CN110392817B - 用于散斑减少激光线生成的系统和方法 - Google Patents

用于散斑减少激光线生成的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110392817B
CN110392817B CN201880012343.6A CN201880012343A CN110392817B CN 110392817 B CN110392817 B CN 110392817B CN 201880012343 A CN201880012343 A CN 201880012343A CN 110392817 B CN110392817 B CN 110392817B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
illumination
line
linear diffuser
fan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880012343.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110392817A (zh
Inventor
J·F·菲尔哈贝尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cognex Corp
Original Assignee
Cognex Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cognex Corp filed Critical Cognex Corp
Priority to CN202110835804.3A priority Critical patent/CN113721369A/zh
Publication of CN110392817A publication Critical patent/CN110392817A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110392817B publication Critical patent/CN110392817B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518—Projection by scanning of the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518—Projection by scanning of the object
    • G01B11/2522—Projection by scanning of the object the position of the object changing and being recorded
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0966—Cylindrical lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0252—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties using holographic or diffractive means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0257—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties creating an anisotropic diffusion characteristic, i.e. distributing output differently in two perpendicular axes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/254—Image signal generators using stereoscopic image cameras in combination with electromagnetic radiation sources for illuminating objects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

一种用于减少照射目标(120)反射的光中的散斑效应的照射设备包含激光器(150)；线性漫射器(157)，其位于照射目标与所述激光器之间的光学路径中，以在在一个维度上跨所述照射目标的至少一部分扩散的平面漫射光扇(158，159)中漫射准直激光(154)；和光束偏转器(153)，其用于引导入射在所述光束偏转器上的所述准直激光以在所述漫射光照射所述照射目标的曝光时间内跨所述线性漫射器上的不同位置扫描。所述不同位置横跨跨所述线性漫射器的距离，所述线性漫射器在从所述平面光扇与所述照射目标的交叉点反射的光中在图像传感器(164)处提供足够的不相关散斑图案，以在所述图像传感器在所述曝光时间内成像时非相干地相加。

