一种大面元高亮度均匀照明方法技术

本发明专利技术公开一种大面元高亮度均匀照明结构及其均匀照明方法，该结构包括依次放置的白激光器，粗糙匀光板，扩束透镜，准直透镜，第一柱面镜，第二柱面镜，分光元件，样品，线扫成像镜头和线阵相机，扩束透镜和准直透镜共同构成一组伽利略系统，第一柱面镜和第二柱面镜组成光学透镜组；所述分光元件与所述白激光器发出的光束呈45

【技术实现步骤摘要】
一种大面元高亮度均匀照明方法


[0001]本专利技术涉及一种大面元高亮度均匀照明方法。

技术介绍

[0002]随着制造加工行业的发展，其相应的表面检测技术也得到了极大发展，在工业检测领域中，对各种具有不同特征的零件的三维表面检测也变得极为重要。工业检测领域中的线扫光学检测也逐渐成为机器视觉无接触光学测量领域中很重要应用很广泛的一项技术。线扫光学检测系统主要由光源，线扫镜头以及线阵相机组成，不同的光源可以匹配不同的检测方式，其中，线扫同轴光源作为高度集成化的一种光源为整体系统节省了很大的空间，提供了比面阵同轴光源更窄的照明，提高工作效率；该光源可搭配线扫镜头和线阵相机用于高反射率物体表面划伤、裂痕、脏污、凹坑、凸点等缺陷的检测，系统的检测精度越高，则所需的光源光束质量越高。目前现有的线扫同轴光源多以LED灯珠作为光源，LED发出的光经过匀光板被均匀发散到分光镜上，该分光镜将光分束并反射到被观察物体上，物体(高反射率材料)将光束反射，反射光穿过分光镜后进入镜头，进而被线阵相机传感器所接收。
[0003]现有技术下的线扫同轴光源多使用LED作为光源，使得出射光束较为发散，在经过透镜后光束发散角仍非常大，且光束能量分布不均匀，照射宽度比较大，导致光束能量过于分散，而且，光束功率和亮度在经过分光镜分光之后进一步被削弱，这导致系统难以满足高速在线检测的应用需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的问题是：克服现有线扫同轴光源功率不足，平行度不足以及均匀度不足的问题，提供一种基于白激光作为光源的高亮度高平行度的均匀照明方法。该线扫同轴光源可作为机器视觉光源，用于极低曝光，高速运动物体的在线检测；在此情况下，可有效改善图像质量，提升图像分辨率。
[0005]本专利技术可通过以下技术方案予以解决：
[0006]一种大面元高亮度均匀照明结构，包括依次放置的白激光器，粗糙匀光板，扩束透镜，准直透镜，第一柱面镜，第二柱面镜，分光元件，样品，线扫成像镜头和线阵相机，所述扩束透镜和准直透镜共同构成一组伽利略系统，所述第一柱面镜和第二柱面镜组成光学透镜组；所述分光元件与所述白激光器发出的光束呈45
°
角。
[0007]进一步地，所述白激光器发出的光束经过粗糙匀光板后，被削弱为低相干性激光光束，该激光束经过伽利略光学系统后被有效准直扩束，扩束后的光束再经过光学透镜组被压缩为窄线出射光，线出射光经过所述分光元件实现对物体的照明，进而高反射率物体将光束反射到线扫成像镜头并最终成像于线阵相机传感器上。
[0008]本专利技术的一种大面元高亮度均匀照明方法，包括下列步骤：
[0009](1)使用蓝激光照射特殊荧光晶体材料，激发荧光晶体图层形成功率比例合适的红绿蓝三色基础光，进而形成宽谱白激光；
[0010](2)采用多组透镜进行扩束准直处理，形成宽带白激光；
[0011](3)采用白激光作为机器视觉光源，既解决了LED光源功率不足的问题，又降低单色激光作为光源时高相干性带来的散斑的影响；
[0012](4)采用硅胶散热贴片包裹围绕白激光器一周，加速白激光器散热，避免温度过高带来的功率不稳定；
[0013](5)采用表面较为粗糙的匀光板并放置到白激光器后，进一步匀化出射光，且有效降低白激光的相干性；
[0014](6)采用可调节放大倍率的伽利略系统，将白激光光源发出的光进行准直扩束；
[0015](7)采用焦距不同的光学元件组成光学镜组，对扩束后的光束大幅度压缩，达到高功率出射；
[0016](8)采用高增透膜对分光元件进行镀膜操作，使得压缩后的光线在经过分光元件时避免过多的功率损耗。
