束中的单个激光束的斑点相比具有减小量的斑点的同步脉冲式经组合光束。
偏振光束组合器220的脉冲式输出经由折叠式镜230引导至旋转多边镜240，其提供多个互成角度间隔的脉冲式输出光束242，脉冲式输出光束242穿过准直透镜250引导至多个功率分流纤维束252，诸如可购自美国纽约州埃尔姆斯福德市的Schott MoritexCorp.公司的M4G3-1000S-SD光纤光导。功率分流纤维束252中的每一个分成多个子束254，子束中的每一个引导至第二多个区域104中由相机102查看的给定区域。
转向图2B，看见其中提供一对照明模块310。每一照明模块310优选地包括脉冲式二极管激光器312的矩阵(在数目上通常是90个)，其等经配置使得其相互同步的输出光束脉冲被引导穿过聚光透镜314、光纤束或液体芯纤维316及准直透镜318。每一照明模块310的准直透镜318的经组合输出以相互同步的方式脉冲式传输且在偏振光束组合器320中经组合。偏振光束组合器320的输出是通常由180个独立激光束形成但与独立激光束中的单个激光束的斑点相比具有减小量的斑点的同步脉冲式经组合光束。
偏振光束组合器320的脉冲式输出经由折叠式镜330引导至快速转向镜340(诸如在美国专利第7,598,688号中阐述的那样)，其提供多个互成角度间隔的脉冲式输出光束342，脉冲式输出光束342穿过准直透镜350引导至多个功率分流纤维束352，诸如可购自美国纽约州埃尔姆斯福德市的Schott Moritex Corp.公司的M4G3-1000S-SD光纤光导。功率分流纤维束352中的每一个分成多个子束354，子束中的每一个引导至第二多个区域104中由相机102查看的给定区域。
转向图2C，看见其中提供一对照明模块410。每一照明模块410优选地包括脉冲式二极管激光器412的矩阵(在数目上通常是90个)，其等经配置使得其相互同步的输出光束脉冲被引导穿过聚光透镜414、光纤束或液体芯纤维416及准直透镜418。每一照明模块410的准直透镜418的经组合输出以相互同步的方式脉冲式传输且在偏振光束组合器420中经组合。偏振光束组合器420的输出是通常由180个独立激光束形成但与独立激光束中的单个激光束的斑点相比具有减小量的斑点的同步脉冲式经组合光束。
偏振光束组合器420的脉冲式输出引导至声光调变器440，其提供多个互成角度间隔的脉冲式输出光束442，脉冲式输出光束442穿过准直透镜450引导至多个功率分流纤维束452，诸如可购自美国纽约州埃尔姆斯福德市的Schott Moritex Corp.公司的M4G3-1000S-SD光纤光导。功率分流纤维束452中的每一个分成多个子束454，子束中的每一个引导至第二多个区域104中由相机102查看的给定区域。
转向图2D，看见其中提供一对照明模块510。每一照明模块510优选地包括脉冲式二极管激光器512的矩阵(在数目上通常是90个)，其等经配置使得其相互同步的输出光束脉冲被引导穿过聚光透镜514、光纤束或液体芯纤维516及准直透镜518。每一照明模块510的准直透镜518的经组合输出以相互同步的方式脉冲式传输且在偏振光束组合器520中经组合。偏振光束组合器520的输出是通常由180个独立激光束形成但与独立激光束中的单个激光束的斑点相比具有减小量的斑点的同步脉冲式经组合光束。
偏振光束组合器520的脉冲式输出经由折叠式镜530引导至单边(monogon)镜532，诸如可购自美国加利福尼亚州卡尔斯巴德市SignalTronix的SMP3010快速镜定位器/扫描仪，其绕轴534旋转并提供多个互成角度间隔的脉冲式输出光束542，脉冲式输出光束542穿过准直透镜550引导至多个功率分流纤维束552，诸如可购自美国纽约州埃尔姆斯福德市的Schott Moritex Corp.公司的M4G3-1000S-SD光纤光导。功率分流纤维束552中的每一个分成多个子束554，子束中的每一个引导至第二多个区域104中由相机102查看的给定区域。
现在参考图3，其是服务多个光学检测机器的集中式照明系统的简化图解说明。如在图3中所见，大体上图1且更具体地图2A至图2D中的任一个的系统可用于将高亮度、低斑点照明提供至如所示出的可位于多个全异检测机器上的多个区域。举例而言，在图2A中的实施例中，功率分流纤维束252可各自引导至不同检测机器600上的检测位置。在此情形中，功率分流纤维束252中的每一个可分成每一机器600处的多个子束254，子束254中的每一个可引导至彼机器600处的第二多个区域104中由相机102查看的给定区域。
本领域技术人员将了解，本发明不限于上文中已特定地示出及阐述的内容。而是，本发明的范围包含上文中所述的各种特征的组合及子组合两者，以及本领域技术人员在阅读上述说明后可想到且在先前技术中未公开的本发明的修改形式及变化形式。