Description

用于散斑减少激光线生成的系统和方法
相关申请
本申请根据35U.S.C.§119(e)(1)要求1/19/2017提交的题为“用于散斑减少激光线生成的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR REDUCED-SPECKLE LASER LINEGENERATION)”的共同未决的美国临时申请序列号62/448,250和08/11/2017提交的题为“用于散斑减少激光线生成的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR REDUCED-SPECKLE LASERLINE GENERATION)”的共同未决的美国申请序列号15/675,629的优先权权益，两者的教导通过引用明确地并入本文。
技术领域
本公开涉及激光线生成和投射系统、设备、装置和方法，并且更特别地涉及可以在三维(3D)机器视觉系统中使用的激光线生成和投射系统、设备、装置和方法。
背景技术
散斑是一种影响所有激光器和激光线投射仪的现象。它是由被照射的表面的粗糙度引起的，其导致微小的衍射区域，所述微小的衍射区域使表面具有在激光照射下可观察到的颗粒状随机“散斑”外观。散斑效应是相同频率的具有不同相位和幅度的多种波的干涉的结果，它们相干地相加在一起以产生合成波，其幅度以及因此强度随机变化。当通过光波照射表面时，根据衍射理论，被照射表面上的每个点充当次级球面波的源。散射光场中任何一点处的光由波构成，其从被照射表面上的每个点散射。如果表面足够粗糙以产生超过一个波长的路径长度差异，导致相位变化大于2π，则合成光的幅度以及因此强度随机变化。如果使用低相干性光(即，由多个波长构成)，则通常不会观察到散斑图案，因为由各个波长产生的散斑图案具有不同的维度并且通常彼此平均。然而，散斑图案是相干光源(例如，激光器)中固有的。
在某些成像应用中散斑可能是有问题的——例如激光位移传感器(DS)系统，其将平面光扇投射到物体上，使得投射的平面扇沿照射轮廓(也被称为照射线)与面向DS的物体的3D表面交叉。注意，当物体的3D表面本身为平面时，平面光扇沿真线的一段与其交叉。然而，当物体的3D表面为曲面时，平面光扇沿指示曲面的剖面的曲线与其交叉。待由激光DS系统投射到物体上的平面扇可以包含至少一个激光扇，其例如通过使激光光束通过非球面透镜(例如，鲍威尔透镜)或另一合适的发生器(包含圆柱透镜、全息照相、圆柱阵列、线性漫射器或其组合)而形成。激光DS系统的相机传感器沿与平面扇的轴不平行的相机轴接收对应于照射轮廓的3D表面的一部分反射的光。激光DS系统使用从照射线接收的光(被称为线光)来对相机传感器上的照射线进行成像，并且与激光DS系统相关联的处理器由此基于照射线的图像对3D表面的剖面进行三角测量。然而，由于散斑，所接收的线光的不平且不对称的不规则性限制了相机传感器上的照射线图像的位置的精度。照射线图像中的不平性和垂直于线方向的不对称性被读取为3D表面的高度误差。散斑的减少使由激光DS系统进行的剖面测量的不确定性更低并且精确度更高。
有几种可用于减少散斑的技术。例如，可以将移动漫射器置于固定光束的路径内，从而使填入线的图像中的随机散斑与平均数量的几个不相关散斑图案非相干叠加。不利的是，漫射器使光束在使线剖面质量恶化的方向上扩散，并且漫射器的质量往往相对较高(与其它组件的规模相比)，并且移动它需要机械复杂性并且可能限制散斑图案的变化速率以及因此系统的帧速率。用于减少散斑(包含波长增宽)的其它方法也有不同程度的不利，涉及增加的成本、复杂性和/或其它缺点。因此，此些方法不太适用于实际的激光线投射布置中。
使用平面漫射光扇精确地扫描物体也是具有挑战性的。通常，许多扫描布置依赖于物体、相机和/或照射器的移动，而运动被跟踪并被转换成视觉系统处理器内的相对距离。这需要可能由于(例如)扫描环境中的条件而遭受磨损和退化的机械系统。
发明内容
所公开的技术通过提供相干光(激光)光束克服现有技术的缺点，所述相干光(激光)光束以(例如)循环方式跨固定线性漫射器(例如，具有平顶强度剖面的工程线性漫射器、全息图或其它衍射元件和/或圆柱阵列)移动(例如，横向地)。这允许照射线的局部相位(所述照射线在通过漫射器投射到3D表面上的平面漫射光扇与3D表面交叉的位置形成)显著更快地改变，因为循环了相对小的质量以使用移动镜结构光束重新引导光束。例如，MEMS镜或没有移动质量的另一种布置(例如，固态光束偏转器(例如，AOM))可以用作移动结构。本布置允许从投射相位开始的相对短的曝光时间，并且因此成像散斑图案相对于曝光时间以高速率变化。线性漫射器的使用允许高质量的平面扇，其通常在基本上垂直于平面扇的轴(平面扇的厚度)的方向上不漫射和/或不增宽(厚度)。在采用图像传感器(例如，DS)的一个实施例中，光束以每图像帧至少1/2周期(左-右)的速度移动，使得成像场景内的全长的照射线由图像传感器捕获。增加场透镜以将照射线(其由漫射器通过将平面漫射光扇投射到工作表面上而生成)在表面上保持基本上固定减少了由小于或大于一半(1/2)周期的部分扫描造成的照射线强度的帧间和线内变化。在操作上，在漫射器上横贯的距离在曝光时间内提供足够的不相关散斑图案，以显著平均到平滑照射线并减小散斑对比度。在另外的实施例中，具有两个自由度的镜组合件(例如，MEMS)可以与上述布置一起使用，以沿第一方向生成平面扇并沿第二(正交)方向扫描物体表面。通常以高频率扫描第一方向，而以较慢频率扫描第二方向。
在一个说明性实施例中，一种用于在具有减少的散斑的工作3D表面上生成照射线的系统和方法包含准直光束形式的(例如，振荡)激光源和线性漫射器，所述线性漫射器接收移动的准直光束的至少一部分，从通过其的光形成平面扇，并将平面漫射光扇投射到3D工作表面上，以在平面扇与3D工作表面的交叉点处形成照射线。移动元件基本上在至少一个平面内以扫描(例如)循环运动移动准直光束。说明性地，激光源可以包括固定激光光束源和(例如)由移动元件驱动的循环移动光束偏转器。作为非限制性实例，光束偏转器可以包括MEMS镜。可替代地，光束偏转器可以由另一种机构(例如，检流计)驱动，或者光束偏转器可以是固态单元，例如AOM。在另一个实施例中，线性漫射器由移动元件移动，使得准直光束通过漫射器的光学器件及其振荡运动的组合形成一条线。所述布置还可以具有位于振荡激光源与线性漫射器之间或紧接在线性漫射器之后的场透镜，并且场透镜可以与线性漫射器一体——例如在同样提供线性漫射器功能的全息图中限定。MEMS镜可以布置成以基本上正交的两个自由度中的每一个振荡，使得沿第一(快)扫描方向生成平面扇，并且平面扇在第二(慢)扫描方向上沿工作表面移动。在各个实施例中，平面扇生成装置可以适于/用于包括/构造激光位移传感器(DS)。DS可以可操作地连接到视觉系统处理器。在实施例中，平面扇生成装置可以包括光学组件(其具有工程线性漫射器、全息图和圆柱阵列中的至少一种)，并且可以经布置成以非连续图案投射平面扇。本非连续图案可以限定点和由非照射间隙分开的线段中的至少一种或其它适当图案。在实施例中，利用传感器从照射线的至少一部分捕获光，所述照射线由投射在工作表面上的平面扇形成。然后，传感器从捕获的光生成图像数据。可以处理/使用图像数据以在工作表面的区域上执行测量和/或检查。工作表面可以限定待测量物体的至少一部分。
在另一个实施例中，提供了一种用于减少投射在表面上的照射线中的散斑效应和闪光效应中的至少一种的系统和方法。所述系统和方法采用准直光源和光学组件，所述光学组件在中心光轴的每一侧上的一或多个预定角度内生成光扇。光束或扇通过的线性漫射器位于光学组件与表面之间。光学组件可以包括MEMS镜、固态偏转器和鲍威尔透镜中的至少一种，并且准直光源是激光器。
在另一个实施例中，提供了一种用于扫描表面以确定3D剖面的系统和方法，其有利地允许剖面仪和物体在扫描期间保持相对固定。视觉系统相机经布置以沿其光轴对表面成像。还提供了一种准直光源，其远离并经布置成以相对于光轴的非平行角度投射光束。MEMS镜接收来自准直光源的光束并将其以相对于光轴的非平行角度投射到表面上。镜控制器以至少两个正交自由度驱动/振荡MEMS镜，以便(a)在中心光轴的每一侧上的一或多个预定角度内沿第一方向生成光扇，并且(b)沿第二方向移动扇以使扇扫描表面。扇通过的线性漫射器位于MEMS镜与表面之间。说明性地，偏振分束器和1/4λ光学延迟器沿准直光源的光学路径定位。可以在光学路径内提供圆柱透镜。镜控制器经布置以在第一方向上以第一速率振荡MEMS镜，并且在第二方向上以比第一速率慢的第二速率振荡MEMS镜。视觉系统相机可以包含具有第一光平面的图像传感器和具有与第一光平面不平行的第二光平面的透镜组合件。第一光平面和第二光平面中的每一个可以被定向成相对于由扇限定的平面遵循沙姆定律。
在另一方面，所公开的技术可以被实现为一种用于减少照射目标反射的光中的散斑效应的照射设备。所述系统包含光源，其经配置以发射相干光；线性漫射器，其位于照射目标与光源之间的光学路径中，所述线性漫射器经配置以将相干光漫射成在一个维度上跨照射目标的至少一部分扩散的漫射光，其具有漫射光照射照射目标的相关曝光时间。这里，漫射光形成平面光扇，所述平面光扇通常在垂直于所述一个维度的方向上不增宽。所述系统进一步包含光束偏转器，其位于光源与光学路径上的线性漫射器之间；和控制器，其与光束偏转器耦合。控制器经配置以操作光束偏转器，以引导入射在光束偏转器上的相干光在漫射光照射照射目标的曝光时间内跨线性漫射器上的不同位置扫描。另外，所述不同位置横跨跨线性漫射器的距离，所述线性漫射器在从平面光扇与照射目标的交叉点反射的光中在图像传感器处提供足够的不相关散斑图案，以在图像传感器在漫射光照射照射目标的曝光时间内成像时非相干地相加。
前述和其它实施例可以各自任选地包含单独的或组合的一或多个以下特征。在一些实施方案中，光源可以包含激光器。在一些实施方案中，光束偏转器可以包含微机电系统(MEMS)镜。在一些实施方案中，光束偏转器可以包含声光调制器(AOM)装置。
在一些实施方案中，所述系统可以包含圆柱透镜，其位于线性漫射器与光束偏转器之间的光学路径中，以作为场透镜操作，以通过集中被引导到线性漫射器的所有相干光来提高效率。在一些实施方案中，所述系统可以包含圆柱透镜，其中线性漫射器位于光束偏转器与圆柱透镜之间，并且其中圆柱透镜经配置以作为场透镜操作，以通过集中被引导到照射目标的所有漫射光来提高效率。
在一些实施方案中，线性漫射器可以包含沿所述一个维度具有平顶强度剖面的工程漫射器。在一些实施方案中，线性漫射器可以包含具有自由光谱范围(FSR)的啁啾衍射光栅，其使平面光扇中的衍射线间距随着入射在线性漫射器上的相干光的扫描角而变化。在一些实施方案中，线性漫射器可以包含全息图或圆柱阵列。
在一些实施方案中，线性漫射器相对于光束偏转器的基部固定。这里，控制器经配置以操作光束偏转器，以相对于线性漫射器在循环的左-右-左扫描中引导相干光，使得相干光在漫射光照射照射目标的曝光时间内被引导通过左-右-左扫描的左-右半部或右-左半部。
在另一方面，所公开的技术可以被实现为一种激光位移测量系统。所述系统包含视觉系统处理器；相机组合件，其与视觉系统处理器耦合；激光光束组合件，其与视觉系统处理器耦合，所述激光光束组合件经配置以发射相干光；光束偏转器，其被定位以接收相干光；控制器，其与光束偏转器耦合；和线性漫射器，其位于照射目标与光束偏转器之间的光学路径中。控制器经配置以操作光束偏转器，以引导入射在光束偏转器上的相干光跨线性漫射器上的不同位置扫描。线性漫射器经配置以将在所述不同位置处从光束偏转器接收的相干光漫射成在一个维度上跨照射目标的至少一部分扩散的漫射光，其具有漫射光照射照射目标的相关曝光时间，其中漫射光形成平面光扇，所述平面光扇通常在垂直于所述一个维度的方向上不增宽。另外，所述不同位置横跨跨线性漫射器的距离，所述线性漫射器在从平面光扇与照射目标的交叉点反射的光中在图像传感器处提供足够的不相关散斑图案，以在图像传感器在漫射光照射照射目标的曝光时间内成像时非相干地相加。
前述和其它实施例可以各自任选地包含单独的或组合的一或多个以下特征。在一些实施方案中，线性漫射器相对于光束偏转器的基部固定。这里，控制器经配置以操作光束偏转器，以相对于线性漫射器在循环的左-右-左扫描中引导相干光，并且控制器经配置以操作光束偏转器以将相干光在漫射光照射照射目标的曝光时间内引导通过左-右-左扫描的左-右半部或右-左半部。
在一些实施方案中，线性漫射器可以包含沿所述一个维度具有平顶强度剖面的工程漫射器。在一些实施方案中，线性漫射器可以包含圆柱阵列。在一些实施方案中，线性漫射器可以包含全息图。这里，全息图经配置以以非连续图案将平面光扇投射到照射目标上。例如，非连续图案可以包含点和由非照射间隙分开的线段中的至少一种。在一些实施方案中，线性漫射器可以包含具有自由光谱范围(FSR)的啁啾衍射光栅，其使平面光扇中的衍射线间距随着入射在线性漫射器上的相干光的扫描角而变化。
在一些实施方案中，光束偏转器可以包含微机电系统(MEMS)镜。在一些实施方案中，光束偏转器可以包含声光调制器(AOM)装置。
在一些实施方案中，所述系统可以包含圆柱透镜，其位于线性漫射器与光束偏转器之间的光学路径中，并且经配置以作为场透镜操作，以通过集中被引导到线性漫射器的所有相干光来提高效率。在一些实施方案中，所述系统可以包含圆柱透镜，使得线性漫射器位于光束偏转器与圆柱透镜之间。这里，圆柱透镜经配置以作为场透镜操作，以通过集中被引导到照射目标的所有漫射光来提高效率。
在一些实施方案中，激光光束组合件可以包含激光器。
在一些实施方案中，相机组合件经配置以捕获从平面光扇与照射目标的交叉点反射的光，并且从捕获的光生成图像数据。这里，视觉系统处理器经配置以从相机组合件接收图像数据，并且处理图像数据以对照射目标的区域执行测量和检查中的至少一种。在一些实施方案中，相机组合件可以包含具有第一光平面的图像传感器和具有与第一光平面不平行的第二光平面的透镜组合件，所述第一光平面和所述第二光平面中的每一个被定向成相对于平面光扇遵循沙姆定律。
附图说明
以下描述参考附图，其中：
图1是激光位移传感器(DS)系统的示意性透视图，其采用根据一个示范性实施例的散斑减少系统在扫描方向上其间发生相对运动时获取物体的图像；
图2是根据图1的示范性施例的具有散斑减少(去散斑)布置的激光线发生器的侧定向透视图；
图3是图2的激光线发生器的正定向视图；
图4是展示了将循环振荡光束发送到激光线发生器的移动激光器(光束源)的图；
图5是展示了线发生器系统的组件与线所投射的工作面之间的相对关系的图；
图6是展示了根据一个说明性实施例的线发生器系统的组件的图，所述线发生器系统经布置以生成示范性分段线特征；
图7是由图6的布置版本生成的示范性虚线特征的图；
图8是由图6的布置版本生成的示范性多条特征的图；
图9是根据一个替代实施例的示范性DS系统的侧横截面，其中激光线发生器包含散斑减少布置和扫描布置，采用沿两个基本上正交的轴中的每一个枢转的MEMS镜；
图10是根据图9的示范性实施例的具有去散斑和单线扫描布置的激光线发生器的侧定向透视图；
图11是展示了示范性工作部分的图10的激光线发生器的正定向视图；
图12是展示了表面上多条同时投射的线(实线)及其扫描时的后续位置的图；
图13是由图9的示范性DS系统生成的示范性激光线的图像与使用常规光学器件/组件生成的并排散斑线相比的图；
图14是展示了根据图9操作DS系统的一般性程序的流程图；
图15是根据一个实施例的一般性线生成系统的图，其中移动元件以振荡方式驱动线发生器(例如，线性漫射器)；
图16是根据任何上述展示布置或实施例的线生成系统的图，所述线生成系统以一定距离提供透射线以用于各种应；且
图17是用于在2D成像应用中提供照射(作为离散线或填充相机的工作部分的扫描线)的线生成系统的图。
具体实施方式
I.视觉系统实施
作为非限制性实例，图1展示了视觉系统100的一个实例，其包含被定向成对物体120(有时也被称为“零件”)的激光位移传感器(DS)组合件110。DS组合件110可以含在单个壳体112中，所述壳体112安装在相对于成像场景的适当位置。在替代实施例中，位移传感器可以包括离散的分离子组件。在一个示范性实施方案中，物体120和位移传感器110相对运动(双箭头MY)，其中位移传感器110、物体120或两者一起沿相对坐标系124至少一个轴(在本实例中，物理y轴方向)移动(扫描运动方向)。在一个典型的布置中，物体120位于运动传送工具130(以虚线展示)上，所述运动传送工具130以本领域技术人员清楚的方式提供来自可操作地连接到运动驱动系统132的编码器或类似装置的运动数据。
而且，如下面进一步描述，所述系统和方法可以用于被获取并随后被存储用于进一步处理的图像。可以通过所述系统和方法(即，滤波过程和相关的视觉系统工具)以处理器不与相机组合件或其它图像获取布置连接的方式发送此些图像以进行处理。
作为实例，物体120是具有表面140的结构，所述表面140限定大致三维(3D)剖面，其中(例如)高度(即沿物理z轴的位移维度)相对于x轴和y轴方向而变化。这仅是各种可能的表面形状的一个实例，并且被描述为所述系统和方法的说明性实施例的原理的一个有用实例。在另外的实例中，外周围表面可以限定具有不同/另外的特征的更复杂的周边。
