TW201543022A - 光學檢測系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種光學檢測系統，其包含：第一複數個相機，其可操作以對一物件上之第二複數個區域進行成像；第三複數個照明源；及至少一個照明管理器，其可操作以組合來自該第三複數個照明源之照明且此後將來自其之照明引導至該第二複數個區域，該至少一個照明管理器包括一光束分配器，該光束分配器接收複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之一複合輸入光束並將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於該第二複數個區域之對應複數個空間相異位置。

Description

光學檢測系統及方法

本發明大體上係關於光學檢測系統，且更特定而言，係關於在光學檢測系統中有用之照明子系統。

各種類型之光學檢測系統被認為係在其中有用之照明子系統。

本發明致力於提供用於光學檢測系統中之經改良照明子系統。

因此根據本發明之一較佳實施例提供一種光學檢測系統，其包含：第一複數個相機，其可操作以對一物件上之第二複數個區域進行成像；第三複數個照明源；及至少一個照明管理器，其可操作以組合來自該第三複數個照明源之照明且此後將來自其之照明引導至該第二複數個區域，該至少一個照明管理器包含一光束分配器，該光束分配器接收複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之一複合輸入光束並將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於該第二複數個區域之對應複數個空間相異位置。

較佳地，該光束分配器係一時間及空間光束分配器。另一選擇係，該光束分配器係一時間光束分配器。另一選擇係，該光束分配器係一空間光束分配器。

根據本發明之一較佳實施例，該光束分配器包含一多邊鏡。另一選擇係，該光束分配器包含一單邊(monogon)鏡。

較佳地，該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。另外，該第一複數個相機以該選通模式之操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。

根據本發明之另一較佳實施例亦提供一種光學檢測系統，其包含：第一複數個相機，其可操作以對一物件上之第二複數個區域進行成像；第三複數個照明源；及至少一個照明管理器，其可操作以組合來自該第三複數個照明源之照明且此後將該照明單獨地引導至該第二複數個區域，該至少一個照明管理器包含一移動鏡，該移動鏡接收複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之一複合輸入光束並將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應複數個空間相異位置。

較佳地，該至少一個照明管理器包含一多邊鏡。另一選擇係，該至少一個照明管理器包含一單邊鏡。

根據本發明之一較佳實施例，該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。另外，該第一複數個相機以該選通模式之操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。

根據本發明之又一較佳實施例進一步提供一種光學檢測方法，其包含：使用第一複數個相機對一物件上之第二複數個區域進行成像；使用至少一個照明管理器組合來自第三複數個照明源之照明；及使用該至少一個照明管理器將來自該第三複數個照明源之該照明引導至該第二複數個區域，該組合包含：在一光束組合器處接收來自該第三複數個照明源之該照明；及使用該光束組合器提供複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之複合輸入光束；及該引導包含：在一光束分配器處接收該複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之該複合輸入光 束；及使用該光束分配器將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於該第二複數個區域之對應複數個空間相異位置。

較佳地，該光學檢測方法亦包含使該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。另外，該操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。

根據本發明之再一較佳實施例又進一步提供一種光學檢測方法，其包含：使用第一複數個相機對一物件上之第二複數個區域進行成像；使用至少一個照明管理器組合來自第三複數個照明源之照明；及使用該至少一個照明管理器將來自該第三複數個照明源之該照明單獨地引導至該第二複數個區域，該組合包含：在一光束組合器處接收來自該第三複數個照明源之該照明；及使用該光束組合器提供複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之複合輸入光束；及該單獨地引導包含：在一移動鏡處接收該複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之該複合輸入光束；及使用該移動鏡將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於該第二複數個區域之對應複數個空間相異位置。

根據本發明之一較佳實施例，該光學檢測方法亦包含：使該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。另外，該操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。