[0017]本专利技术的大面元高亮度均匀照明方法特点在于：在准直白激光光束后放置表面粗糙的匀光板，既匀化了光源，保证了光源亮度，又降低了在机器视觉检测中影响很大的激光相干性；采用伽利略系统，对白激光原有光束宽度进行准直扩束，实现了对大面积高反射率样品的照明；使用不同焦距的柱面镜组合，对扩束后的白激光光束进行压缩和准直，使其在出射时候成为高压缩高亮度线白激光；在该种组合下，既满足了线阵相机成像的宽度要求，又在单色激光的基础上极大的提升了图像分辨率，避免了散斑的影响，同轴性和准直度都得到保证，避免了在相机传感器上成像产生伪影。
[0018]本专利技术与现有方法相比有以下优点：
[0019](1)采用硅胶散热贴片可有效降低白激光器发光所致热量，避免热量过大带来的功率不稳定；
[0020](2)由于分光元件的存在会使得光功率衰减严重，这使得在低曝光时间情况下，LED线扫同轴光源无法满足照明要求；相较于LED光源，采用白激光作为光源可极大程度增加光功率和光亮度；
[0021](3)由于采用LED光源时，其自身的出射方向会呈无规则状且较为发散，而采用白激光器可极大的提高光束的准直特性；
[0022](4)由于采用LED光源时，其出射的发散特性会造成部分功率损失，而白激光的高准直性避免了功率损失；
[0023](5)采用伽利略系统对白激光进行扩束，实现了光束扩展的灵活可调，可根据实际场景对白激光进行扩束和准直处理；
[0024](6)在保证平行度的前提下，采用柱面镜组对准直光路进行有效的压缩，实现了对面光源的大幅度压缩，极大程度上提升了整个系统的功率；
[0025](7)采用该种超大功率线扫同轴光的照明方式，既能在极低曝光时间下进行图像采集，相比于线光源照明方式，也极大的约束了空间，便于装配。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的白激光内部结构示意图
[0027]图2为本专利技术的一种大面元高亮度均匀照明方法示意图
具体实施方式
[0028]以下通过特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0029]如图1所示，本专利技术的一种白激光结构包括蓝激光光源1，荧光涂层2，扩束透镜3，聚焦透镜4，聚焦透镜5；这些器件依次排序为蓝激光光源1，荧光涂层2，扩束透镜3，聚焦透镜4，聚焦透镜5；
[0030]如图2所示，本专利技术的一种大面元高亮度均匀照明方法包括白激光器1,粗糙匀光板2，扩束透镜3，准直透镜4(扩束透镜3和准直透镜4共同构成一组伽利略系统)，柱面镜5，柱面镜6，分光元件7，样品8，线扫成像镜头9，线阵相机10，这些器件依次排序为白激光器1,粗糙匀光板2，扩束透镜3，准直透镜4，柱面镜5，柱面镜6，分光元件7，样品8，线扫成像镜头9，线阵相机10。
[0031]下面结合实例对本装置做进一步说明；
[0032]白激光器发出的多波长相干激光束经过粗糙匀光板2，被削弱相干性，进而由扩束透镜3和准直透镜4进行扩束准直，经过该伽利略系统后被扩束为大面元平行光，此处组成伽利略系统的两个透镜处于同一光轴上，且前后位置可调，便于调节光出射的放大倍率；出射光经柱面镜5被压缩为线型高亮度激光束，又经过柱面镜6被准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面元高亮度均匀照明结构，其特征在于，包括依次放置的白激光器，粗糙匀光板，扩束透镜，准直透镜，第一柱面镜，第二柱面镜，分光元件，样品，线扫成像镜头和线阵相机，所述扩束透镜和准直透镜共同构成一组伽利略系统，所述第一柱面镜和第二柱面镜组成光学透镜组；所述分光元件与所述白激光器发出的光束呈45
°
角。2.根据权利要求1所述的一种大面元高亮度均匀照明结构，其特征在于，所述白激光器发出的光束经过粗糙匀光板后，被削弱为低相干性激光光束，该激光束经过伽利略光学系统后被有效准直扩束，扩束后的光束再经过光学透镜组被压缩为窄线出射光，线出射光经过所述分光元件实现对物体的照明，进而高反射率物体将光束反射到线扫成像镜头并最终成像于线阵相机传感器上。3.根据权利要求1所述的一种大面元高亮度均匀照明结构实现的一种大面元高亮度均匀照明方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚海，魏新和，李青岩，顾海鹏，杨彦琳，陈俊秀，
申请(专利权)人：浙江大学湖州研究院，
类型：发明
国别省市：