DS组合件110包含投射相干光束152的激光光束组合件150。光束152被引导到移动光束偏转器(例如，下面进一步详细描述的镜)153，在本实施例中，其通常将光束的中心轴(虚线170)转动90度。注意，所描绘的90度(直)角是示范性的，并且光束偏转的角度可以取决于系统的配置和其它期望设计标准而大范围地变化。偏转器153包含驱动或其它机构(包含如下所述的固态布置)155，其使偏转器以横向循环模式(例如，左-右)反射光束。在一个实施例中，驱动155可以使偏转器在轴上+/-角度之间枢转。反射光束左-右循环以便描绘出以扇轴170为中心的扫描扇154。本光束扇进入包含圆柱透镜156和线性漫射器157的光学结构。透镜(在各个实施例中是任选的)以期望配置向物体120和周围的场景重新引导平面扇158。如下面详细描述，漫射器157和移动偏转器153生成平面漫射光扇158，其具有基本上为高斯光束限制的平面外厚度并且与待成像的场景(例如，这里，物体120和运动传送工具130)沿照明轮廓159交叉，使得无论照射轮廓的平面内位移如何，照射轮廓有效地无散斑并且具有有效均匀的厚度。
如图所示，照射轮廓(也被称为照射线)159沿物理x轴(横向于扫描运动方向MY)限定。在本实施例中，平面扇158大致(或基本上)垂直于参考平面，例如运动传送工具130的物理x-y平面和/或物体120的表面140的平面。位移传感器组合件110还包含相机组合件(虚线框160)，其通常由可能以众所周知的沙姆配置(或者技术人员应清楚的任何其它适当的光学布置)布置的透镜/光学器件组合件162和图像传感器组合件164组成。图像传感器组合件164含有限定预定分辨率的光敏像素阵列，并且相机组合件160通常限定在照射线159的区域中与物体120交叉的光轴OA。相机光轴OA限定为相对于平面扇158的平面(和相关轴170)的非平行(例如，锐)角A。因此，沿物理x轴的照射线159中的任何物理z轴高度变化/位移由相机组合件160成像为二维(2D)图像172的所得线171中的位置(沿图像轴YI)的变化，通常如示范性(和任选的)用户界面显示器174中所示。
注意，所描绘的轴(x,y,z)的布置是惯例，并且明确地考虑了相对定向的其它表示(例如，极坐标)。如图所示，围绕给定轴的旋转还表示为例如双曲线箭头Rx，其描绘了围绕物理x轴的旋转。
在本实施例中，图像传感器164可操作地互连到视觉系统处理器180，所述视觉系统处理器180含在位移传感器110的壳体112内。在替代实施例中，视觉系统处理器组件和/或过程中的一些或全部可以远离壳体(例如，在可能与显示器172相关联的互连平板电脑、膝上型电脑或PC上)。视觉系统处理器180根据下面进一步详细描述的说明性实施例执行位移传感器过程182。处理器180还可以从运动传送工具130或另一个移动装置(例如，保持位移传感器和/或物体的机架或操纵器)接收相对运动信号。与此些运动信号相关联地获取图像，使得照射线159与场景中的物理位置配准。图像可以存储在适当的存储器或存储位置188中，以便随后进行传输和/或分析。注意，具有相对运动与被检查物体的DS组合件的使用是可以采用本实施例的线生成系统的广泛应用的实例。例如，所描绘类型的DS组合件可以在各种应用中以静态配置使用——例如以在固定(没有相对运动)的物体上生成静态线剖面或横截面。由说明性实施例生成的散斑减少线有益于提高此些测量的精确度。
DS组合件110或另一个装置可以包含/并入适当的视觉系统工具和过程(处理器)183，例如边缘检测器、寻线器、模糊点分析器、测径器(caliper)等。这些工具和过程(处理器)183分析由传感器组合件164提供的3D图像，并基于此分析生成结果。作为非限制性实例，图像数据(即，距离图像或3D点云)和/或分析结果被发送到下游数据处理装置和过程，以用于各种生产活动，例如检查、质量控制、物体操纵、组装等。
处理器180或另一个模块可以包含镜/偏转器控制过程(处理器)190，其与光束偏转器驱动器155互连。本控制190以适当的循环速率(频率)操作偏转器，并且可以基于传感器组合件的获取帧速率，以确保每一帧成像对应于线性漫射器157上的光束152的完整迹线的照射线159的一系列实例。
II.一般性去散斑光束布置
虽然上述DS实施例提供了一种特定实施方案，其中可以有利地使用去散斑线来产生视觉系统结果，但是光束生成布置可以用于各种应用中的任何一种，包含测距器、3D拓扑扫描系统、激光水平仪、其它形式的三角测量系统等。图2和图3描绘了激光线生成系统200的一般性布置，其适于对照射线260进行去散斑，以获得线位移测量的更高精确度和一致性。
如图所描绘，发生器200包含具有适当功率输出和波长的激光器210。激光器210可以是固态的基于二极管的装置或具有相对紧凑设计和外形尺寸的另一个适当单元。固有地，激光器投射光的准直光束212，其在任何适当的波长(包含近可见UV和IR)中是时间和空间相干的。
输入光束212沿输入路径被引导到光束偏转器(任何形式的镜/反射表面或固态扫描发生器)220，其将光束212的全部或几乎全部偏转到以轴CA为中心展示的输出路径中。说明性地，输出路径的轴CA相对于输入光束212以90度(直角)角度AL定向。角度AL在替代实施方案中高度可变。光束偏转器沿一个轴以往复运动(例如，旋转)移动。光束偏转器220可以包括任何机械或固态机构，用于将光束的反射路径从中心轴CA转向。说明性地，光束偏转器220可以是微机电系统(MEMS)镜、检流计镜、声光调制器(AOM)、或包含铌酸锂(LiNIBO3)的其它装置或材料、或将反射的输出光束(在扫描扇230的一端展示为射线320)的扫描(图3中的双箭头310)生成为平面扫描扇230的任何东西。
在本实施例中，光束偏转器220的扫描(由双曲线箭头224表示)围绕枢轴222定向，所述枢轴222以输入光束212为中心。驱动电路和/或机构240可操作地连接到偏转器220。驱动器应是适合于用于实现偏转器的技术的电路和/或机构——这对于技术人员来说应该是清楚的。如下所述，驱动器和偏转器共同能够以足够高的速率和幅度(左-右)循环光束扫描和所得光束迹线(成为扫描扇230)，以在一个曝光时间(例如，一个获取的图像帧)内提供照射线260的足够随机的散斑图案，使得成像图案中的散斑可视地平均到平滑线。例如，光束320以每图像帧(左-右-左周期310的)至少1/2周期的速度移动，使得成像场景290(或130+140)内的全长的照射线260的图像由图像传感器(例如，160)捕获。如果正在使用较短的扫描，例如，每图像帧(左-右-左周期310的，例如，左-中，右-中等)1/4周期，则散斑平均的质量降低。例如，上述1/4周期扫描的散斑平均质量将是上述1/2周期扫描的散斑平均质量的71％(或
Figure GDA0002169130870000101
)。
系统200还包含任选的圆柱透镜250或类似的光学结构。它作为场透镜操作以通过集中来自扫描光束320的所有光来提高效率。透镜250使整个长度的所得照射线260在待成像的物体290处在照射强度和散斑平均方面更均匀。由于透镜250是任选的，因此它在替代实施例中可以省略。在替代实施例中，透镜功能可以被内置到全息图中或者被工程设计到线发生器中。如下面进一步描述，本文使用“线发生器”来表示线性漫射器(例如，具有指定强度剖面的工程线性漫射器、全息图、啁啾衍射光栅和/或圆柱阵列，其被设计成将入射光漫射成仅在一个维度上扩散的漫射光)或与其它有助于形成平面光扇的其它组件组合的(例如，集成的)线性漫射器。
系统200包含线发生器270，其可以包括常规或定制设计的线性漫射器。线发生器270被说明性地实现为具有平顶强度剖面的工程漫射器。它适于主要在一个方向上(通常与照射线260的方向对准)扩散，或者如本实施例中所考虑仅在一个方向上扩散。作为非限制性实例，线性漫射器可购自纽约州罗契斯特的RPC Photonics公司，即具有适当参数的工程漫射器(Engineered DiffuserTM)线(EDL)。例如，型号EDL-40-A限定了+/-20度的线扩散，在本角度范围内具有相对恒定(平顶)强度，并且在平顶的任一侧上快速下降到零强度。由线性漫射器进行的散射沿夹角相对均匀。其它型号允许更小或更大的线扩散角度(例如，多达+/-60度——共120度)。值得注意的是，漫射器散射仅沿一个自由度，并且实际上不发生横向于所述一度散射。这确保照射线260不增厚/增宽，并且垂直于扇平面的光扇的厚度基本上等于所用激光的高斯剖面。应当注意，如果激光光束在线性漫射器270(工程、全息或其它)处固定，则线性漫射器产生关于物体290的大量客观散斑以及对照射剖面260的均匀性有害的其它衍射和折射伪影，对于所有观察器来说，所有这些都是固定的并且外观相似。相反，主观散斑——所公开技术的主要主题——针对不同的观察器孔径和位置而变化。跨漫射器270的光束320的扫描310将本客观散斑和其它伪影平均到(i)所成像的物体290处的照射线方向上的均匀强度剖面，以及(ii)基本上等于垂直于扫描方向的原始的激光光束212的剖面的光束剖面，并且所述剖面在扫描方向上将是恒定的。
在替代实施例中，线发生器270可以包括全息漫射器或另一种类型的漫射器，其使穿过其中的光束沿主要方向(线260)分成多个光束。这由图3中的光束320表示，其被线发生器270分成沿工作部分的至少一部分(例如，一段长度的照射线260)分布的多个光束330。在图2-3中所示的实例中，透镜250和线发生器270的组合经布置并配置成使得多个光束330形成漫射光扇图案330F，其沿照射线260的第一实例与物体290交叉。当光束310扫描通过其路径时，图案继续，如光束340和350所表示。例如，光束340形成另一个漫射光扇图案340F，其沿照射线260的另一个实例与物体290交叉，并且光束350形成又一个漫射光扇图案350F，其沿照射线的又一个实例与物体交叉。本效应用于平均照射线260的漫射器生成实例内的散斑，并且产生照射线260的一致且精确的累积图像。换句话说，照射线260的成像实例的所有点在曝光间隔(例如，图像帧)都非相干地相加以形成完整线的视觉资料。
扫描扇230在轴CA的任一侧上的扫描角θ是高度可变的并且可以(部分地)基于线发生器270的尺寸和光束偏转器220的扫描角224。作为非限制性实例，角度θ可以在20与30度之间(例如，在一个MEMS实施方案中)，并且照射线260可以限定大约1米的工作部分(长度)。作为另外的实例，光束偏转器(例如，在一个MEMS实施方案中)220的镜面可以限定大约1.0毫米的直径。说明性地，MEMS可以设置为以其固有频率操作。作为实例，此MEMS镜的固有频率可以在大约20KHz的范围内。应当注意，MEMS实施方案可以由适当的制造商以技术人员清楚的方式根据用户的规范制造。
虽然展示并描述了驱动或固态光束偏转器，但是可以考虑，光束源可以经由(例如)线内组件(例如，棱镜和/或折射结构)循环驱动或偏转。例如，音圈可以并入到激光二极管中，使其沿所述自由度振荡。因此，通常可以考虑，光束源可以沿一个角度或维度提供循环振荡光束320，以生成扫描扇230。本振荡光束320通过线发生器270，其中它经由其沿所述自由度的固有散射向外扩散到线发生器的夹角，以形成平面扇280，即一系列漫射光扇图案330F、……、340F、……、350F。
图4描绘了一种布置400，其中激光器410由适当的驱动器电路或控制430以循环振荡方式(双曲线箭头422)绕轴420驱动。激光器410发射准直光束441，可以安装在弯曲部分、音圈或类似组件上，使其能够沿某一自由度移动准直光束，以便相对于中心轴442描绘平面(扫描扇)图案440。在另一个实施例中，可以安装激光器的线内光学组件(例如，棱镜和/或透镜)，以便以循环方式移动准直光束441。描绘平面图案440的振荡光束441被发送通过线发生器450。如本文所述，“线发生器”用于表示线性漫射器(其被设计成将入射光漫射成仅在一个维度上扩散的漫射光)或与有助于形成平面光扇的其它组件组合的(例如，集成的)线性漫射器。光束441由此沿一个自由度散射，并且形成漫射光扇图案451的相应实例，其作为线段461投射到工作表面460上。当光束441描绘平面图案440时产生的线段461的一系列重叠实例产生了散斑减少线462。这里，散斑减少线462表示作为漫射光扇图案451的一系列重叠实例产生的平面漫射光扇480与工作表面460的交叉点。场透镜或其它聚焦结构可以包含在激光器410与线发生器450之间的线内，或者可以形成在线发生器中。在替代实施例中，可以省略透镜。术语“振荡激光源”应广义地包含移动激光器和/或激光器的线内光学组件或如上所述的具有光束偏转器的激光器——或此些组件的组合。
III.距离和组件定位
应当清楚的是，线生成系统200或400的上述组件(激光器、光束偏转器或用于使光束周期性振荡的其它机构、任选的透镜和线发生器)可以以为所需任务提供所需形状因子和功能的方式以精确和稳定的相互关系不同地组合到一或多个壳体/外壳中。外壳可以由任何适当的材料构造，包含聚合物(例如，聚碳酸酯、丙烯酸等)或金属(例如，铝合金、钢、镁合金等)。组件之间的距离和尺寸可以以技术人员清楚的方式基于对应于照射线的长度的工作部分和从光束发生器270或450到工作表面的工作距离。
图5展示了线生成系统500的一个实例的图，其中激光器和光束偏转器(或更一般地，振荡激光源)含在单个单元(例如，电路板)510中，所述单元被互连到电源。激光器以预定频率F提供相对于中心轴520+/-θ度的扫描，所述预定频率F可以基于系统控制器与相关界面之间的通信而变化。振荡激光源510与(任选的)圆柱透镜和线发生器(线性漫射器)组合件530隔开距离DL。θ和DL的值决定了组合件530的所需最小宽度WLG，即WLG＝2tanθ*DL。(任选的)透镜和线发生器组合件530可以是单独的或者可以与激光源510组合在单个壳体(虚线框540)中。注意，在替代实施例中，透镜和线发生器可以沿轴520彼此分开。通常，线发生器与工作表面550之间的工作距离D0可能取决于应用以及照射线的期望最大长度LL和透镜和线发生器组合件530的几何形状而变化。长度LL还可以基于如图所示的沿所述自由度的线发生器中固有的散射夹角α来限定。例如，对于期望最大长度LL＝100mm，并且工作距离DO＝300mm，线生成系统500可以被设计成包含(i)光束偏转器，例如MEMS镜，其具有20kHz的谐振频率和任选的+/-15度的光学扫描角θ，和(ii)激光器(例如，150，210)，其在扫描方向上的光束腰直径为500微米1/e2。这里，具有最小宽度WLG＝10mm的线发生器组合件530与激光源510分开距离DL，所述距离DL足以使光束偏转器(例如，153或220)扫描激光光束距离WLG。如果光束偏转器扫描30°的夹角(2θ)并且在40个光束直径的线性漫射器530处的扫描需要20mm的WLG，则需要距离DL＝(WLG/2)/(tan(15°))＝37mm。此外，当最大散斑减少的最小获取时间(例如，曝光时间)是MEMS镜的整个循环周期(例如，在本情况中为50μs)的一半Δt＝25μs时，激光光束将以频率F(例如，20kHz)扫描。选择漫射器全散射角α，使得由线性漫射器530从固定激光光束形成的漫射光束将在工作距离DO处照射至少全线长度LL。在上面的实例中，α＝2*(atan((LL/2)/DO))＝18.9°。具有至少20°散射角的线性漫射器530将是足够的。如果不使用场透镜，则本角度应加倍，以确保连续照射和最大散斑减少。如果使用场透镜并且将其放置在线性漫射器附近，则其设计仅仅是圆柱透镜，其具有通过共轭s1＝DL＝37mm和s2＝DO＝300mm计算的焦距(f)。使用透镜方程(1/s1+1/s2＝1/f)来计算焦距。在本情况下，f＝32.9mm，并且透镜长度与漫射器长度WLG大致相同。
IV.光学效应
除了有利地减少散斑之外，本文提供的组件的布置还能够生成具有各种投射特征的线。图6展示了线生成系统600的一个实例，其中激光器和偏转器(或其它运动生成)组件610生成如上所述的扫描线扇620。扇620被发送通过光学组件630，所述光学组件630可以限定透镜和线性漫射器功能的任何组合。如上面所一般性描述，光学组件630可以包含(例如)圆柱阵列或衍射元件和/或允许生成特殊线效应的全息图。例如，衍射元件可以是具有自由光谱范围(FSR)的啁啾衍射光栅，其使平面扇640中的衍射线间距随着入射在线性漫射器630上的相干光620的扫描角而改变。如图所示，漫射射线640投射不连续的线650，其由虚线段652组成，所述虚线段652沿线轴由未照射的间隙654分开。这是可能生成的各种可能效应中的一种。例如，段的长度可能沿轴而变化(例如，通过使用全息图)。
在图7中，线生成系统600可以用于生成点之间有适当间隔的点图案700。同样，在图8中，线生成系统600可以用于生成由多条平行线810和820组成的线特征800。技术人员应清楚的各种光学组件(例如，定制全息图)可以用于将投射的扇分成多条线。如上所述，此些线可以被分为点、短划线等。