Claims (19)

1.一种光学检测系统，包括：
多个相机，其可操作以对对象上的多个空间相异区域进行成像；
多个照明源，其输出多个激光脉冲；及
至少一个照明管理器，其可操作以将来自所述多个照明源的照明组合成单个复合输入光束，且此后将来自所述多个照明源的所述照明引导至所述多个空间相异区域，
所述至少一个照明管理器包括：
光束分配器，所述光束分配器配置为接收所述复合输入光束，将所述复合输入光束分离成多个复合输出光束，并将所述多个复合输出光束分别引导至所述多个空间相异区域。
2.如权利要求1所述的光学检测系统，且其中所述光束分配器为时间及空间光束分配器。
3.如权利要求1所述的光学检测系统，且其中所述光束分配器为时间光束分配器。
4.如权利要求1所述的光学检测系统，且其中所述光束分配器为空间光束分配器。
5.如权利要求1所述的光学检测系统，且其中所述光束分配器包括多边镜。
6.如权利要求1所述的光学检测系统，且其中所述光束分配器包括单边镜。
7.如权利要求1所述的光学检测系统，且其中所述多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述多个复合输出光束中的对应的至少一个到达所述多个空间相异区域中的至少一个的时序支配。
8.如权利要求7所述的光学检测系统，且其中所述多个相机中的至少一个以所述选通模式的操作受所述至少一个照明管理器控制。
9.一种光学检测系统，包括：
多个相机，其可操作以对对象上的多个空间相异区域进行成像；
多个照明源，其输出多个激光脉冲；及
至少一个照明管理器，其可操作以将来自所述多个照明源的照明组合成单个复合输入光束，且此后将来自所述多个照明源的所述照明单独地引导至所述多个空间相异区域，
所述至少一个照明管理器包括：
移动镜，所述移动镜配置为接收所述复合输入光束，将多个复合输出光束引导至所述多个空间相异区域。
10.如权利要求9所述的光学检测系统，且其中所述至少一个照明管理器包括多边镜。
11.如权利要求9所述的光学检测系统，且其中所述至少一个照明管理器包括单边镜。
12.如权利要求9所述的光学检测系统，且其中所述多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述多个复合输出光束中的对应的至少一个到达所述多个空间相异区域中的至少一个的时序支配。
13.如权利要求12所述的光学检测系统，且其中所述多个相机中的至少一个以所述选通模式的操作受所述至少一个照明管理器控制。
14.一种光学检测方法，包括：
使用多个相机对对象上的多个空间相异区域进行成像；
使用至少一个照明管理器将来自多个照明源的多个激光脉冲组合成单个复合输入光束；及
使用所述至少一个照明管理器将来自所述多个照明源的照明引导至所述多个空间相异区域上，
所述组合包括：
在光束组合器处接收来自所述多个照明源的多个互不相干的空间集中式激光脉冲；及
使用所述光束组合器提供所述复合输入光束；及
其中，将来自所述多个照明源的照明引导至所述多个空间相异区域上包括：
在光束分配器处接收所述复合输入光束；
将所述复合输入光束分离成多个复合输出光束；以及
使用所述光束分配器将所述多个复合输出光束分别引导至所述多个空间相异区域。
15.如权利要求14所述的光学检测方法，且其还包括：
使所述多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述多个复合输出光束中的对应的至少一个到达所述多个空间相异区域中的至少一个的时序支配。
16.如权利要求15所述的光学检测方法，还包括使用所述至少一个照明管理器控制所述操作。
17.一种光学检测方法，包括：
使用多个相机对对象上的多个空间相异区域进行成像；
使用至少一个照明管理器将来自多个照明源的多个激光脉冲组合成单个复合输入光束；及
使用所述至少一个照明管理器将来自所述多个照明源的照明单独地引导至所述多个空间相异区域，
所述组合包括：
在光束组合器处接收来自所述多个照明源的所述照明；及
使用所述光束组合器提供多个互不相干的空间集中式激光脉冲的单个复合输入光束；及
所述单独地引导包括：
在移动镜处接收多个互不相干的空间集中式激光脉冲的所述单个复合输入光束；及
使用所述移动镜将多个互不相干的空间集中式激光脉冲的多个复合输出光束引导至所述多个空间相异区域。
18.如权利要求17所述的光学检测方法，且其还包括：
使所述多个相机中的至少一个以选通模式操作，所述选通模式受所述多个复合输出光束中的对应的至少一个到达所述多个空间相异区域中的至少一个的时序支配。
19.如权利要求18所述的光学检测方法，还包括使用所述至少一个照明管理器控制所述操作。
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