100‧‧‧光學檢測系統

102‧‧‧第一複數個相機/相機

104‧‧‧第二複數個區域

106‧‧‧可選方向定位器

108‧‧‧可移動支撐件

110‧‧‧第三複數個照明源

120‧‧‧照明管理器

210‧‧‧照明模組

212‧‧‧脈衝式二極體雷射

214‧‧‧聚光透鏡

216‧‧‧光纖束或液體芯纖維

218‧‧‧準直透鏡

220‧‧‧偏振光束組合器

230‧‧‧摺疊式鏡

240‧‧‧旋轉多邊鏡

242‧‧‧脈衝式輸出光束

250‧‧‧準直透鏡

252‧‧‧功率分流纖維束

254‧‧‧子束

310‧‧‧照明模組

312‧‧‧脈衝式二極體雷射

314‧‧‧聚光透鏡

316‧‧‧光纖束或液體芯纖維

318‧‧‧準直透鏡

320‧‧‧偏振光束組合器

330‧‧‧摺疊式鏡

340‧‧‧快速轉向鏡

342‧‧‧脈衝式輸出光束

350‧‧‧準直透鏡

352‧‧‧功率分流纖維束

354‧‧‧子束

410‧‧‧照明模組

412‧‧‧脈衝式二極體雷射

414‧‧‧聚光透鏡

416‧‧‧光纖束或液體芯纖維

418‧‧‧準直透鏡

420‧‧‧偏振光束組合器

440‧‧‧聲光調變器

442‧‧‧脈衝式輸出光束

450‧‧‧準直透鏡

452‧‧‧功率分流纖維束

454‧‧‧子束

510‧‧‧照明模組

512‧‧‧脈衝式二極體雷射

514‧‧‧聚光透鏡

516‧‧‧光纖束或液體芯纖維

518‧‧‧準直透鏡

520‧‧‧偏振光束組合器

530‧‧‧摺疊式鏡

532‧‧‧單邊鏡

534‧‧‧軸

542‧‧‧脈衝式輸出光束

550‧‧‧準直透鏡

552‧‧‧功率分流纖維束

554‧‧‧子束

600‧‧‧檢測機器/機器

結合圖式自以下詳細說明將更全面地理解及瞭解本發明，在圖式中：圖1係根據本發明之一較佳實施例構造及操作之一光學檢測系統 之一簡化概念層圖解說明；圖2A、圖2B、圖2C及圖2D係圖1之光學檢測系統之四個替代例示性實施例之簡化圖解說明；及圖3係服務複數個光學檢測機器之一集中式照明系統之一簡化圖解說明。

現在參考圖1，其係根據本發明之一較佳實施例構造及操作之一光學檢測系統之一簡化概念層圖解說明。

如在圖1中所見，提供一光學檢測系統100，其包含第一複數個相機102，諸如CCD或CMOS相機，其可操作以對一物件上之第二複數個區域104成像。通常，該第一複數個等於該第二複數個，此乃因每一相機對一對應單個區域進行成像，然而，一單個相機對複數個區域進行成像係可能的，其每一者在一不同時間處。在後者之情形中，每一相機102可機械地安裝於一可選方向定位器106(諸如一可樞轉座架)上。作為另一替代，被成像之物件可安裝於一可移動支撐件108上。

根據本發明之一較佳實施例，提供第三複數個照明源110，諸如二極體雷射、雷射晶片及垂直腔雷射。較佳地，照明源110各自係脈衝式相干光源，其具有一高位準亮度。所有照明源之脈衝產生係協調的且在時間上係同步的。第三複數個照明源110之輸出較佳地提供給至少一個照明管理器120，其可操作以組合來自第三複數個照明源110之照明且此後將來自其之照明單獨地引導至第二複數個區域104。

根據本發明之一較佳實施例，至少一個照明管理器120包含一光束分配器，其接收複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之一複合輸入光束並將複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於第二複數個區域104之對應複數個空間相異位置。

根據本發明之一較佳實施例，第一複數個相機102中之至少一者以一選通模式操作，此在至少一個照明管理器120之控制下，受複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束中之一對應者到達對應於第二複數個區域104之複數個空間相異位置中之一對應者的時序支配。

現在參考圖2A、2B、2C及2D，其等係圖1之光學檢測系統之四個替代例示性實施例之簡化圖解說明。

轉向圖2A，看見其中提供一對照明模組210。每一照明模組210較佳地包括脈衝式二極體雷射212之一矩陣(在數目上通常係90個)，其等經配置使得其互同步輸出光束脈衝被引導穿過一聚光透鏡214、一光纖束或液體芯纖維216及一準直透鏡218。每一照明模組210之準直透鏡218之經組合輸出以一互同步方式脈衝式傳輸且在一偏振光束組合器220中經組合。偏振光束組合器220之輸出係通常由180個個別雷射光束形成但與個別雷射光束中之一單個者之斑點相比具有減小量之斑點之一同步脈衝式經組合光束。