V.其它表面效应
虽然上述原理和实施例涉及散斑现象，但是前述内容可以应用于减少与反射照射线的某些表面修饰有关的不期望的光学效应。说明性地，具有小反射面的表面(例如，机加工金属、喷砂金属、喷珠金属、喷丸、闪光或金属涂漆饰面等)对于用典型的激光线源精确测量可能是具有挑战性的。由于典型的激光线源通常是从点光源生成的，因此它趋于生成可能使图像传感器(或其它光接收组件)饱和的随机亮点或闪光并降低成像/检测线的质量。本效应可以被称为“闪光”，并且它产生类似于上述散斑所经历的光学缺点。因此，出于本说明书的目的，术语“散斑”应广义地包含闪光。注意，闪光可以在任何类型的光的反射下发生，而散斑通常是反射相干光所特有的。上述线发生器(例如，线性漫射器)的实施方案用于显著减少闪光效应。在这方面，漫射器的作用类似于实现阴天照射的常规漫射器——然而，在本实例中，由线发生器产生的漫射效应发生在单个维度上(平行于照射线)，从而闪光生成表面上的线质量不会降低，并且成像线质量得到增强。
说明性地，可以使用上述各种布置(例如，线发生器(包括线性漫射器、全息图和/或衍射阵列)与光源(相干光或另一个准直光源)的组合)来实现照射线或类似的线生成光源中的闪光效应的减少，所述光源被发送到移动偏转器(例如，MEMS或固态装置)。可替代地，可以根据一个现有技术实施方案将光束发送到扇生成光学组件(例如，鲍威尔透镜)并然后通过线发生器。
VI.扫描实施
图9展示了根据一个实施例的DS系统900，其中所生成的平面扇910以在大致正交于平面扇的方向上扫描的方式投射在场景/物体上，从而消除了对单独的运动生成机构(在DS和/或物体上操作)的需要，以实现在预定工作距离上的扫描。处理器布置类似于参照图1描述的处理器布置(即，视觉系统处理器180)。然而，如下所述，镜控制190和(例如，传感器过程182和/或视觉工具)适于允许集成扫描。在一个实施例中，可以使用市售的基于二极管的激光器(例如，大约40mW)。投射线可以是红色或另外一种所需波长。
DS系统900包含相机组合件920和图像传感器924，所述相机组合件920包含沿光轴OA1限定的光学器件套装(即，透镜组合件)922。作为非限制性实例，光学器件套装922可以在DS 1050位移传感器(可购自马萨诸塞州纳蒂克的康耐视公司(Cognex Corporation))上建模。本示范性实施例中的图像传感器924是2D传感器，其获取由两个正交轴(下面描述)限定的工作部分的图像。值得注意的是，透镜组合件922的透镜平面(虚线OP)以相对于成像场景的一般性平面(由线PS表示)锐角AOP定向，范围在大约20与30度之间。传感器924的图像平面(虚线SP)以锐角ASP(相对于场景PS的平面)定向，其通常比光学器件角AOP浅，例如在10到15度的范围内。选择角度AOP和ASP以使由工作部分内的相机组合件920成像的线一般地遵循沙姆定律，其中线在图像传感器924处看起来在工作部分的近范围与远范围之间的厚度相对恒定(见下文)。
DS系统900封装在适当的壳体930中，所述壳体930以适当的空间关系保持组件并且可以允许使用支架等相对于场景安装系统。壳体930包含固态激光器组合件(或用于投射相似相干光的其它机构)。本实施例中的激光器在所描绘的向下方向上将适当厚度的铅笔状光束940递送到偏振分束器942中，所述偏振分束器942以所示的偏振状态以90度角反射所得光束944。在替代布置中，在激光器具有不同尺寸或壳体形状因子时，激光器可以被直接引导到偏振器、分束器组合件950或其它结构光/调节组件中。偏振光束944被引导到具有分束镜952的分束器组合件950中，所述分束镜952再次将所得光束954向上反射通过(例如，1/4λ)波片956。向上反射的光束954被投射到MEMS镜960上，所述MEMS镜960由安装在调节板组合件964上的(PCB)电路板962驱动。PCB被控制为上述处理器镜控制的一部分。调节板组件允许制造商对镜进行精细倾斜调节，以确保使用(例如)固定螺钉正确对准。整个镜安装布置966固定在壳体930内，使得它通常没有振动和游隙，从而允许光轴OA1与照射线之间的相对角度保持稳定。
值得注意的是，本实施例中的MEMS镜可以包括多轴(两个自由度)设计，作为非限制性实例，其可购自台湾的先进微系统(Opus Microsystems)。某些型号(例如，OP-6111)在快速方向(+/-20度)上具有22,000Hz的固定扫描频率，在慢速方向(+/-15度)上具有1,400Hz的固定扫描频率。其它即将市售的镜(例如，OP-6200)使用电压波形信号支持18,500Hz的快速扫描频率(+/-22度)和可控制的慢速扫描频率(+/-12度)。每个枢轴的所述操作角度范围是示范性的，并且在实践中，DS工作部分将存在于整个角度范围的子集中。
所得光束(虚线970)由MEMS镜960反射通过波片956，并通过偏振分束器镜952。然后光束进入(例如)圆柱透镜/线性漫射器组合件980。如上所述以及下文进一步描述，线性漫射器采用本文所述的原理将光束970扩散到所需的平面扇910中。值得注意的是，偏振光束分光器942和λ/4波片956的组合有效地消除了光学路径内的所有背反射。光学路径还(在适当的位置)包含薄掩模，其衰减错过MEMS镜并且从MEMS镜周围的反射表面以及λ/4波片956前表面和偏振分束器952后表面反射的光。这些特征显著降低了制造期间系统的对准要求。
还参考图10，其展示了DS系统1000的一个实例，其详细描述了根据图9的DS系统900的扫描激光器布置的操作理论。如图所示，激光源1010沿轴将光束1012投射到枢转(MEMS)镜组合件1020。镜组合件1020围绕两个正交轴1030和1032(通常相对于彼此以直角定向)振荡(双曲线箭头1022和1024)。通常，镜组合件1020围绕轴1032的旋转生成扇图案，其也被称为扫描扇。扫描扇由三条线1050、1052和1054表示，并且本扫描扇的特性在上面结合扫描扇154、230进行了描述。扫描扇形式的激光被引导通过(任选的)圆柱透镜1070和线性漫射器1072。对于三条线1050、1052和1054中的每一条，透镜1070和漫射器1072的组合生成相应的漫射光扇图案1080F(由线1080形成)。以这种方式，扫描光束1050-1054有效地将平面扇1085(由漫射光扇图案1080F的一系列实例形成)投射到表面1090上，使得平面扇与表面的交叉点限定了去散斑照射线1082。通过镜1020在快速扫描方向上的振荡生成去散斑照射线1082(双箭头1092)。如上所述，在某些实施例中，快速扫描可以振荡超过20,000Hz。值得注意的是，镜组合件1020还在慢速扫描方向(双箭头1094)上围绕轴1030通常以1,000-2,500Hz或更小振荡，使得整个平面扇1085和去散斑照射线1082沿慢速扫描方向(1094)扫描。进一步参考图11，在图11中进一步描绘了DS系统1000。本描绘展示了工作部分1110，其中基本上均匀的线(由边界1120界定)投射在表面1090上。还描绘了近工作部分NW和远工作部分FW，并且由于为光学器件套装920的组件选择的角度，投射的照射(激光)线在整个(慢速)扫描范围(双箭头1094)中显得是基本上均匀的。
虽然线性漫射器1072被展示为在光学路径内的圆柱透镜1070下方，但是可以考虑，线性漫射器可以位于路径内的其它位置。例如，它可以位于镜组合件1020与透镜1070之间(图10中的位置1096)或技术人员应清楚的其它适当位置。同样地，尽管采用了偏振器和/或分束器，但是可以以技术人员清楚的方式省略或改变这些组件以适应DS的性能要求和/或内部布局。
图12展示了投射在表面1210上的示范性扫描图案1200(为了说明的目的展示为平面的/平的)。MEMS镜组合件在快速扫描方向(双箭头1222)上生成线，其在慢速扫描方向(双箭头1224)上沿表面1210扫描，以便覆盖工作部分。描绘了一系列扫描线1232，其展示了从其确定剖面的每个获取的图像帧中的线。在镜在慢速方向上以相对快的速率扫描(例如，MEMS镜在所述方向上以谐振模式扫描)的实施例中，可以考虑，在某些实施例中可以脉冲或关闭激光器，以避免在由图像传感器获取时线的模糊。例如，在快速扫描1222方向上以20kHz扫描并且在慢速扫描方向1224上以2KHz扫描的MEMS镜将要求线性漫射器1072旋转5.7°(atan(2/20))，以在其在两个方向上被引导时大致地补偿线1232的中心部分的倾斜。在本实例中，仅在扫描基本上垂直于漫射器1072的漫射特征移动的情况下，激光器1010将仅针对在一个方向上的扫描的中心80％开启。此外，在本实例中，激光器1010将是以10kHz的速率循环，占空比小于40％并且与镜1020的扫描同相。空间采样与任何其它线扫描系统没有区别。在x或照射线方向上，通过用(i)投射在被测试部分1210(PUT)上的像素数Np除以(ii)投射像素线的长度Lp来求解采样分辨率Sx。Sx＝Lp/Np。在我们的实例中，如果投射像素线的长度是100mm并且线由1000个像素构成，则x或照射线方向上的空间采样是1/100微米。在y方向或垂直于线的方向上，空间采样Sy等于样本之间的距离Ds。Sy＝Ds。在我们的实例中，如果线在每次曝光后前进1mm，则空间采样将为1/1mm。空间分辨率Rx和Ry也在具有微分器的标准成像系统中计算，其中除了成像系统模糊点卷积之外，扫描(扫描平均)线的y方向上的线宽也必须卷积，与任何激光线三角测量系统一样。然而，更一般地可以考虑，可以控制慢速扫描速率以允许由图像传感器以其操作帧速率精确地获取的扫描。例如，利用具有慢轴1224的线性控制的MEMS镜，扫描线可以步进到待测量的位置，然后保持在所述位置达积分/曝光时间。为了实现最大散斑减少，最小积分时间应大于或等于MEMS镜的快轴1222的整个循环周期的1/2。在20kHz镜的情况下，这应是25微秒。具有场透镜1070的系统可以使用更短的时间，因为照射线1232在零件1210上是固定的(在线方向上)。对于最小时间的每次减半，较短的积分时间将导致散斑对比度增加二的平方根。积分完成后，传感器关闭并读出，并且MEMS镜可以在读出期间推进线。空间采样如上。获取速率应足够高，以便在跨表面扫描时以最小模糊捕获线。线的位置(沿y轴方向)可以基于镜控制从镜的运动导出，并用于确定工作部分内的线的相对位置(沿y轴方向)。例如，如果镜被命令与其标称位置成5度角，则反射定律预测光束将被偏转两倍所述角度或2X 5°＝10°。可以从先前校准的电压查找表(在静电MEMS和检流计的情况下)或电流查找表(在电磁MEMS的情况下)通过开环确定镜偏转角。知晓本角度可以用于调节通过标准三角测量技术计算的剖面的高度。如上所述计算空间采样和分辨率。可替代地，线的相对位置(沿y轴方向)与工作部分的近和远边界可以用于确定线的相对位置。例如，如果扫描小于视场的零件，并且测量区域的背景是平板，则延伸到所述零件之外的线的部分可以用于精确地确定每个照射平面必须通过的线。由于所有这些平面必须通过激光光束和MEMS镜的交叉点，所以完全确定了平面的完整位置。如上所述计算空间采样和分辨率。DS的内部校准用于精确地计算任何获取的线在高度(z轴)方向上的剖面。
在另外的实施例中，可以使用任选的第二线性衍射元件将线沿y轴方向扩散成多条线。这允许多行扫描图像，从而生成多个剖面。在实线1232之间描绘了虚线扫描线1230，其表示单个获取的图像帧内的线的分组。这允许在每个图像帧中获取多个剖面，从而加速整个扫描过程。例如，简单扫描将沿零件扫描一条线。每个相机帧将为每个图像收集一个剖面。零件上的n条均匀间隔的线只需要在零件上移动1/n距离或在镜处移动1/n角度。每个相机帧将读取n条线并获得n倍数据。所需的帧的数量现在是单次扫描所需帧数的1/n。在y上以100微米的空间分辨率扫描的100mm零件将需要1000个图像和5秒(假定帧速率为200Hz)。如果我们投射10条线，则我们只需要100个图像和1/2秒。
参考图13，所描绘的图像1300展示了两条获取的线1310和1320。上线1310是使用(例如)鲍威尔透镜生成的典型散斑线。注意通常不均匀的边缘和降低剖面精确度的粒装纹理。使用上述DS布置生成下线1320。它是基本上更加均匀且明确的、获得更好的剖面精确度、更亮的照射以及因此更快的物体扫描。作为实例，上线1310表现出0.240像素rms宽度方差1σ，而下线1320表现出0.074像素rms宽度方差1σ。这是来自根据所公开技术构建的第一原型的第一测量数据。我们具有在我们的早期试验台的本底噪声(5％)的条件下的测量散斑对比度，并且具有在漫射器到零件距离为1米、漫射器扫描长度仅为25mm并且没有场透镜的情况下的小于10％散射对比度的粗略测量。
现在参考图14，其展示了根据示范性实施例的描述DS(例如，900)的操作的一般性流程图1400。在步骤1410中，镜控制使用适当的输入——例如恒定和/或调制电压——以第一(快)速率在第一方向上驱动MEMS镜，并且以第二(慢)速率在基本上正交于第一方向的第二方向上驱动MEMS镜。在步骤1420中，可以(任选地)脉冲或关闭投射光束以允许减少模糊，其中慢速扫描速率高于可以处理的传感器获取速率。在步骤1430中，镜控制可以向视觉过程(处理器)提供关于慢速率的信息，从而可以确定沿y轴的线的位置。通过确定获取的线在图像帧中的相对位置与工作部分的界限，和/或通过每次获取的时机，以及知晓镜(和线)在每个图像帧中移动的距离，可以经由获取的图像导出本信息。在步骤1440中，投射在场景中的物体上的线生成由图像传感器成像的剖面。在步骤1450中，使用剖面基于内部校准数据以及慢速扫描速率或为剖面切片提供y轴位置的其它数据来计算所述切片处的物体高度。在步骤1460中，将物体的整个剖面存储和/或发送到下游过程，所述下游过程使用所述信息进行进一步分析和/或任务——例如零件检查。
应清楚的是，DS(例如，900)可以适当地进行尺寸设计以适合所需视觉系统任务。技术人员应清楚，可以向上或向下缩放相关组件以提供执行任务所需的功能。
VII.另外的布置和应用
根据本文的教导，可以提供散斑减少照射线的各种其它用途和/或实施方案。在图15中，DS系统1500的一个实例包含散斑减少照射线生成系统1510，其中如上所述的激光源1511将准直光束1512投射到线发生器1520中，所述线发生器1520包括上述形式的线性漫射器。还可以提供如上所述的各种光学器件、滤波器、偏振器、分束器等。线发生器1520可操作地连接到移动元件(振荡驱动器)1530，其在至少一个平面内引起振荡(例如，循环)移动(双箭头1532)。移动元件可以是基于MEMS的组件、音圈或任何其它可接受的驱动系统(例如，基于电磁原理操作)。线发生器1520的运动(1532)在所描绘的扇1542与工作表面1541的交叉点处产生照射线1540。线发生器1520通过光束1512的扩散和位移的组合产生所描绘的扇1542。系统1510由适当的电源和控制器供电，如上所述。
在图16中，DS系统1600的一个实例包含线生成系统1610，其具有激光源1620、移动元件1630、线发生器1640和光束偏转器(以虚线形式展示为任选的)1650。移动元件1630可以驱动如上面的DS系统1500(图15)中描述的线发生器1640，或者可以提供固定线发生器元件(线性漫射器等)并且光束偏转器(例如，由移动元件移动的镜)1650可以从准直光束生成所描绘的扇1660。本实例中的术语“线发生器”可以限定与移动元件(即图15实施例)直接组合的漫射(或其它)光学元件或与光束偏转器(例如，MEMS镜实施例)组合的固定安装有移动元件的漫射元件。因此，光束偏转器1650被描绘为组合(支架1652)到线发生器1640中，因为在某些实施例中这两个组件可以被统称为“线发生器”。值得注意的是，根据本文的各种布置的线生成系统(1610)可以用于除机器视觉之外的应用，其中需要投射去散斑和/或更均匀的线。如图所示，照射线1670是所描绘的扇1660与远表面1680的交叉点，所述远表面1680与线发生器1640间隔开工作距离DD，所述工作距离DD在各个实施例中可以是数厘米、数米或数十米(以及其它距离)。例如，线生成系统可以在建筑应用、勘测、定位等方面生成更均匀且更清晰的线。
更一般地，根据本文的各个实施例的线生成系统可以用作用于机器视觉(视觉系统)和/或其它应用的照射系统。图17展示了DS系统1700的一个实例，其中根据本文的任何实施例或布置的线生成系统1710可以用于照射2D成像实施方案中的场景/物体1720。所提供的照射有利地是更清晰且更良好限定的。它也更加均匀的并且具有附加的优点：本质上允许照射线1730(形成为平面扇1732和场景/物体1720的交叉点)围绕障碍物弯曲，并且通常抵抗基于表面缺陷(刮痕-凹陷)的变形等。通过布置具有沿多个轴(即多个自由度)振荡的光束偏转器(例如MEMS镜)的线生成系统1720，可以将照射提供为图像传感器SI的工作部分内的区域1740。传感器SI可以是相机系统1750的一部分，所述相机系统1750可以经由分束器等布置，以具有与平面扇1732同轴/共面的图像轴OAI。线的振荡可以以足够快的速率控制，如图像传感器SI将其视为单个照射区域(以相加的方式)。可替代地，相机1760可以限定平行于平面扇1732的平面对准的轴OAI1。通常，某些DS单元还可以利用由照射线1730促进的2D灰度测量，因为它还提供高度位移数据。散斑减少和照射线1730的均匀性增加提供了场景/物体的更精确的灰度再现。