偏振光束組合器220之脈衝式輸出經由一摺疊式鏡230引導至一旋轉多邊鏡240，其提供複數個互成角度間隔之脈衝式輸出光束242，該等脈衝式輸出光束242穿過一準直透鏡250引導至複數個功率分流纖維束252，諸如可購自美國紐約州埃爾姆斯福德市之Schott Moritex Corp.公司之一M4G3-1000S-SD光纖光導。功率分流纖維束252中之每一者分成複數個子束254，該等子束中之每一者引導至第二複數個區域104中由相機102檢視之一給定者。

轉向圖2B，看見其中提供一對照明模組310。每一照明模組310較佳地包括脈衝式二極體雷射312之一矩陣(在數目上通常係90個)，其等經配置使得其互同步輸出光束脈衝被引導穿過一聚光透鏡314、一光纖束或液體芯纖維316及一準直透鏡318。每一照明模組310之準 直透鏡318之經組合輸出以一互同步方式脈衝式傳輸且在一偏振光束組合器320中經組合。偏振光束組合器320之輸出係通常由180個個別雷射光束形成但與個別雷射光束中之一單個者之斑點相比具有減小量之斑點之一同步脈衝式經組合光束。

偏振光束組合器320之脈衝式輸出經由一摺疊式鏡330引導至一快速轉向鏡340(諸如在美國專利第7,598,688號中闡述者)，其提供複數個互成角度間隔之脈衝式輸出光束342，該等脈衝式輸出光束342穿過一準直透鏡350引導至複數個功率分流纖維束352，諸如可購自美國紐約州埃爾姆斯福德市之Schott Moritex Corp.公司之一M4G3-1000S-SD光纖光導。功率分流纖維束352中之每一者分成複數個子束354，該等子束中之每一者引導至第二複數個區域104中由相機102檢視之一給定者。

轉向圖2C，看見其中提供一對照明模組410。每一照明模組410較佳地包括脈衝式二極體雷射412之一矩陣(在數目上通常係90個)，其等經配置使得其互同步輸出光束脈衝被引導穿過一聚光透鏡414、一光纖束或液體芯纖維416及一準直透鏡418。每一照明模組410之準直透鏡418之經組合輸出以一互同步方式脈衝式傳輸且在一偏振光束組合器420中經組合。偏振光束組合器420之輸出係通常由180個個別雷射光束形成但與個別雷射光束中之一單個者之斑點相比具有減小量之斑點之一同步脈衝式經組合光束。

偏振光束組合器420之脈衝式輸出引導至一聲光調變器440，其提供複數個互成角度間隔之脈衝式輸出光束442，該等脈衝式輸出光束442穿過一準直透鏡450引導至複數個功率分流纖維束452，諸如可購自美國紐約州埃爾姆斯福德市之Schott Moritex Corp.公司之一M4G3-1000S-SD光纖光導。功率分流纖維束452中之每一者分成複數個子束454，該等子束中之每一者引導至第二複數個區域104中由相機102檢視之一給定者。

轉向圖2D，看見其中提供一對照明模組510。每一照明模組510較佳地包括脈衝式二極體雷射512之一矩陣(在數目上通常係90個)，其等經配置使得其互同步輸出光束脈衝被引導穿過一聚光透鏡514、一光纖束或液體芯纖維516及一準直透鏡518。每一照明模組510之準直透鏡518之經組合輸出以一互同步方式脈衝式傳輸且在一偏振光束組合器520中經組合。偏振光束組合器520之輸出係通常由180個個別雷射光束形成但與個別雷射光束中之一單個者之斑點相比具有減小量之斑點之一同步脈衝式經組合光束。

偏振光束組合器520之脈衝式輸出經由一摺疊式鏡530引導至一單邊(monogon)鏡532，諸如可購自美國加利福尼亞州卡爾斯巴德市SignalTronix之一SMP3010快速鏡定位器/掃描器，其繞一軸534旋轉並提供複數個互成角度間隔之脈衝式輸出光束542，該等脈衝式輸出光束542穿過一準直透鏡550引導至複數個功率分流纖維束552，諸如可購自美國紐約州埃爾姆斯福德市之Schott Moritex Corp.公司之一M4G3-1000S-SD光纖光導。功率分流纖維束552中之每一者分成複數個子束554，該等子束中之每一者引導至第二複數個區域104中由相機102檢視之一給定者。

現在參考圖3，其係服務複數個光學檢測機器之一集中式照明系統之一簡化圖解說明。如在圖3中所見，大體上圖1且更具體地圖2A至圖2D中之任一者之系統可用於將高亮度、低斑點照明提供至如所展示可位於複數個全異檢測機器上之複數個區域。舉例而言，在圖2A中之實施例中，功率分流纖維束252可各自引導至一不同檢測機器600上之檢測位置。在此一情形中，功率分流纖維束252中之每一者可分成每一機器600處之複數個子束254，該等子束254中之每一者可引導至彼機器600處之第二複數個區域104中由一相機102檢視之一給定者。