在一些实施方案中，可以根据以下方面配置一种用于减少照射目标反射的光中的散斑效应的照射设备。
在一般方面1中，一种照射设备，其包括：
光源，其经配置以发射相干光；
线性漫射器，其位于照射目标与所述光源之间的光学路径中，所述线性漫射器经配置以将所述相干光漫射成在一个维度上跨所述照射目标的至少一部分扩散的漫射光，其具有所述漫射光照射所述照射目标的相关曝光时间，其中所述漫射光形成平面光扇，所述平面光扇通常在垂直于所述一个维度的方向上不增宽；
光束偏转器，其位于所述光源与所述光学路径上的所述线性漫射器之间；和
控制器，其与所述光束偏转器耦合；
其中所述控制器经配置以操作所述光束偏转器，以引导入射在所述光束偏转器上的所述相干光在所述漫射光照射所述照射目标的所述曝光时间内跨所述线性漫射器上的不同位置扫描；并且
其中所述不同位置横跨跨所述线性漫射器的距离，所述线性漫射器在从所述平面光扇与所述照射目标的交叉点反射的光中在图像传感器处提供足够的不相关散斑图案，以在所述图像传感器在所述漫射光照射所述照射目标的所述曝光时间内成像时非相干地相加。
根据方面1的方面2，其中所述光源包括激光器。
根据方面1或2的方面3，其中所述光束偏转器包括微机电系统(MEMS)镜。
根据方面1或2的方面4，其中所述光束偏转器包括声光调制器(AOM)装置。
根据方面1到4中任一方面的方面5，其包括圆柱透镜，所述圆柱透镜位于所述线性漫射器与所述光束偏转器之间的所述光学路径中，以作为场透镜操作，以通过集中被引导到所述线性漫射器的所有所述相干光来提高效率。
根据方面1到4中任一方面的方面6，其包括圆柱透镜，其中所述线性漫射器位于所述光束偏转器与所述圆柱透镜之间，并且其中所述圆柱透镜经配置以作为场透镜操作，以通过集中被引导到所述照射目标的所有所述漫射光来提高效率。
根据方面1到6中任一方面的方面7，其中所述线性漫射器包括沿所述一个维度具有平顶强度剖面的工程漫射器。
根据方面1到6中任一方面的方面8，其中所述线性漫射器包括具有自由光谱范围(FSR)的啁啾衍射光栅，其使所述平面光扇中的衍射线间距随着入射在所述线性漫射器上的所述相干光的扫描角而变化。
根据方面1到6中任一方面的方面9，其中所述线性漫射器包括全息图或圆柱阵列。
根据前述方面中任一方面的方面10，其中
所述线性漫射器相对于所述光束偏转器的基部固定，并且
所述控制器经配置以操作所述光束偏转器，以相对于所述线性漫射器在循环的左-右-左扫描中引导所述相干光，使得所述相干光在所述漫射光照射所述照射目标的所述曝光时间内被引导通过所述左-右-左扫描的左-右半部或右-左半部。
在一些实施方案中，可以根据以下方面配置一种激光位移测量系统。
在一般方面11中，一种激光位移测量系统，其包括：
视觉系统处理器；
相机组合件，其与所述视觉系统处理器耦合；
激光光束组合件，其与所述视觉系统处理器耦合，所述激光光束组合件经配置以发射相干光；
光束偏转器，其被定位以接收所述相干光；
控制器，其与所述光束偏转器耦合；和
线性漫射器，其位于照射目标与所述光束偏转器之间的光学路径中；
其中所述控制器经配置以操作所述光束偏转器，以引导入射在所述光束偏转器上的所述相干光跨所述线性漫射器上的不同位置扫描；
其中所述线性漫射器经配置以将在所述不同位置处从所述光束偏转器接收的所述相干光漫射成在一个维度上跨所述照射目标的至少一部分扩散的漫射光，其具有所述漫射光照射所述照射目标的相关曝光时间，其中所述漫射光形成平面光扇，所述平面光扇通常在垂直于所述一个维度的方向上不增宽；并且
其中所述不同位置横跨跨所述线性漫射器的距离，所述线性漫射器在从所述平面光扇与所述照射目标的交叉点反射的光中在图像传感器处提供足够的不相关散斑图案，以在所述图像传感器在所述漫射光照射所述照射目标的所述曝光时间内成像时非相干地相加。
根据方面11的方面12，其中
所述线性漫射器相对于所述光束偏转器的基部固定，并且
所述控制器经配置以操作所述光束偏转器，以相对于所述线性漫射器在循环的左-右-左扫描中引导所述相干光，并且所述控制器经配置以操作所述光束偏转器以将所述相干光在所述漫射光照射所述照射目标的所述曝光时间内引导通过所述左-右-左扫描的左-右半部或右-左半部。
根据方面11或12的方面13，其中所述线性漫射器包括沿所述一个维度具有平顶强度剖面的工程漫射器。
根据方面11或12的方面14，其中所述线性漫射器包括圆柱阵列。
根据方面11或12的方面15，其中所述线性漫射器包括全息图。
根据方面15的方面16，其中所述全息图经配置以以非连续图案将所述平面光扇投射到所述照射目标上。
根据方面16的方面17，其中所述非连续图案包括点和由非照射间隙分开的线段中的至少一种。
根据方面11或12的方面18，其中所述线性漫射器包括具有自由光谱范围(FSR)的啁啾衍射光栅，其使所述平面光扇中的衍射线间距随着入射在所述线性漫射器上的所述相干光的扫描角而变化。
根据方面11到18中任一方面的方面19，其中所述光束偏转器包括微机电系统(MEMS)镜。
根据方面11到18中任一方面的方面20，其中所述光束偏转器包括声光调制器(AOM)装置。
根据方面11到20中任一方面的方面21，其包括圆柱透镜，其位于所述线性漫射器与所述光束偏转器之间的所述光学路径中，并且经配置以作为场透镜操作，以通过集中被引导到所述线性漫射器的所有所述相干光来提高效率。
根据方面11到20中任一方面的方面22，其包括圆柱透镜，其中
所述线性漫射器位于所述光束偏转器与所述圆柱透镜之间，并且
所述圆柱透镜经配置以作为场透镜操作，以通过集中被引导到所述照射目标的所有所述漫射光来提高效率。
根据方面11到22中任一方面的方面23，其中所述激光光束组合件包括激光器。
根据方面11到23中任一方面的方面24，其中所述相机组合件经配置以
捕获从所述平面光扇与所述照射目标的所述交叉点反射的光，并且
从所述捕获的光生成图像数据。
根据方面24的方面25，其中所述视觉系统处理器经配置以
从所述相机组合件接收所述图像数据，并且
处理所述图像数据以对所述照射目标的区域执行测量和检查中的至少一种。
根据方面11到25中任一方面的方面26，其中所述相机组合件包括具有第一光平面的图像传感器和具有与所述第一光平面不平行的第二光平面的透镜组合件，所述第一光平面和所述第二光平面中的每一个被定向成相对于所述平面光扇遵循沙姆定律。
在一些实施方案中，可以根据以下方面配置一种用于在具有减少的散斑的工作表面上生成线的系统。
在一般方面27中，一种系统，其包括：
准直光束形式的激光源；
线发生器，其接收所述准直光束的至少一部分并将通过其的所述光投射到所述工作表面上作为线；和
移动元件，其使所述准直光束基本上在至少一个平面内以振荡运动方式移动。
根据方面27的方面28，其中所述激光源包括固定激光光束源，并且进一步包括可操作地连接到所述移动元件的移动光束偏转器。
根据方面28的方面29，其中所述移动元件和光束偏转器包括MEMS镜、检流计操作镜、音圈操作镜、压电操作镜和固态镜单元中的一种。
根据方面29的方面30，其中所述MEMS镜经布置成以两个基本上正交的自由度振荡，并且使得所述线沿第一方向生成，并且所述线在第二方向上沿所述工作表面移动。
根据方面28的方面31，其进一步在所述光束的路径内包括分束器和偏振器组合件，其通过所述分束器减少背反射并将所述光束重定向到所述光束偏转器中。
根据方面27到31中任一方面的方面32，其中所述线发生器是线性漫射器。
根据方面27到32中任一方面的方面33，其进一步包括场透镜，其为以下中的一种：(a)位于所述振荡激光源与所述线发生器之间，和(b)与所述线发生器一体并位于所述振荡激光源与所述线发生器之间。
根据方面27到33中任一方面的方面34，其中来自投射在所述工作表面上的所述线的至少一部分的光被传感器捕获，并且所述传感器从所述捕获的光生成图像数据。
根据方面34的方面35，其中处理器使用所述图像数据来对所述工作表面的区域执行测量和检查中的至少一种。
根据方面27到35中任一方面的方面36，其中所述工作表面限定待测量或检查的物体的至少一部分。
根据方面27到36中任一方面的方面37，其中所述线发生器适于构造激光位移传感器和照射源中的至少一种。
根据方面37的方面38，其中所述激光位移传感器可操作地连接到视觉系统处理器。
根据方面27到31和33到38中任一方面的方面39，其中所述线发生器包括具有线性漫射器、全息图和圆柱阵列中的至少一种的光学组件。
根据方面39的方面40，其中所述线发生器适于以下中的至少一种(a)以非连续图案投射所述线，和(b)以点和由非照射间隙分开的线段中的至少一种限定的图案投射所述线。
在一些实施方案中，可以根据以下方面实现一种用于生成具有减少的散斑的线的方法。
在一般方面41中，一种方法，其包括：
以准直光束形式投射激光源；和
将所述准直光束发送通过线发生器并发送到所述工作表面上作为线；和
使所述准直光束基本上在平面内以振荡运动方式振荡。
根据方面41的方面42，其中所述振荡包括将固定激光光束源投射到移动光束偏转器中。
根据方面41或42的方面43，其中所述发送包括使所述准直光束通过与所述线发生器对齐的场透镜。
根据方面41到43中任一方面的方面44，其进一步包括：利用传感器从投射在所述工作表面上的所述线的至少一部分捕获光，并且利用所述传感器从所述捕获的光生成图像数据。
根据方面44的方面45，其进一步包括：处理所述图像数据以对所述工作表面的区域执行测量和检查中的至少一种。
根据方面41到45中任一方面的方面46，其中所述工作表面限定待测量或检查的物体的至少一部分。
根据方面41到43中任一方面的方面47，其中所述振荡步骤包含使所述光束偏转器以第一速率绕第一轴振荡并且以第二速率绕基本上正交于所述第一轴的第二轴振荡。
在一些实施方案中，可以根据以下方面配置一种用于减少投射在表面上的线中的散斑效应和闪光效应中的至少一种的系统。
在一般方面48中，一种系统，其包括：
准直光源；
光学组件，其在中心光轴的每一侧上的一或多个预定角度内生成光扇；和
所述扇通过的线发生器，其位于所述光学组件与所述表面之间。
根据方面48的方面49，其中所述光学组件包括MEMS镜、固态偏转器和鲍威尔透镜中的至少一种。
在一些实施方案中，可以根据以下方面配置一种用于扫描表面以确定3D剖面的系统。
在一般方面50中，一种系统，其包括：
视觉系统相机，其沿光轴对所述表面成像；
准直光源；
MEMS镜，其接收所述准直光源并以相对于所述光轴的非平行角度将其投射到所述表面上；
镜控制器，其以至少两个正交自由度振荡所述MEMS镜，以便(a)在中心光轴的每一侧上的一或多个预定角度内沿第一方向生成光扇，并且(b)沿第二方向移动所述扇以使所述扇扫描表面；和
所述扇通过的线发生器，其位于所述MEMS镜与所述表面之间。
根据方面50的方面51，其进一步包括以下中的至少一种：(a)沿所述准直光源的所述光学路径定位的偏振分束器和偏振器，和(b)所述光学路径内的圆柱透镜。
根据方面50或51的方面52，其中所述线发生器包括线性漫射器。
根据方面50到52中任一方面的方面53，其中所述镜控制器在所述第一方向上以第一速率振荡所述MEMS镜，并且在所述第二方向上以慢于所述第一速率的第二速率振荡所述MEMS镜。
根据方面50到52中任一方面的方面54，其中所述视觉系统相机包含具有第一光平面的图像传感器和具有与所述第一光平面不平行的第二光平面的透镜组合件，所述第一光平面和所述第二光平面中的每一个都被定向成相对于由所述扇限定的平面遵循沙姆定律。
在一些实施方案中，可以根据以下方面配置一种用于在具有减少的散斑的工作表面上生成线的系统。
在一般方面55中，一种系统，其包括：
准直光束形式的振荡激光源，其在平面内以扫描循环运动方式移动；和
线发生器，其接收所述移动准直光束并将通过其的所述光投射到所述工作表面上作为线。
根据方面55的方面56，其中所述振荡激光源包括固定激光光束源和循环移动光束偏转器。
根据方面56的方面57，其中所述光束偏转器包括MEMS镜。
根据方面56的方面58，其中所述光束偏转器由检流计驱动。
根据方面56的方面59，其中所述光束偏转器是固态单元。
根据方面55到59中任一方面的方面60，其中所述线发生器是线性漫射器。
根据方面55到60中任一方面的方面61，其进一步包括位于所述振荡激光源与所述线发生器之间的场透镜。
根据方面61的方面62，其中所述场透镜与所述线发生器一体。
根据方面55到62中任一方面的方面63，其中所述线发生器安装在激光位移传感器中。
根据方面63的方面64，其中所述激光位移传感器可操作地连接到视觉系统处理器。
根据方面55到59和61到64中任一方面的方面65，其中所述线发生器包括具有线性漫射器、全息图和圆柱阵列中的至少一种的光学组件。
根据方面65的方面66，其中所述线发生器以非连续图案投射所述线。
根据方面66的方面67，其中所述非连续图案限定点和由非照射间隙分开的线段中的至少一种。
在一些实施方案中，可以根据以下方面实现一种用于生成具有减少的散斑的线的方法。
在一般方面68中，一种方法，其包括：
在平面内以扫描循环运动方式以准直光束形式振荡激光源；和
将所述准直光束发送通过线发生器并发送到所述工作表面上作为线。
根据方面68的方面69，其中所述振荡包括将固定激光光束源投射到循环移动光束偏转器中。
根据方面68或69的方面70，其中所述发送包括使所述准直光束通过与所述线发生器对齐的场透镜。
根据方面68到70中任一方面的方面71，其中所述发送包括使所述准直光束通过线性漫射器、全息图和圆柱阵列中的至少一种。
根据方面68到71中任一方面的方面72，其进一步包括在视觉系统传感器中接收来自所述工作表面(包含所述线)的反射光，并处理由所述视觉系统传感器生成的图像数据。
在一些实施方案中，可以根据以下方面配置一种用于减少投射在表面上的线中的散斑效应和闪光效应中的至少一种的系统。
在一般方面73中，一种系统，其包括：
准直光源；
光学组件，其在中心光轴的每一侧上的一或多个预定角度内生成光扇；和
所述扇通过的线发生器，其位于所述光学组件与所述表面之间。
根据方面73的方面74，其中所述光学组件包括MEMS镜、固态偏转器和鲍威尔透镜中的至少一种。
根据方面73或74的方面75，其中所述准直光源是激光器。
VIII.结论
应清楚的是，上述具有减少的散斑的线生成系统提供了用于各种任务的改进的投射线，其包含3D位移传感器和相关的视觉系统操作。光束偏转器或用于使源光束循环振荡的其它机构和线性漫射器在生成线方面的使用有效地消除了鲍威尔透镜或其它类型的线生成光学器件的使用。这具有降低系统成本和显著改善投射和成像线质量的优点。在某些实施例中2D扫描激光器的使用还有效地消除了对单独的用于扫描物体的运动生成组件(例如，运动台，传送器等)的需要。此外，通过将扫描激光器与漫射器结合使用，系统有效地模糊了光学器件组件的内表面和外表面上的任何异物缺陷(例如，灰尘和污垢)。这使得DS的制造质量更高。
前面已经详细描述了本发明的说明性实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和添加。上述各个实施例中的每一个的特征可以适当地与其它描述的实施例的特征组合，以便在相关的新实施例中提供多种特征组合。此外，虽然前面描述了本发明的设备和方法的多个单独的实施例，但是本文所描述的仅仅是对本发明原理的应用的说明。例如，也如本文使用，各种方向和定向术语(及其语法变体)，例如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”、“侧面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“向前”、“向后”等仅用作相对约定而不是相对于固定坐标系的绝对定向，例如重力的作用方向。另外，对于给定的测量、值或特性采用术语“基本上”或“大约”时，它是指在实现期望结果的正常操作范围内的量，但是包含由于固有的不精确性带来的一些变化以及在系统允许的公差(例如，1-2％)内的误差。还要注意，如本文使用，术语“过程”和/或“处理器”应广义地包含各种基于电子硬件和/或软件的功能和组件。此外，所描绘的过程或处理器可以与其它过程和/或处理器组合或者分成各种子过程或处理器。根据本文的实施例，可以不同地组合此些子过程和/或子处理器。同样地，明确地考虑，本文中的任何功能、过程和/或处理器可以使用电子硬件、由程序指令的非暂时性计算机可读介质组成的软件或硬件和软件的组合来实现。此外，如本文使用，术语“慢速”和“快速”，在它们涉及扫描速率时，是相对术语，并不旨在表示任何绝对速度范围——除非另有说明。因此，本描述仅旨在作为实例，而不是以其它方式限制本发明的范围。

Claims (14)

1.一种用于减少照射目标(120+130、290)反射的光中的散斑效应的照射设备(200)，所述设备包括(200)：
光源(150、210)，其经配置以发射相干光(152、212)；
线性漫射器(157、270)，其位于照射目标(120+130、290)与所述光源(150、210)之间的光学路径上，所述线性漫射器(157、270)经配置以将所述相干光(152、212)漫射成在一个维度上跨所述照射目标(120+130、290)的至少一部分扩散的漫射光(330F、340F、350F)，其具有所述漫射光(330F、340F、350F)照射所述照射目标(120+130、290)的相关曝光时间，其中所述漫射光(330F、340F、350F)形成平面光扇(158、280)，所述平面光扇(158、280)通常在垂直于所述一个维度的方向上不增宽；
光束偏转器(153、220)，其位于所述光源(150、210)与所述光学路径上的所述线性漫射器(157、270)之间；
圆柱透镜(156、250)，其位于所述光学路径上且经配置以作为场透镜操作，其中所述圆柱透镜(156、250)不同于所述线性漫射器(157、270)；以及
控制器(155、240)，其与所述光束偏转器(153、220)耦合；
其中所述控制器(155、240)经配置以操作所述光束偏转器(153、220)，以引导入射在所述光束偏转器(153、220)上的所述相干光(152、212)在所述漫射光(330F、340F、350F)照射所述照射目标(120+130、290)的所述曝光时间内跨所述线性漫射器(157、270)上的不同位置扫描；
其中所述不同位置横跨跨所述线性漫射器(157、270)的距离，所述线性漫射器(157、270)在从所述平面光扇(158、280)与所述照射目标(120+130、290)的交叉点(159、260)反射的光中在图像传感器(164)处提供足够的不相关散斑图案，以使得所述不相关散斑图案在所述图像传感器(164)在所述漫射光(330F、340F、350F)照射所述照射目标(120+130、290)的所述曝光时间内成像时非相干地相加以显著平均到平滑线；
其中所述圆柱透镜经配置以保持所述平面光扇(158、280)与所述照射目标(120+130、290)的所述交叉点(159、260)基本上固定在所述照射目标(120+130、290)上。
2.根据权利要求1所述的照射设备(200)，其中所述光源(150、210)包括激光器。
3.根据权利要求1或2所述的照射设备(200)，其中所述光束偏转器(153、220)包括微机电系统MEMS镜。
4.根据权利要求1或2所述的照射设备(200)，其中所述光束偏转器(153、220)包括声光调制器AOM装置。
5.根据权利要求1所述的照射设备(200)，其中所述圆柱透镜(156、250)位于所述线性漫射器(157、270)与所述光束偏转器(153、220)之间的所述光学路径中，以通过集中被引导到所述线性漫射器(157、270)的所有所述相干光(152、212)来提高效率。
6.根据权利要求1所述的照射设备(200)，其中所述线性漫射器(157、270)位于所述光束偏转器(153、220)与所述圆柱透镜(156、250)之间，并且其中所述圆柱透镜(156、250)经配置以通过集中被引导到所述照射目标(120+130、290)的所有所述漫射光(330F、340F、350F)来提高效率。
7.根据权利要求1所述的照射设备(200)，其中所述线性漫射器(157、270)包括沿所述一个维度具有平顶强度剖面的工程漫射器。
8.根据权利要求1所述的照射设备(200)，其中所述线性漫射器(157、270)包括具有自由光谱范围FSR的啁啾衍射光栅，其使所述平面光扇(158、280)中的衍射线间距随着入射在所述线性漫射器(157、270)上的所述相干光(152、212)的扫描角而变化。
9.根据权利要求1所述的照射设备(200)，其中所述线性漫射器(157、270)包括
全息图，其中可选地所述全息图经配置以不连续的图案(650、700)将所述平面光扇(158、280)投射到所述照射目标(120+130、290)上，其中所述不连续的图案(650、700)包括点和由非照射间隙(654)分开的线段(652)中的至少一种，或
圆柱阵列。
10.根据权利要求1所述的照射设备(200)，其中
所述线性漫射器(157、270)相对于所述光束偏转器(153、220)的基部固定，并且
所述控制器(155、240)经配置以操作所述光束偏转器(153、220)，以相对于所述线性漫射器(157、270)在循环的左-右-左扫描中引导所述相干光(152、212)，使得所述相干光(152、212)在所述漫射光(330F、340F、350F)照射所述照射目标(120+130、290)的所述曝光时间内被引导通过所述左-右-左扫描的左-右半部或右-左半部。
11.一种激光位移测量系统(110)，其包括：
权利要求1-10中任一项中的所述照射设备(200)；
视觉系统处理器(180)，其与所述照射设备(200)耦合；以及
相机组合件(160)，其与所述视觉系统处理器(180)耦合。
12.根据权利要求11所述的激光位移测量系统(110)，其中所述相机组合件(160)经配置以
捕获从所述平面光扇(158、280)与所述照射目标(120+130、290)的所述交叉点(159、260)反射的光，并且
从所述捕获的光生成图像数据。
13.根据权利要求12所述的位移测量系统(110)，其中所述视觉系统处理器(180)经配置以
从所述相机组合件(160)接收所述图像数据，并且
处理所述图像数据以对所述照射目标(120+130、290)的区域执行测量和检查中的至少一种。
14.根据权利要求11所述的位移测量系统(110)，其中所述相机组合件(160)包括具有第一光平面的所述图像传感器(164)和具有与所述第一光平面不平行的第二光平面的透镜组合件(162)，所述第一光平面和所述第二光平面中的每一个被定向成相对于所述平面光扇(158、280)遵循沙姆定律。
CN201880012343.6A 2017-01-19 2018-01-19 用于散斑减少激光线生成的系统和方法 Active CN110392817B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110835804.3A CN113721369A (zh) 2017-01-19 2018-01-19 用于散斑减少激光线生成的系统和方法