熟習此項技術者將瞭解，本發明不限於上文中已特定地展示及闡述之內容。而是，本發明之範疇包含上文中所述之各種特徵之組合及子組合兩者，以及熟習此項技術者在閱讀上述說明後可想到且在先前技術中未揭示之本發明之修改形式及變化形式。

100‧‧‧光學檢測系統

102‧‧‧第一複數個相機/相機

104‧‧‧第二複數個區域

106‧‧‧可選方向定位器

108‧‧‧可移動支撐件

110‧‧‧第三複數個照明源

120‧‧‧照明管理器

Claims (19)

1. 一種光學檢測系統，其包括：第一複數個相機，其可操作以對一物件上之第二複數個區域進行成像；第三複數個照明源；及至少一個照明管理器，其可操作以組合來自該第三複數個照明源之照明且此後將來自其之照明引導至該第二複數個區域，該至少一個照明管理器包括一光束分配器，該光束分配器接收複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之一複合輸入光束並將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於該第二複數個區域之對應複數個空間相異位置。
2. 如請求項1之光學檢測系統，且其中該光束分配器係一時間及空間光束分配器。
3. 如請求項1之光學檢測系統，且其中該光束分配器係一時間光束分配器。
4. 如請求項1之光學檢測系統，且其中該光束分配器係一空間光束分配器。
5. 如請求項1之光學檢測系統，且其中該光束分配器包括一多邊鏡。
6. 如請求項1之光學檢測系統，且其中該光束分配器包括一單邊(monogon)鏡。
7. 如請求項1之光學檢測系統，且其中該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。
8. 如請求項7之光學檢測系統，且其中該第一複數個相機以該選通模式之操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。
9. 一種光學檢測系統，其包括：第一複數個相機，其可操作以對一物件上之第二複數個區域進行成像；第三複數個照明源；及至少一個照明管理器，其可操作以組合來自該第三複數個照明源之照明且此後將該照明單獨地引導至該第二複數個區域，該至少一個照明管理器包括一移動鏡，該移動鏡接收複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之一複合輸入光束並將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應複數個空間相異位置。
10. 如請求項9之光學檢測系統，且其中該至少一個照明管理器包括一多邊鏡。
11. 如請求項9之光學檢測系統，且其中該至少一個照明管理器包括一單邊鏡。
12. 如請求項9之光學檢測系統，且其中該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。
13. 如請求項12之光學檢測系統，且其中該第一複數個相機以該選通模式之操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。
14. 一種光學檢測方法，其包括：使用第一複數個相機對一物件上之第二複數個區域進行成像；使用至少一個照明管理器組合來自第三複數個照明源之照明；及 使用該至少一個照明管理器將來自該第三複數個照明源之該照明引導至該第二複數個區域，該組合包括：在一光束組合器處接收來自該第三複數個照明源之該照明；及使用該光束組合器提供複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之複合輸入光束；及該引導包括：在一光束分配器處接收該複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之該複合輸入光束；及使用該光束分配器將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於該第二複數個區域之對應複數個空間相異位置。
15. 如請求項14之光學檢測方法，且其亦包括：使該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。
16. 如請求項15之光學檢測方法，且其中該操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。
17. 一種光學檢測方法，其包括：使用第一複數個相機對一物件上之第二複數個區域進行成像；使用至少一個照明管理器組合來自第三複數個照明源之照明；及使用該至少一個照明管理器將來自該第三複數個照明源之該照明單獨地引導至該第二複數個區域， 該組合包括：在一光束組合器處接收來自該第三複數個照明源之該照明；及使用該光束組合器提供複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之複合輸入光束；及該單獨地引導包括：在一移動鏡處接收該複數個互不同調的空間集中式雷射脈衝之該複合輸入光束；及使用該移動鏡將複數個該等互不同調的空間集中式雷射脈衝之複數個複合輸出光束引導至對應於該第二複數個區域之對應複數個空間相異位置。
18. 如請求項17之光學檢測方法，且其亦包括：使該第一複數個相機中之至少一者以一選通模式操作，此受該等複合輸出光束中之一對應的至少一者到達該等空間相異位置中之至少一者的時序支配。
19. 如請求項18之光學檢測方法，且其中該操作至少部分地受該至少一個照明管理器支配。