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762448250P 2017-01-19 2017-01-19
US62/448,250 2017-01-19
US15/675,629 US10620447B2 (en) 2017-01-19 2017-08-11 System and method for reduced-speckle laser line generation
US15/675,629 2017-08-11
PCT/US2018/014562 WO2018136818A1 (en) 2017-01-19 2018-01-19 System and method for reduced-speckle laser line generation

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110835804.3A Division CN113721369A (zh) 2017-01-19 2018-01-19 用于散斑减少激光线生成的系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110392817A CN110392817A (zh) 2019-10-29
CN110392817B true CN110392817B (zh) 2021-08-03

Family

ID=62841324

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880012343.6A Active CN110392817B (zh) 2017-01-19 2018-01-19 用于散斑减少激光线生成的系统和方法
CN202110835804.3A Pending CN113721369A (zh) 2017-01-19 2018-01-19 用于散斑减少激光线生成的系统和方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110835804.3A Pending CN113721369A (zh) 2017-01-19 2018-01-19 用于散斑减少激光线生成的系统和方法

Country Status (6)

Country Link
US (5) US10620447B2 (zh)
EP (2) EP3571463B1 (zh)
JP (2) JP7208144B2 (zh)
KR (1) KR20190116318A (zh)
CN (2) CN110392817B (zh)
WO (1) WO2018136818A1 (zh)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9605950B2 (en) * 2013-05-22 2017-03-28 Cognex Corporation System and method for efficient surface measurement using a laser displacement sensor
US10620447B2 (en) 2017-01-19 2020-04-14 Cognex Corporation System and method for reduced-speckle laser line generation
US10753726B2 (en) * 2017-03-26 2020-08-25 Cognex Corporation System and method for 3D profile determination using model-based peak selection
CA2962809C (en) * 2017-03-31 2019-02-26 Centre De Recherche Industrielle Du Quebec System and method for color scanning a moving article
CH713798A1 (de) * 2017-05-19 2018-11-30 Reishauer Ag Maschine zur Feinbearbeitung von verzahnten Werkstücken sowie Verfahren zur Vermessung von Kenngrössen eines Feinbearbeitungswerkzeugs.
US20190005663A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Adcole Corporation Method for reducing impact of surface texture in an optical scan and devices thereof
JP7219055B2 (ja) * 2018-11-09 2023-02-07 株式会社キーエンス 変位測定装置
JP7193308B2 (ja) * 2018-11-09 2022-12-20 株式会社キーエンス プロファイル測定装置
JP7240139B2 (ja) * 2018-11-09 2023-03-15 株式会社キーエンス 変位測定装置
EP3708948B1 (en) * 2019-03-12 2021-09-22 Sick Ag A light line triangulation apparatus
JP7263878B2 (ja) * 2019-03-27 2023-04-25 セイコーエプソン株式会社 光スキャナー、三次元計測装置およびロボットシステム
JP7279469B2 (ja) * 2019-03-28 2023-05-23 セイコーエプソン株式会社 三次元計測装置およびロボットシステム
CN114127617A (zh) * 2019-07-23 2022-03-01 埃博茨股份有限公司 用于具有高精度和实时对象跟踪的3d姿态测量的系统和方法
EP3779882B1 (en) * 2019-08-16 2022-07-20 Sick IVP AB Providing intensity peak position in image data from light triangulation in a three-dimensional imaging system
KR102290609B1 (ko) * 2019-11-19 2021-08-19 한국생산기술연구원 레이저 스캐닝 비전 측정 장치 및 방법
US11423242B2 (en) * 2019-11-20 2022-08-23 Zebra Technologies Corporation Methods and apparatus to provide radial aiming patterns
US11790656B2 (en) 2019-12-16 2023-10-17 Cognex Corporation Machine vision system and method with steerable mirror
US11647290B2 (en) 2019-12-16 2023-05-09 Cognex Corporation Machine vision system and method with steerable mirror
US10812727B1 (en) 2019-12-16 2020-10-20 Cognex Corporation Machine vision system and method with steerable mirror
US11276192B2 (en) * 2020-01-27 2022-03-15 Zebra Technologies Corporation Interleaved image capture for dimensioning system
EP3869793B1 (en) 2020-02-19 2022-10-12 Sick IVP AB Method for reducing effects of laser speckles
WO2021188867A1 (en) * 2020-03-20 2021-09-23 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Speckle-reduced illumination for improved scattering-based microscopy
CN112611338A (zh) * 2020-12-14 2021-04-06 航天智造（上海）科技有限责任公司 基于移轴镜头的大景深激光轮廓仪
CN112781507A (zh) * 2020-12-24 2021-05-11 山西大数据产业发展有限公司 冷轧钢板激光测厚智能分析系统及方法
EP4359994A1 (en) 2021-06-25 2024-05-01 Cognex Corporation Machine vision system and method with steerable mirror
CN113791086A (zh) * 2021-09-08 2021-12-14 天津大学 基于计算机视觉的扇形段叶片表面缺陷测量方法及装置
CN113805328A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 产生周期连续可调激光阵列线源的光学系统及其调节方法
KR102659164B1 (ko) 2021-10-22 2024-04-19 삼성전자주식회사 초분광 이미지 센서 및 그의 동작 방법
CN114353662B (zh) * 2021-12-31 2023-09-01 天津大学 一种无源多目标收发一体扫描基站
WO2023164009A1 (en) 2022-02-25 2023-08-31 Cognex Corporation Configurable light emission by selective beam-sweeping
WO2023240353A1 (en) 2022-06-16 2023-12-21 Osela Inc. Low-speckle laser line generator

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004191735A (ja) * 2002-12-12 2004-07-08 Fuji Photo Film Co Ltd 照明光学系および露光装置
CN101416114A (zh) * 2006-04-04 2009-04-22 特萨斯克里伯斯有限公司 用于微构造存储介质的设备和方法以及包括微构造区域的存储介质
CN101496033A (zh) * 2006-03-14 2009-07-29 普莱姆森斯有限公司 利用散斑图案的三维传感
CN102326169A (zh) * 2009-02-23 2012-01-18 立体光子国际有限公司 用于相干照明成像系统的散斑噪声减小
CN103097857A (zh) * 2010-09-07 2013-05-08 大日本印刷株式会社 扫描器装置及物体的三维形状测定装置
CN103123419A (zh) * 2013-01-28 2013-05-29 山西傲维光视光电科技有限公司 基于旋转反射面和散射体的匀场消相干装置
JP2014232041A (ja) * 2013-05-29 2014-12-11 三菱重工業株式会社 レーザスペックル歪計測装置及びレーザスペックル歪計測方法
CN105066908A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 北京航空航天大学 一种基于多波长和多偏振态的数字全息三维形貌检测装置

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4011044A (en) 1976-07-06 1977-03-08 General Electric Company Use of laser speckle patterns for measurement of electrophoretic mobilities
US4155630A (en) 1977-11-17 1979-05-22 University Of Delaware Speckle elimination by random spatial phase modulation
WO1979000841A1 (en) 1978-03-09 1979-10-18 Nat Res Dev Speckle interferometric measurement of small oscillatory movements
US4390277A (en) * 1980-07-31 1983-06-28 Mcdonnell Douglas Corporation Flat sheet scatterometer
JP2569711B2 (ja) 1988-04-07 1997-01-08 株式会社ニコン 露光制御装置及び該装置による露光方法
US5191374A (en) 1988-11-17 1993-03-02 Nikon Corporation Exposure control apparatus
JPH0779961A (ja) * 1993-09-20 1995-03-28 Hitachi Ltd 透過像立体撮像表示方法およびその装置
US5648649A (en) 1995-07-28 1997-07-15 Symbol Technologies, Inc. Flying spot optical scanner with a high speed dithering motion
US6690474B1 (en) 1996-02-12 2004-02-10 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and methods for surface contour measurement
US7028899B2 (en) 1999-06-07 2006-04-18 Metrologic Instruments, Inc. Method of speckle-noise pattern reduction and apparatus therefore based on reducing the temporal-coherence of the planar laser illumination beam before it illuminates the target object by applying temporal phase modulation techniques during the transmission of the plib towards the target
AU6633798A (en) 1998-03-09 1999-09-27 Gou Lite Ltd. Optical translation measurement
US6424407B1 (en) 1998-03-09 2002-07-23 Otm Technologies Ltd. Optical translation measurement
US6183092B1 (en) 1998-05-01 2001-02-06 Diane Troyer Laser projection apparatus with liquid-crystal light valves and scanning reading beam
AU4975399A (en) * 1998-07-08 2000-02-01 Lennard H. Bieman Machine vision and semiconductor handling
EP1116169B1 (en) 1998-09-24 2003-07-30 QinetiQ Limited Improvements relating to pattern recognition
US6081381A (en) 1998-10-26 2000-06-27 Polametrics, Inc. Apparatus and method for reducing spatial coherence and for improving uniformity of a light beam emitted from a coherent light source
US6800859B1 (en) * 1998-12-28 2004-10-05 Hitachi, Ltd. Method and equipment for detecting pattern defect
US6317169B1 (en) 1999-04-28 2001-11-13 Intel Corporation Mechanically oscillated projection display
US6466368B1 (en) 2000-04-26 2002-10-15 3M Innovative Properties Company Rear projection screen with reduced speckle
US6642506B1 (en) 2000-06-01 2003-11-04 Mitutoyo Corporation Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities
US6323984B1 (en) 2000-10-11 2001-11-27 Silicon Light Machines Method and apparatus for reducing laser speckle
US7164810B2 (en) 2001-11-21 2007-01-16 Metrologic Instruments, Inc. Planar light illumination and linear imaging (PLILIM) device with image-based velocity detection and aspect ratio compensation
US6996291B2 (en) 2001-08-06 2006-02-07 Mitutoyo Corporation Systems and methods for correlating images in an image correlation system with reduced computational loads
US6594090B2 (en) 2001-08-27 2003-07-15 Eastman Kodak Company Laser projection display system
US7513428B2 (en) 2001-11-21 2009-04-07 Metrologic Instruments, Inc. Planar laser illumination and imaging device employing laser current modulation to generate spectral components and reduce temporal coherence of laser beam, so as to achieve a reduction in speckle-pattern noise during time-averaged detection of images of objects illuminated thereby during imaging operations
JP3955513B2 (ja) 2002-09-04 2007-08-08 株式会社日立製作所 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
WO2004049037A1 (ja) * 2002-11-27 2004-06-10 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha 画像表示装置
US6995355B2 (en) * 2003-06-23 2006-02-07 Advanced Optical Technologies, Llc Optical integrating chamber lighting using multiple color sources
US7202466B2 (en) 2003-08-25 2007-04-10 Cadent Ltd. Apparatus and method for providing high intensity non-coherent light and for speckle reduction
US7436504B2 (en) * 2003-09-10 2008-10-14 Shear Graphics, Llc Non-destructive testing and imaging
US7187437B2 (en) * 2003-09-10 2007-03-06 Shearographics, Llc Plurality of light sources for inspection apparatus and method
JP4359615B2 (ja) 2004-04-09 2009-11-04 パナソニック株式会社 レーザ画像表示装置
WO2006072149A1 (en) 2005-01-07 2006-07-13 Vrije Univeriteit Brussel Broad-area microlasers and methods for driving them
US8016428B2 (en) 2005-06-20 2011-09-13 Panasonic Corporation 2-dimensional image display device or illumination device for obtaining uniform illumination and suppressing speckle noise
US7413311B2 (en) 2005-09-29 2008-08-19 Coherent, Inc. Speckle reduction in laser illuminated projection displays having a one-dimensional spatial light modulator
US7715459B2 (en) 2005-11-01 2010-05-11 Cymer, Inc. Laser system
US7627013B2 (en) * 2006-02-03 2009-12-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Light source module
DE202006007691U1 (de) 2006-05-13 2006-08-24 Coherent Lambda Physik Gmbh Vorrichtung zur Homogenisierung von Laserstrahlung
US7508529B2 (en) * 2006-07-31 2009-03-24 Mitutoyo Corporation Multi-range non-contact probe
KR100803222B1 (ko) * 2007-01-26 2008-02-14 삼성전자주식회사 스펙클 저감 레이저와 이를 채용한 레이저 디스플레이 장치
JP5144353B2 (ja) 2007-04-27 2013-02-13 パナソニック株式会社 面状照明装置及びそれを用いた液晶表示装置
US7835054B2 (en) * 2007-07-02 2010-11-16 Texas Instruments Incorporated Optical architecture having a rotating polygon for use in imaging systems
US8059340B2 (en) 2007-08-01 2011-11-15 Texas Instruments Incorporated Method and system for reducing speckle by vibrating a line generating element
JP2011507042A (ja) 2007-12-19 2011-03-03 オプティカ・リミテッド 光学系及び光学的方法
JP2009162825A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Seiko Epson Corp 画像表示装置
US8427727B2 (en) 2008-01-22 2013-04-23 Alcatel Lucent Oscillating mirror for image projection
US20090213350A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Nikon Corporation Coherence-reduction devices and methods for pulsed lasers
JP2009294249A (ja) 2008-06-02 2009-12-17 Toshiba Corp 照明装置、照明方法、表示装置及び加工装置
US8451224B2 (en) * 2008-07-23 2013-05-28 Sony Corporation Mapping detected movement of an interference pattern of a coherent light beam to cursor movement to effect navigation of a user interface
US8864316B2 (en) * 2010-04-28 2014-10-21 Lemoptix Sa Optical MEMS scanning micro-mirror with speckle reduction
JP2012093238A (ja) 2010-10-27 2012-05-17 Nikon Corp 形状測定装置
JP2012122844A (ja) * 2010-12-08 2012-06-28 Aisin Seiki Co Ltd 表面検査装置
JP5804243B2 (ja) * 2011-04-22 2015-11-04 大日本印刷株式会社 投射型映像表示装置
US9752869B2 (en) * 2011-08-15 2017-09-05 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for performing machine vision using diffuse structured light
CN102670304B (zh) 2012-05-30 2017-02-22 上海奥通激光技术有限公司 一种长脉冲激光光斑大小调节方法及装置
US9808154B2 (en) * 2012-07-13 2017-11-07 Retina Biometrix, Llc Biometric identification via retina scanning with liveness detection
US20150176977A1 (en) 2013-12-20 2015-06-25 Lemoptix Sa Methods and devices for determining position or distance
JP6318659B2 (ja) 2014-02-03 2018-05-09 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびプロジェクター
WO2017070178A1 (en) * 2015-10-19 2017-04-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods and apparatus for speckle-free optical coherence imaging
US10620447B2 (en) 2017-01-19 2020-04-14 Cognex Corporation System and method for reduced-speckle laser line generation

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004191735A (ja) * 2002-12-12 2004-07-08 Fuji Photo Film Co Ltd 照明光学系および露光装置
CN101496033A (zh) * 2006-03-14 2009-07-29 普莱姆森斯有限公司 利用散斑图案的三维传感
CN101416114A (zh) * 2006-04-04 2009-04-22 特萨斯克里伯斯有限公司 用于微构造存储介质的设备和方法以及包括微构造区域的存储介质
CN101416114B (zh) * 2006-04-04 2011-03-02 特萨斯克里伯斯有限公司 用于微构造存储介质的设备和方法以及包括微构造区域的存储介质
CN102326169A (zh) * 2009-02-23 2012-01-18 立体光子国际有限公司 用于相干照明成像系统的散斑噪声减小
CN103097857A (zh) * 2010-09-07 2013-05-08 大日本印刷株式会社 扫描器装置及物体的三维形状测定装置
CN103123419A (zh) * 2013-01-28 2013-05-29 山西傲维光视光电科技有限公司 基于旋转反射面和散射体的匀场消相干装置
JP2014232041A (ja) * 2013-05-29 2014-12-11 三菱重工業株式会社 レーザスペックル歪計測装置及びレーザスペックル歪計測方法
CN105066908A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 北京航空航天大学 一种基于多波长和多偏振态的数字全息三维形貌检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110392817A (zh) 2019-10-29
US20180203249A1 (en) 2018-07-19
WO2018136818A1 (en) 2018-07-26
US20220146848A1 (en) 2022-05-12
US20200341287A1 (en) 2020-10-29
US20210132403A1 (en) 2021-05-06
CN113721369A (zh) 2021-11-30
JP2023026639A (ja) 2023-02-24
US10620447B2 (en) 2020-04-14
US20230236434A1 (en) 2023-07-27
KR20190116318A (ko) 2019-10-14
JP2020505601A (ja) 2020-02-20
JP7208144B2 (ja) 2023-01-18
EP3571463A1 (en) 2019-11-27
US11487130B2 (en) 2022-11-01
EP4246208A2 (en) 2023-09-20
EP4246208A3 (en) 2023-11-29
EP3571463B1 (en) 2023-04-26
US11036057B2 (en) 2021-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110392817B (zh) 用于散斑减少激光线生成的系统和方法
US20180309961A1 (en) Scanner device and device for measuring three-dimensional shape of object
US9310184B2 (en) Systems and methods for suppressing coherent structured illumination artifacts
US9170097B2 (en) Hybrid system
JP2013108992A (ja) ３次元形状測定装置
US7495777B2 (en) Method and apparatus for contact free measurement of periodically moving objects
KR20220128453A (ko) 거울 표면을 위한 구조화 광의 투영
Etchepareborda et al. Random laser speckle pattern projection for non-contact vibration measurements using a single high-speed camera
KR102531282B1 (ko) 대치 채널을 갖는 3-차원 센서
JP2006258438A (ja) 高精度三次元形状測定方法および装置
KR100943407B1 (ko) 전사 방식의 3차원 형상 측정 시스템
KR20090010360A (ko) 래터럴 스캔을 이용한 3차원 형상 측정 시스템
Tutsch et al. Speckle reduction for a laser light sectioning sensor
Strat A Portable and Inexpensive Laser-based 3D Camera
Schaffer et al. Translation of speckle patterns for highspeed 3D shape measurements

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant