專利名稱：在成像系統(tǒng)視區(qū)內(nèi)增強(qiáng)照明強(qiáng)度用的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一個(gè)成像系統(tǒng)視區(qū)內(nèi)增加該照明強(qiáng)度色彩。
相關(guān)技術(shù)描述商用視覺系統(tǒng)中為在指定的視區(qū)內(nèi)凸現(xiàn)工件的邊緣，經(jīng)常對(duì)工件采用均一，漫射的照明。因?yàn)榇蟛糠止ぜ煌该?，有必要?duì)工件漫射照明致使自該工件反射的光可由一個(gè)成像系統(tǒng)所收集。還有，一種可調(diào)整的漫射源有利于具有廣泛形狀變化工件的觀察和檢查。
該可調(diào)照明使得對(duì)、例如像具有不同形狀，成分及表面光潔度特性的工件照明成為可能。某些系統(tǒng)中，當(dāng)成像系統(tǒng)放大倍數(shù)可調(diào)時(shí)，由光源所發(fā)光的光亮度是可調(diào)的。
通用照明系統(tǒng)還以相對(duì)于垂直成像平面的軸心線的一個(gè)可調(diào)節(jié)角度方式把光投射到工件上去。該角度稱之為入射角。許多通用視覺系統(tǒng)中，垂直于成像平面的軸心線平行于該視覺系統(tǒng)的光軸，或于其一致。入射角為0度至90度間的投射光可以改善成像的表面對(duì)比，還使有紋理的表面得到更清晰的照明。這種光源一般具有入射角在10度到70度間變化的一個(gè)規(guī)定范圍。這一范圍相對(duì)較寬，因此對(duì)各種工件成像中提供足夠的對(duì)比。
另外.通用視覺系統(tǒng)還可以調(diào)整或選擇散射光源繞光軸的圓周位置。最典型的是，比如對(duì)可尋址的扇區(qū)或相區(qū)，該散射光源的位置是可調(diào)整和選擇的。因此，攝像機(jī)視野內(nèi)則可由這樣的一種圓形照明系統(tǒng)的任何扇區(qū)和相區(qū)作混合的照明。還有，該光源亮度可與該光源的圓周位置相協(xié)調(diào)以得到工件邊緣的最佳照明。
例如，某些通用視覺系統(tǒng)包括一種矩形或環(huán)形發(fā)射模式的環(huán)形照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)是一種分為四個(gè)象區(qū)的環(huán)。其他商用視覺系統(tǒng)包括由被分成八個(gè)或具有更多扇區(qū)的環(huán)的一個(gè)環(huán)形光。另外，某些通用視覺系統(tǒng)具有半球形照明系統(tǒng)從相對(duì)光軸多個(gè)位置上發(fā)光。該半球中心起到焦點(diǎn)的作用。還有，可以各種照明水準(zhǔn)同時(shí)照明任何扇區(qū)或象區(qū)的結(jié)合。
在其他通用可編程環(huán)形照明系統(tǒng)中，可布置大量的纖維光纜致使纖維光纜的主端從一個(gè)諸如鹵素?zé)舻母吡炼裙庠唇邮展?。該纖維光纜的第二端布置成繞該光軸的一個(gè)環(huán)。該纖維光纜，或數(shù)套纖維光纜可被單獨(dú)控制，使用一個(gè)環(huán)形鏡或雙曲線鏡從光源投射光到該攝像機(jī)的觀察區(qū)。
最近，通用視覺系統(tǒng)制造商已經(jīng)開始將業(yè)已用在普通散射光源的電晶體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鹵素?zé)?。這些制造商現(xiàn)提供發(fā)光二極管(LEDs)，它具有很高的可靠性，使用壽命長，成本低廉，可調(diào)制性強(qiáng)并且有寬的頻率變化范圍。
專利號(hào)為5,580,163屬于強(qiáng)申(Jonnson，II)的美國專利中公開了一種示例性的電晶體照明系統(tǒng)。該163號(hào)專利，即如圖13中所示，公開了一種聚焦光源，采用對(duì)多個(gè)發(fā)光元件504的撓性安裝502。每個(gè)發(fā)光元件504以其預(yù)定的方位角αn將一束光照射到工件506上以形成預(yù)定模式的光。為調(diào)整或聚焦多個(gè)發(fā)光元件504，該撓性安裝502在一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)則朝對(duì)該安裝502中心，或另一方向旋轉(zhuǎn)則背離該安裝502中心。在各種其他實(shí)施例中，該發(fā)光元件504可有分色光發(fā)光元件。為實(shí)現(xiàn)多色照明，來自許多發(fā)光元件504的照明被混合在工件上。
對(duì)應(yīng)于用于實(shí)現(xiàn)特種多色照明用的光源的總的方位角范圍大約是xαn其中x是所用不同色發(fā)光元件504的個(gè)數(shù)。這樣，由這樣一個(gè)系統(tǒng)所提供的多色照明則不能被控制在象該發(fā)光元件504一樣窄的相位角增量范圍內(nèi)。不僅如此，視區(qū)內(nèi)的任何陰影部將顯現(xiàn)成各種顏色區(qū)，這是因?yàn)樵摳鱾€(gè)照明色彩成分在投射中會(huì)有稍許的方向差異所造成的。另外，該照明亮度，即從給定相位角區(qū)投射到工件上觀測(cè)區(qū)的照明強(qiáng)度很大程度地受到各個(gè)通常發(fā)光元件504的特性的限制。
另一個(gè)示范性照明系統(tǒng)是和該163號(hào)專利它自己的現(xiàn)有技術(shù)一樣的。如顯示在圖14中的163號(hào)專利，發(fā)自一個(gè)發(fā)光元件504的一束光以由該先導(dǎo)件503的角度所決定的一個(gè)入射角β射到工件506上。該示例的照明系統(tǒng)若是采用電晶體為發(fā)光元件504則一般會(huì)有如在先說過的那種163專利的照明系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
還有，圖14顯示了通用可調(diào)照明系統(tǒng)的另一特性。通用照明系統(tǒng)用每個(gè)發(fā)光元件發(fā)射一束大致為圓形橫截面的光。但當(dāng)以β1為入射角發(fā)出不垂直于該被照明工件表面的一束光時(shí)，在一個(gè)平面工件506上就會(huì)生成以一個(gè)以離開照明區(qū)512中心有一個(gè)給定X1和Y1距離的邊緣的照明區(qū)512，其中X1大于Y1。
不僅如此，當(dāng)入射角增加、如用β2所示的，在該光束與沿該光軸508定位的一個(gè)平面相交時(shí)，該照明區(qū)514的距離Y1與該照明區(qū)512的距離Y1大致相同，而該照明區(qū)514的距離X2變得大于X1。由于沿一個(gè)光束系統(tǒng)軸線508的該觀測(cè)區(qū)一般是大體以光軸心線為中心的一個(gè)圓，對(duì)于一個(gè)給定類型的發(fā)光元件為了達(dá)到最大照明亮度，這種橢圓形照明區(qū)是不合乎要求的。例如，若該距離Y1大致被設(shè)置在該圓形觀測(cè)區(qū)的邊緣，該距離X1會(huì)超出該觀測(cè)區(qū)邊緣，并會(huì)有一個(gè)可觀量的可利用照明能量被浪費(fèi)于該觀測(cè)區(qū)之外。
電晶體照明系統(tǒng)的另一示例公開在喬亞特(Choate)的號(hào)為5,897,195美國專利之中。該專利公開了一種斜射發(fā)光二極管照明裝置，是采用發(fā)光二極管的圓柱體或截頭圓錐陣列。這種發(fā)光二極管陣列生成被導(dǎo)至軸心線隔開的，形成在中空體的外周邊上的斜表面，形狀與菲涅爾(Fresnel)漫射器類似的校準(zhǔn)光束。該關(guān)聯(lián)的類似菲涅爾漫射器以可變化入射角方式折射和導(dǎo)引光束環(huán)至一個(gè)工件表面。該發(fā)光二極管陣列以共軸方式圍繞該關(guān)聯(lián)的類似菲涅爾漫射器。該關(guān)聯(lián)的類似菲涅爾漫射器具有環(huán)狀，棱柱形的凸起，它依據(jù)所要求的入射角而有不同形狀。為生成以所要求的入射角光束，自一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出的光束到達(dá)相關(guān)聯(lián)的類似菲涅爾漫射器內(nèi)的凸起，它改變?cè)摴馐较蚴怪砸蟮娜肷浣巧涞焦ぜ稀?95號(hào)專利的該照明系統(tǒng)當(dāng)電晶體光源用作發(fā)光元件時(shí)遭遇在先討論過的163號(hào)專利的照明缺點(diǎn)。
還有公開于維斯那(Weisner)的4,706,168號(hào)美國專利中的另一示例的電晶體照明系統(tǒng)，以其整篇列此以備參考。其中，來自環(huán)形光源的光被導(dǎo)引至作在光收集器環(huán)上的彎曲的拋物線表面。該彎曲的拋物線表面實(shí)質(zhì)起到校準(zhǔn)該光線、并將該光線徑向向外對(duì)著一個(gè)圍繞環(huán)上的呈曲面的發(fā)射器表面散開。來自該光源光線朝對(duì)該拋物線表面的相關(guān)角度和相對(duì)該曲面的反射器表面，該拋物線表面的位置決定了落在該物件區(qū)域內(nèi)一個(gè)圓錐光束的入射角，以照明具體的器件。
號(hào)為4,911,532，屬于Hidaka的美國專利中公開了來自一系列光源的混合光用的一種示例性方法，以其整篇列此以備參考。532號(hào)專利公開了帶一個(gè)單一校準(zhǔn)透鏡和混光裝置的一個(gè)激光器光學(xué)系統(tǒng)。一個(gè)校準(zhǔn)透鏡裝置和一系列半導(dǎo)體激光器，它們發(fā)出相互不同波長的激光束，被附加至一個(gè)光源裝置的基部。該激光束在碰到該校準(zhǔn)透鏡之前通過二色性棱鏡被相互重疊。為使疊加的激光束一個(gè)在另一個(gè)的上面，光束的光軸尺寸要用分離的細(xì)調(diào)裝置來調(diào)整。
屬于紐曼等人(Neumann et al.)的號(hào)為5,880,889的美國專利中公開了一個(gè)示例性的單二色性棱鏡，以其整篇列此以備參考。889號(hào)專利公開了一種三色二色性分光器/混光器，可用于分離或混合非偏振光。該分光器/混光器分離一束光成相應(yīng)于第一色，第二色和第三色光的頻譜。選擇該玻璃支承結(jié)構(gòu)的構(gòu)造致使該第一色光導(dǎo)引在第一方向，第二色光導(dǎo)引在第二方向，及第三色光導(dǎo)引在第三方向。
發(fā)明概述然而，163,195和168號(hào)專利中并無公開有在使用多個(gè)光源時(shí)沿單一光程投射一種可變化顏色光用的一種照明系統(tǒng)。而且，應(yīng)該知道，與普通鹵素光源和纖維光纜照明源相比，來自相對(duì)經(jīng)濟(jì)和緊湊的電晶體發(fā)光裝置可利用的光能是相對(duì)有限的。不言而喻，163,195和168號(hào)專利中并無公開有將許多電晶體裝置光束在一個(gè)照明系統(tǒng)中沿相對(duì)窄的方位角范圍混合進(jìn)入能提供一種相對(duì)高的白色光照明亮度的混合發(fā)光元件的所采用技術(shù)。還有，以分離調(diào)整裝置使諸多激光束重疊，這在安裝該激光源及其調(diào)整裝置所用空間嚴(yán)重受限的情況下會(huì)是非常困難的。當(dāng)使用兩個(gè)二色性棱鏡時(shí)重疊一系列激光束也是很難的，即如在532號(hào)專利中所公開的那樣。
本發(fā)明提供了增強(qiáng)了現(xiàn)行市場上所提供的漫射照明效果的控制系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明以分離方式提供采用一種更簡單、耐用裝置以產(chǎn)生通用的及精致和成熟的漫射照明的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供在一個(gè)密集空間內(nèi)的兩個(gè)或更多電晶體光源為一套的一系列光束對(duì)準(zhǔn)用的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供在一個(gè)混合光源內(nèi)混合一系列光束的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供在采用電晶體混合照明源時(shí)，于該照明區(qū)內(nèi)從特殊方向上增加可利用照明亮度的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供定向一個(gè)或多個(gè)電晶體照明源，致使不均勻光能分布的一束光被定向成在照明區(qū)內(nèi)提供按要求的照明分布的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供相對(duì)一個(gè)光程對(duì)準(zhǔn)一束成形光的橫截面主軸，以提供在一個(gè)照明區(qū)內(nèi)按要求的照明分布的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供，能使得一個(gè)照明光束的主軸存在于大致垂直于接收到該光束所照明的物件的影像的一個(gè)系統(tǒng)的光軸的一個(gè)平面內(nèi)、所用的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供將來自兩個(gè)或更多電晶體裝置為一套的一系列光束沿一個(gè)單一光束路徑對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明以分離方式提供以高水準(zhǔn)的空間可編址性，生成包容一種按要求的波長混合照明的系統(tǒng)和方法。
在各實(shí)施例中，按本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法包括發(fā)出含至少一色光的一束光的一個(gè)發(fā)光源，一個(gè)使該光束橫截面優(yōu)先沿至少一個(gè)橫截面軸線成形的透鏡，以及將該光束沿一個(gè)入射角反射的一個(gè)反射表面。在其他實(shí)施例中，按本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法還包括帶有一個(gè)棱鏡的一系列發(fā)光裝置組成的一個(gè)混合發(fā)光源，該棱鏡用以將來自該發(fā)光裝置的光束沿一個(gè)單一光程對(duì)準(zhǔn)該透鏡，其中該一系列發(fā)光裝置包括一個(gè)綠光發(fā)光器，紅光分光器和藍(lán)光分光器，遂生成能支持相對(duì)高照明強(qiáng)度的多波長光。
另外，在其他實(shí)施例中，該透鏡是一個(gè)菲涅爾透鏡，它使該光束的橫截面成形為具有主副軸心線的橢圓形橫截面，其中該主軸心線所在平面乃是一個(gè)大體垂直于接受該光束所照物件成像系統(tǒng)光軸的一個(gè)平面。還有，在其他實(shí)施例中，該反射表面包括第一和第二反射表面。該光束被第一反射表面垂直地反射到該第二反射表面的一個(gè)特殊位置。該第二反射表面的特殊位置沿該入射角對(duì)準(zhǔn)該光束。該第一二反射表面為了生成該入射角彼此間是可相對(duì)移動(dòng)的。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)和方法還可利用168號(hào)專利中所描述的視覺系統(tǒng)用物件照明的系統(tǒng)和方法，以及類似于889號(hào)專利中所描述的二色性分光器/混光器的一個(gè)三色的二色性混光器。
本發(fā)明的這些，以及其他的目的將由下面實(shí)施例的描述中予以說明。


本發(fā)明將結(jié)合以下附圖來描述，類似元件標(biāo)示以類似的標(biāo)引號(hào)。其中圖1是按本發(fā)明的一個(gè)成像系統(tǒng)所相關(guān)的照明系統(tǒng)的、局部作有剖切的立體圖；圖2是圖1中第一實(shí)施例的照明系統(tǒng)一部分的側(cè)向剖視圖；圖3-5用以說明圖2中所示照明系統(tǒng)部分沿該光程各點(diǎn)處光束橫截面形狀；圖6是圖1的該成像系統(tǒng)結(jié)合圖2第一實(shí)施例中一部分的側(cè)向剖視圖；圖7是對(duì)圖1至6系統(tǒng)中該反光器不同相對(duì)位置提供的各個(gè)入射角的簡化描述圖；圖8是顯示圖2所示照明系統(tǒng)部分中光源布置的簡化平面圖；圖9為圖1所示照明系統(tǒng)部分的第二實(shí)施例的側(cè)向剖視圖；圖10為立方體二色性分光器/混光器第一實(shí)施例的簡圖；圖11為本發(fā)明的二色性分光器/混光器第二實(shí)施例的一幅簡圖；圖12是圖11的二色性分光器/混光器的一幅角部圖；圖13是現(xiàn)有技術(shù)的一種照明系統(tǒng)的平面圖；和圖14是相關(guān)技術(shù)的照明系統(tǒng)中工件上典型照明區(qū)域的一個(gè)例子。
實(shí)施例詳述如圖1中所示，按本發(fā)明的一個(gè)視覺系統(tǒng)10包括帶臺(tái)面14的基架12。臺(tái)架16在驅(qū)動(dòng)器18操縱下沿臺(tái)架14的Y方向是可移動(dòng)的。驅(qū)動(dòng)器18包括馬達(dá)和絲杠。一個(gè)垂直安裝的攝像機(jī)30通過一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以看到工件20。放有供觀測(cè)工件20的、整體以16標(biāo)示的臺(tái)架可以移動(dòng)到攝像機(jī)視野內(nèi)的某個(gè)指定位置。
由Z軸馬達(dá)36在垂直方向驅(qū)動(dòng)的、在Z軸支撐34上安裝有攝像機(jī)30，致使攝像機(jī)30可聚焦于放在該視野內(nèi)工件20的特定區(qū)域及各個(gè)表面。該攝像機(jī)30及Z軸支撐34被穩(wěn)定地安裝在X軸溜板40上，溜板則被裝在跨置該臺(tái)架16之上視區(qū)的一個(gè)穩(wěn)定的、不會(huì)振動(dòng)的橋式構(gòu)件40上。溜板40由馬達(dá)和絲杠構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)器44作用下在水平平面內(nèi)作平動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器18和44，以及Z軸驅(qū)動(dòng)馬達(dá)36都是由來自一個(gè)處理器50的信號(hào)控制，而處理器50一般是被編程來對(duì)相對(duì)攝像機(jī)30給定的X和Y軸位置定位、同時(shí)還被編程來使攝像機(jī)30停在其聚焦在該工件20時(shí)的一個(gè)特定水平上。具有與該光學(xué)系統(tǒng)32的光軸同中心軸布置的諸多元件的一個(gè)照明系統(tǒng)100與攝像機(jī)30及光學(xué)系統(tǒng)32一起被裝在了該Z軸支撐34上。
如圖2所示，各示范性的實(shí)施例中的照明系統(tǒng)100包括一個(gè)光源110，第一反射表面120和第二反射表面130。各光源110包括至少一個(gè)采用電晶體發(fā)光裝置115和一個(gè)透鏡140。
各電晶體發(fā)光裝置115可以是發(fā)光二極管，激光二極管或任何已知的或最新開發(fā)的電晶體發(fā)光結(jié)構(gòu)。還有，各電晶體發(fā)光裝置115可發(fā)出電磁光譜的紫外光、可見光和/或接近紅外線的射線。因?yàn)樗l(fā)出的射線是在光譜范圍內(nèi)的，所選的各電晶體發(fā)光裝置115，其中諸如一種電荷耦合裝置的、該電子或數(shù)碼相機(jī)電子成像元件被認(rèn)為是感光性的。
發(fā)光二極管還被用作該電晶體發(fā)光裝置115是因?yàn)榘l(fā)光晶體管比鹵素?zé)魧?duì)精密光動(dòng)調(diào)整表現(xiàn)得更經(jīng)得起檢驗(yàn)。至少部分原因是因?yàn)橹恍栎^小激發(fā)電流即可控制該發(fā)光二極管。另外，發(fā)光二極管的間斷特性允許該發(fā)光波長可有更寬的選擇范圍。還有，當(dāng)在該發(fā)光二極管工作參數(shù)范圍內(nèi)電子激發(fā)時(shí)，該發(fā)光二極管輸出光強(qiáng)度的重復(fù)性和可靠性都是很高的。另外，某些發(fā)光二極管能發(fā)出紫外線光，一種在成像光學(xué)中增進(jìn)辨析能力的頻率范圍的光。激光二極管也可被用作電晶體發(fā)光裝置115。
各個(gè)光源110可有一個(gè)或多個(gè)作在光源110內(nèi)的光動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。使用中，該光動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置在各示意性實(shí)施例中，是采用一個(gè)硅光敏二極管，其獨(dú)特的反應(yīng)是與該光源110內(nèi)的電晶體發(fā)光裝置115的獨(dú)特發(fā)射相適應(yīng)的。這些光動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置不受材料與設(shè)計(jì)所限。任何已知的或最新發(fā)展的能測(cè)量該光源110內(nèi)的電晶體發(fā)光裝置115光輸出的裝置均可適用。其中各個(gè)光源110可在發(fā)不同照明顏色光的多個(gè)電晶體發(fā)光裝置115不同的兩個(gè)間開關(guān)的一種結(jié)構(gòu)中，該光源110可以有為各個(gè)發(fā)光裝置115專用的一個(gè)光動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。某些市場上買得到的電晶體發(fā)光裝置具有一個(gè)內(nèi)置檢測(cè)器，它輸出正從該裝置中輸出的光動(dòng)力的一個(gè)指示信號(hào)。所以，各個(gè)發(fā)光裝置115用的光動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置可被裝進(jìn)該裝置，或成為該光源裝置的一個(gè)分離部件。
如圖2所示，光源裝置115發(fā)出一束光117。本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，如圖3示意性表示的那樣，發(fā)自各示例的電晶體發(fā)光裝置115的一束光117的橫截面所指示的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射區(qū)114，它提供了大部分的光束光能，而一個(gè)或多個(gè)非發(fā)射區(qū)113，它不帶光能。非發(fā)射區(qū)113可以是因?yàn)?、比如它是在該發(fā)光裝置115的電線焊接的接觸區(qū)。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)最佳照明亮度及在工件上分布照明范圍，該光束117內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射區(qū)需有按要求的方位。在按本發(fā)明示意性的各實(shí)施例中，該光束117內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射區(qū)按要求的方位是通過將發(fā)光裝置115在適當(dāng)考慮到該發(fā)光裝置115與工件20間照明系統(tǒng)光程中各光元件的效果后，放置在一個(gè)所要求的位置而得以實(shí)現(xiàn)的。
在按本發(fā)明示意性的該照明系統(tǒng)100的各實(shí)施例中，該發(fā)光裝置115的最佳定向是通過用適用測(cè)量儀器試驗(yàn)各種定向及觀察照明強(qiáng)度和工件上照明區(qū)域分布，以及通過分析由視覺系統(tǒng)10提供的成像資料來確定的。例如，在該定向下產(chǎn)生了最高平均照明強(qiáng)度或在視區(qū)內(nèi)得到足夠和受控的照明強(qiáng)度，從而確定和選擇的。另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也可采用，諸如在視野內(nèi)、或整個(gè)照明區(qū)域內(nèi)提供很均衡的照明強(qiáng)度時(shí)的定向?？梢园惭b發(fā)光裝置相對(duì)光源110轉(zhuǎn)動(dòng)覆蓋360度的各種定向的方式以試驗(yàn)全方位的定向。
圖3至5中顯示的是用于示范性照明系統(tǒng)100用照明系統(tǒng)光程中的光元件配置，其中光束117發(fā)光區(qū)114的定向。該示例發(fā)光區(qū)114定向也確定該最佳的發(fā)光裝置115機(jī)械定向。
如圖2進(jìn)一步顯示的，通過透鏡140的光束117生成了第一調(diào)節(jié)光束142。在各實(shí)例中，該發(fā)光束117如圖所示是與透鏡140的尺寸大致相同。應(yīng)該知道，若光束117小于透鏡140，則所發(fā)光束142產(chǎn)生的亮度會(huì)更高，而橫截面更小。反之，光束117大于透鏡140，不在透鏡140之內(nèi)的所發(fā)光束117就會(huì)被浪費(fèi)。于是當(dāng)所發(fā)光束117大約與透鏡140相同大小時(shí)，即是幾乎充滿透鏡140時(shí)，由該發(fā)光裝置115生成的能量就沒有浪費(fèi)。因此，所采用的乃是一種較小亮度的發(fā)光裝置115。
各實(shí)施例中，透鏡140是為使獲得第一經(jīng)調(diào)節(jié)光束142按要求特征所選擇的一種菲涅爾鏡頭(Fresnel lens)或圓柱體透鏡。按本發(fā)明的各實(shí)施例的系統(tǒng)和方法中，而且特別是在用在該示范性照明系統(tǒng)100的照明系統(tǒng)光程中的該光學(xué)元件配置，該Fresnel鏡頭或圓柱體透鏡140成像的形狀和方向，使該發(fā)射光束117的橫截面成為一種大致是橢圓形第一經(jīng)調(diào)節(jié)光束142。該光束117的橫截面在相應(yīng)第一軸118上通過透鏡140后實(shí)際未被改變，第一軸118是該橢圓形第一經(jīng)調(diào)節(jié)光束142的主軸心線。通過透鏡140的光束117被集聚，沿著垂直于該第一軸線118的該發(fā)光束117的副軸心線119會(huì)聚。該副軸心線119是橢圓形第一調(diào)節(jié)光束142的短軸心線。不難懂得，光束沿該橢圓形第一調(diào)節(jié)光束142的短軸心線會(huì)聚時(shí)，光束142的橫截面對(duì)著主軸心線118壓縮。
然后，該橢圓第一調(diào)節(jié)光束142由該第一反射表面120反射生成第二調(diào)節(jié)光束122。由于反射表面120是在光源110的路徑之中，該反射面120反射該光相對(duì)反射表面120的徑向向外以形成該第二經(jīng)調(diào)節(jié)光束122。這樣，該第二調(diào)節(jié)光束122大部分被投射到垂直于攝像機(jī)30的光軸方向。于是該反射表面120起到的是改變?cè)撜{(diào)整光束方向的一種光程變換器的作用。如圖4示，該第二經(jīng)調(diào)節(jié)光束122的截面大小沿短軸心線119，在它被朝位于第一反射表面120的徑向向外投射過程中繼續(xù)對(duì)著主軸心線118壓縮。
向外方向的該第二調(diào)節(jié)光束122再經(jīng)第二反射表面130反射，以形成第三經(jīng)調(diào)節(jié)光束132，如圖2和8中所示。各實(shí)例中的第一反射面120和第二反射面130是如圖2和6中的表面部分或定位于水平面的各個(gè)環(huán)形上的小表面。該第二反射面130沿Z向相對(duì)第一反射面120是可移動(dòng)的。
如圖5中所示，由于第二經(jīng)調(diào)節(jié)光束122碰到第二反射面130，該橢圓形第二經(jīng)調(diào)節(jié)光束122沿短軸心線119的光束122橫截面尺寸對(duì)著長軸心線118壓縮得很厲害。與此同時(shí)，在第一反射面120是平面的情況下沿長軸心線118、光束122的橫截面尺寸則不變?；蛘呷舻谝环瓷涿?20是一個(gè)圓鏡，沿長軸心線118、光束122的橫截面尺寸則稍微變大。對(duì)于圖2中所示示例的光系統(tǒng)100所用照明系統(tǒng)光程中光元件配置，由于光束122沿短軸心線119集聚及該第二反射面130的聚焦作用，光束132接近第二反射面130時(shí)會(huì)沿長軸心線118集聚成大致為一條延伸的線，然后會(huì)沿短軸心線119分散開以充滿一個(gè)照明區(qū)域150。
不難懂得，上述實(shí)施例中主要考慮的是在光束117中的全部或大部分光能到達(dá)所要求的照明區(qū)域150，而極少或沒有光能被浪費(fèi)到照明系統(tǒng)光程之外，或是所要求的照明區(qū)150內(nèi)的所期望視區(qū)之外。因此，在各實(shí)施例中，該光束142，122和132的沿、或副或主軸心線的這種聚集和分散特性可按前述變化，同時(shí)還使在光束117中的全部或大部分光能到達(dá)所要求的照明區(qū)域150，而極少或沒有光能被浪費(fèi)到照明系統(tǒng)光程之外或是所要求的照明區(qū)150內(nèi)的所期望視區(qū)之外。對(duì)比于許多商業(yè)上現(xiàn)有照明系統(tǒng)，它在照明區(qū)所浪費(fèi)的光能比在相關(guān)視覺系統(tǒng)的視區(qū)要大得多，在各實(shí)施例中、如圖2的照明系統(tǒng)配置中所提供的照明區(qū)，是比觀察區(qū)大不了多少的一個(gè)照明區(qū)。例如，在各實(shí)施例中，該照明區(qū)150的尺寸不大于用于相關(guān)照明系統(tǒng)內(nèi)所用視覺系統(tǒng)的觀察區(qū)最大尺寸的大致兩倍。
如圖6所示，各實(shí)施例中的反射表面130采用拋物線橫截面。對(duì)于許多照明系統(tǒng)，拋物線截面就夠用了，盡管我們知道采用雙曲線截面也是可以的。就在來自第一反射面120的該第二調(diào)節(jié)光束122碰到彎曲的反射表面130的位置處，確定了在臺(tái)架16上的該第三調(diào)節(jié)光束132的入射角β。
如圖7所示，為改變?cè)撊肷浣?，兩個(gè)反射表面120和130一起沿Z-軸的、要使該照明系統(tǒng)能照到該照明區(qū)150的那個(gè)范圍內(nèi)而協(xié)同移動(dòng)，而且還要使達(dá)到所要求的入射角所需的沿z-軸的那個(gè)范圍內(nèi)彼此作相對(duì)移動(dòng)。這樣，來自第一反射面120的光束122碰到反射面130的不同區(qū)域即改變了該入射角而且維持所要求的照明區(qū)域位置。
如圖7所示，反射表面120和130彼此間、和相對(duì)臺(tái)架16沿z-軸是可相對(duì)移動(dòng)的。為保持該第三調(diào)節(jié)光束132在相同位置處以諧調(diào)該臺(tái)架16或工件20上該視覺系統(tǒng)的觀察區(qū)域，不難懂得，在入射角β變化，反射面120和臺(tái)架16間的距離增加時(shí)，則反射面130的底部與該第二調(diào)節(jié)光束122的主軸心線118間的距離h隨著增加。反之，反射面120和臺(tái)架16間距d減小時(shí)，該反射面130底部與光束132間距h也隨著減小。
如圖6和8所示，一系列光源110用以環(huán)繞工件20構(gòu)成一種照明模式。在各實(shí)施例中，照明系統(tǒng)100的支承系統(tǒng)102環(huán)繞著攝像機(jī)30放置以支承一系列的光源110。一系列光源110環(huán)繞著光軸104且定位于該攝像機(jī)30的光程之外。
為增加環(huán)繞工件20的照明方式，各光源110以一個(gè)預(yù)定的方位角增量α與相鄰光源110相隔開。光束117自單一光源110發(fā)出時(shí)，所生成的第三經(jīng)調(diào)節(jié)光束132則沿一個(gè)方位角αn的方向定向。該方位角α、一般而言而非必要，是這樣確定的，即給定光源實(shí)際尺寸后，該光源110以距離光軸104半徑距離為S處可被放置的最多數(shù)量即可確定。另外，所用光源110的數(shù)量也可根據(jù)由該第三調(diào)節(jié)光束132的相重疊量、或其間間隔的量所生成的按要求的照明強(qiáng)度來確定。
在各實(shí)施例中，該第二調(diào)節(jié)光束122橫截面的主軸心線118定向在一個(gè)“水平”平面，即垂直于該光軸104的一個(gè)平面上。當(dāng)該第二調(diào)節(jié)光束122橫截面的主軸心線118定向在一個(gè)水平平面上時(shí)，即該環(huán)形反射表面130，該光束在離反射面130底部特定距離h處越是集聚，則該反射面130的彎曲對(duì)第三調(diào)節(jié)光束132所造成的扭曲就越小，而且也越接近所要求的照明結(jié)果。還有，當(dāng)該第三調(diào)節(jié)光束132橫截面主軸心線在水平面上定向時(shí)，如在下文中結(jié)合圖14要說及的，對(duì)大多數(shù)被照明表面形成的是一種按要求的接近圓形的照明區(qū)150。
如圖14所示，通常的照明系統(tǒng)是從各發(fā)光元件發(fā)出一束大體為圓形橫截面的光。這些光束也可以是被校準(zhǔn)或被聚焦的。然而，以入射角為β，發(fā)出的一束光不垂直于被照明的工件表面時(shí)，生成于一個(gè)平面工件506上的就會(huì)是一個(gè)大體為橢圓或橢圓式的第一照明區(qū)512。該第一照明區(qū)512具有離開照明區(qū)512中心給出的X1和Y1距離的邊緣，其中X1大于Y1。進(jìn)而當(dāng)入射角增加，如以β2表示的，該光束與沿該光軸508定位的一個(gè)平面相交時(shí)，一個(gè)第二照明區(qū)514的Y1距離大致與第一照明區(qū)512的Y1相同。然而第二照明區(qū)514的距離X2卻要大于X1。
由于沿光系統(tǒng)軸心508的觀測(cè)區(qū)一般是在以該光軸為中心的一個(gè)圓，當(dāng)試圖在給定類型的發(fā)光元件下得到最大照明亮度時(shí)，這種橢圓照明區(qū)會(huì)不合要求。舉例來說，如果距離Y1被設(shè)置在靠近一個(gè)圓形觀察區(qū)的邊緣，則距離X1就會(huì)延伸超出該觀察區(qū)邊緣之外。結(jié)果會(huì)有相當(dāng)量的可利用照明能浪費(fèi)于觀察區(qū)的外邊。與之相比，按本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，該主軸心線118、指該第三經(jīng)調(diào)節(jié)過的光束132的橫截面上的，定向于按本發(fā)明各實(shí)施例系統(tǒng)和方法中的一個(gè)水平平面之中。結(jié)果，由于工件表面上的入射角在前所述的在該X-方向上加長了該照明區(qū)，而當(dāng)該光束與一個(gè)大體水平的被照明表面相交時(shí)，有效地使該照明區(qū)中該短軸心線119變長。因此實(shí)現(xiàn)了一個(gè)合乎要求的接近于圓形的照明區(qū)150。
不難懂得，該照明區(qū)150的范圍超出了視覺系統(tǒng)的觀察區(qū)范圍是常有的事。但即使是這種情況，整形光束及如在此描述的使定向主副光束軸心線118和119，相比于普通照明系統(tǒng)中的光束，還是提供了一種充滿或超越視覺系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)的一個(gè)照明區(qū)內(nèi)的更為均衡的照明強(qiáng)度，以及相對(duì)更高的平均照明亮度。
如圖9所示，于該發(fā)光源110的第二實(shí)施例中，所采用的一系列發(fā)光裝置以生成來自發(fā)光源110所發(fā)光束117的一種混合光，它通過透鏡140生成一種經(jīng)調(diào)節(jié)的光束142。由發(fā)射光束117’生成的混合光，根據(jù)所采用的發(fā)光裝置115的數(shù)量，該發(fā)射光束117’的光能可以由此得以進(jìn)一步地增強(qiáng)。為了照明目的，現(xiàn)將描述具有三個(gè)發(fā)光裝置160，170和180的一個(gè)混合光源110。然而，不言而喻，該混合光源110可以有更多數(shù)量的適于布置的所需光束混合的發(fā)光裝置。不僅如此，還應(yīng)當(dāng)知道該發(fā)光裝置160，170和/或180的一個(gè)或全部，可以是與該第一實(shí)施例中的發(fā)光裝置115是相同的。
仍然是為了照明的目的，將予描述的三個(gè)發(fā)光裝置160，170和180各自發(fā)出紅、綠和藍(lán)色的發(fā)出光束117，以形成一種白色的混合發(fā)光束117’。然而，不難懂得該發(fā)光裝置160，170和180可以發(fā)出任何顏色的混合或強(qiáng)度，以生成一種可變化顏色的光束117’。
在各實(shí)施例中，發(fā)光束117通過位于該發(fā)光裝置160，170和180下游方向、但于透鏡140上游方向的一個(gè)棱鏡200來沿光程190對(duì)準(zhǔn)。為了照明，可采用889號(hào)專利中所述的任何棱鏡作為棱鏡200。另外，應(yīng)該知道任何當(dāng)前可用的、或最新發(fā)展的裝置，它們可用作將來自發(fā)光裝置160，170和180的發(fā)光束117混合成可用于本發(fā)明中沿光程190的一種混合發(fā)光束117’。
按照在此描述的系統(tǒng)和方法所形成的一個(gè)示范性裝置，發(fā)明人業(yè)已改進(jìn)了現(xiàn)有商用紅，綠和藍(lán)色發(fā)光二極管的混合布置在圖9所示的示范性結(jié)構(gòu)中，沿用圖2中所示的該示范性照明系統(tǒng)配置，而用到由位于美國伊利諾斯州奧羅那的MAC公司(Mitutoyo America Corporation，inAurora，IL.)生產(chǎn)的產(chǎn)品中，成為一種快視系列的視覺觀測(cè)機(jī)(QuickVision series of vision inspection machine)。這種示范性裝置在機(jī)器的觀測(cè)區(qū)生成大體為白色光，實(shí)現(xiàn)了范圍內(nèi)全部照明亮度可控制。
不難懂得，以這種配置也可以控制方式生成各種波長的混合光而非白光。另外，應(yīng)該知道該混合光源110在垂直圖平面的方向上的尺寸不比任何發(fā)光裝置160，170和180或棱鏡200的大多少，它在各實(shí)施例中是相同的尺寸。由此，不難懂得按本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各實(shí)施例的混合光源中，可以實(shí)現(xiàn)輸出光束的特性不是可以由任何單一發(fā)光裝置所提供的一束光所可以實(shí)現(xiàn)的。不僅如此，這樣的混合光源還可以以間隔距離小的方式布局于各照明系統(tǒng)中，與單一發(fā)光裝置所用的間隔距離差不多。
圖10至12顯示了包括于889號(hào)專利中所公開的棱鏡的兩個(gè)示例。如圖10所示，在一個(gè)實(shí)施例中，棱鏡200為一個(gè)玻璃立方體的立方體二色性分光器/混光器210。該分光器/混光器210包括帶有該立方體210的第一對(duì)邊220和第二對(duì)邊222之間角部的一個(gè)二色性藍(lán)-反光表面212。一個(gè)二色性紅-反射表面218與該藍(lán)-反射表面212垂直并在第三邊214和第四邊216間跨置。該紅-反射面218和藍(lán)-反射面212都透過綠光。
來自發(fā)光裝置160的一束紅光162以垂直立方體210的第一對(duì)邊220方式射入并以45度的入射角226射到該藍(lán)-反射面212和紅-反射面218。該紅光束162沿光程190的一個(gè)垂直方向上被改變方向。來自發(fā)光裝置180的一束藍(lán)光182以垂直立方體210的第二對(duì)邊222方式射入并以45度的入射角226射到該藍(lán)-反射212和紅-反射面218。該藍(lán)光束沿光程190的一個(gè)垂直方向上改變了藍(lán)光束的方向。發(fā)自發(fā)光裝置172的一束綠光172射入并穿過藍(lán)反射面212和紅反射面218。該綠光束172的方向也沿軸線190。應(yīng)該知道，該紅，藍(lán)和綠光束混合在一起形成一種白色的混合發(fā)光束117’。
圖11為該889號(hào)專利所公開的棱鏡200的第二實(shí)施例。該棱鏡200為一個(gè)二色性分光器/混光器200。該分光器/混光器200包括具有等尺寸的四個(gè)垂直壁252以邊對(duì)邊方式連接在一起的一個(gè)玻璃支承結(jié)構(gòu)250致使這些壁252包圍一個(gè)立方體254。該玻璃支承體250可以以光學(xué)級(jí)的玻璃，塑料或任何適用材料構(gòu)成。
該分光器/混合器200有第一紅反射面256和對(duì)置并平行于該第一紅反射面256的一個(gè)第二紅反射面258。一個(gè)藍(lán)反射面260緊鄰并垂至于該第一紅反射面256。對(duì)置并平行于該第一藍(lán)反射面260是一個(gè)第二藍(lán)反射表面262。這些表面256，258，260，262的一側(cè)以工作面朝外且暴露于空氣，而以其另一側(cè)面對(duì)著該玻璃的支承結(jié)構(gòu)250。
該紅反射面256和258具有一種普通的紅反射二色性涂層。與之類似，藍(lán)反射面260和262具有一個(gè)普通的紅反射二色性涂層。該涂層為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，它是絕緣材料的光薄膜涂層。
為了說明的目的，只描述該光束117’的各半部194和196。紅光束162由第一紅反射面256被導(dǎo)入沿光程190的一個(gè)垂直第一半部192。紅光束162還由第二反射面258被導(dǎo)入沿光程190的一個(gè)第二半部196。該藍(lán)光束182由第一藍(lán)反射面260被導(dǎo)入沿光程190的一個(gè)垂直第二半部196。該藍(lán)光束182由第二藍(lán)反射面262沿光程190被導(dǎo)入該垂直第一半194。
該綠光束172射入并穿過二色性表面262，258，256和260并通過支承結(jié)構(gòu)250，沿光程190以相同方向傳送形成該綠光束172。這樣，紅，綠和藍(lán)光束162，172和182混合以形成白色的發(fā)光束117’。
圖12為圖11的分光器/混光器200的一幅角部圖。該紅光束162由該紅反射面256反射進(jìn)入該垂直第一半部192。該藍(lán)光束182由該藍(lán)反射面262反射進(jìn)入該垂直第一半部192。由第二紅反射面(見圖11的258)所發(fā)射的該紅光束162，通過表面262進(jìn)行傳送。
分光器/混光器，諸如采用中華人民共和國100086，北京郵政信箱9671的中國大恒公司生產(chǎn)的“ColorBiner”棱鏡(Chiina Daheng Corporation，PO Box 9671，Beijing，100068 P R CHINA)也是按本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中適用的市場上買得到的構(gòu)件。
白色混合發(fā)光束117’遂穿過透鏡140和該照明系統(tǒng)100的其余部件，即與發(fā)光束117相似。所以自棱鏡200下游的光束描述在此不再重復(fù)。
如參照?qǐng)D8所作上述描述的那樣，該第二反射表面130將第三經(jīng)調(diào)節(jié)后的光束132投射到臺(tái)架16。進(jìn)而如以在第二實(shí)施例的復(fù)合式光源110所描述的，可以同時(shí)使用多個(gè)發(fā)光裝置生成多種顏色光。于是，不難懂得，按本發(fā)明的系統(tǒng)和方法即可射出各種可選擇的和不同顏色的光，使之沿任何單個(gè)的方位角αn以及以一種密集方位角增量進(jìn)行布局，從而克服了如圖13中所示的通常系統(tǒng)中必須使用其范圍覆蓋多個(gè)方位角α1-3的一系列光源504才能生成該相同種類顏色光的缺點(diǎn)。
雖然在上面已經(jīng)結(jié)合有具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但很明顯對(duì)那些本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員還可作有許多的替換，修改和變化。例如在此描述的光束成形原理，一種發(fā)光裝置和/或光束非發(fā)光區(qū)作定向用的原理，以及在緊湊空間內(nèi)使用混合光源、用電晶體發(fā)光裝置生成高照明強(qiáng)度，不只可以全部采用，也可以分開使用、或是以結(jié)合方式在照明區(qū)內(nèi)提供改進(jìn)的照明亮度和均衡性，同時(shí)還提供了在照明亮度及顏色兩方面都可采用的高程度可選址性的構(gòu)造用原理。本發(fā)明的這種照明原理也可用于相關(guān)的可編程照明的控制系統(tǒng)，可編程自動(dòng)視覺系統(tǒng)，以及自動(dòng)或手動(dòng)顯微成像和觀測(cè)系統(tǒng)及其類似系統(tǒng)。另外，上述原理可用于包括此述中的任何圓形照明系統(tǒng)配置，或是僅部分地環(huán)繞光軸的類似配置，但其使用并不局限于這些配置。因此，前述本發(fā)明的實(shí)施例只在于說明而無意于限制。在不離開本發(fā)明的宗旨及范圍可以有各式的變化。
權(quán)利要求
1.一種照明裝置，包括一個(gè)主件，承載有至少一個(gè)混合光源，和每個(gè)混合光源包括多個(gè)可控制的電晶體發(fā)光裝置和一個(gè)光束混合元件，每個(gè)發(fā)光裝置被安排成將各自的輸入光束輸入到該光束混合元件，其中各混合光源輸出基于該輸出光束及該光束混合元件特性的一個(gè)單一輸出光束；該混合光源用以提供至少一種輸出光束特性，該特性不能由多個(gè)可控電晶體發(fā)光裝置中任何一個(gè)提供的光束實(shí)現(xiàn)；和該輸出光束遵循一個(gè)光程致使該裝置被用于照明一個(gè)成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)。
2.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該單一輸出光束的至少一種特性包括最大亮度和波長混合的至少一種。
3.按權(quán)利要求2的裝置，其特征為其中該波長混合成近似白光。
4.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該一系列可控電晶體發(fā)光裝置包括綠光發(fā)射裝置，紅光發(fā)射裝置和藍(lán)光發(fā)射裝置。
5.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該一系列可控電晶體發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管和二極管激光器之一。
6.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該光束混合元件包括至少一個(gè)棱鏡。
7.按權(quán)利要求6的裝置，其特征為其中該至少一個(gè)棱鏡包括一個(gè)二色性分光器/混光器。
8.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該主件可被定位在至少部分地環(huán)繞于該成像系統(tǒng)的一根光軸處，并且該多個(gè)混合光源被布置于主件上致使該多個(gè)混合光源可被定位于至少部分地環(huán)繞于該成像系統(tǒng)的該光軸處。
9.按權(quán)利要求8的裝置，其特征為其中該一系列混合源中至少有一些是被布置在離開與該成像系統(tǒng)光軸一致的、用以定位的一條軸心線有一個(gè)相同半徑處，并且被布置在該相同半徑處的一系列混合光源中至少有一些是以按圓周上相互隔開、其中心到中心的距離小于按圓周方向的任何各自電晶體發(fā)光裝置尺寸的3倍方式布置。
10.按權(quán)利要求9的裝置，其特征為其中該布置于一個(gè)相同半徑上的至少一些混合光源被彼此圓周上隔開，其中心到中心距離在圓周方向上小于任何各自電晶體發(fā)光裝置尺寸的2倍。
11.1按權(quán)利要求1的裝置，其特征為還包括至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件，它調(diào)節(jié)該輸出光束的橫截面和方向的至少之一，使生成沿該光程的一個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出光束。
12.按權(quán)利要求11的裝置，其特征為其中該至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件包括第一反射表面；和第二反射表面，其中由該第一反射表面反射該輸出光束到第二反射表面上，并且第二反射表面反射能用以照明成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)的、沿一個(gè)入射角的一束經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出光束。
13.按權(quán)利要求12的裝置，其特征為其中該第一反射表面和第二反射表面包括各自第一和第二環(huán)形表面部分，并且該第一和第二環(huán)形表面是沿一個(gè)垂直于該各個(gè)環(huán)形的平面的公共中心軸心線彼此間可相對(duì)移動(dòng)以控制該入射角。
14.按權(quán)利要求11的裝置，其特征為其中該至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件包括一個(gè)透鏡，它生成具有一個(gè)主軸心線和一個(gè)副軸心線的大體呈橢圓形的經(jīng)調(diào)節(jié)輸出光束。
15.按權(quán)利要求14的裝置，其特征為其中該透鏡是菲涅爾(Fresnel)鏡和圓柱透鏡之一。
16.按權(quán)利要求14的裝置，其特征為其中該透鏡這樣定向，即該經(jīng)調(diào)節(jié)過的輸出光束照明該成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)域的范圍內(nèi)，該主軸心線至少要大體對(duì)正于該成像系統(tǒng)光軸心線相垂直的一個(gè)平面。
17.按權(quán)利要求16的裝置，其特征為其中該至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件還包括第一反射表面；和第二反射表面，它包括一個(gè)環(huán)形的一部分其中由該第一反射表面所接受的經(jīng)調(diào)節(jié)過的輸出光束，經(jīng)反射成為一個(gè)第二經(jīng)調(diào)節(jié)輸出光再至該第二反射表面上，致使該第二經(jīng)調(diào)節(jié)輸出光束的主軸心線至少大體對(duì)正于平行于該環(huán)形平面的一個(gè)平面，并且該第二反射表面沿著一個(gè)能照明成像系統(tǒng)該觀測(cè)區(qū)的一個(gè)入射角反射出一個(gè)第三經(jīng)調(diào)節(jié)輸出光束。
18.按權(quán)利要求17的裝置，其特征為其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)射區(qū)被這樣定向，即在該裝置采用該至少一個(gè)混合光源照明成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)時(shí)于該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)到的平均亮度要大于相當(dāng)于該發(fā)射區(qū)全范圍定向的可觀測(cè)平均亮度的中間值。
19.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)射區(qū)被這樣定位，即在該裝置采用該至少一個(gè)混合光源照明成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)時(shí)于該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)到的平均亮度要大于相當(dāng)于該發(fā)射區(qū)全范圍定向的可觀測(cè)平均亮度的中間值。
20.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)射區(qū)被這樣定向，即在該裝置采用該至少一個(gè)混合光源照明成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)時(shí)于該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)到的平均亮度至少是該發(fā)射區(qū)任何定向中可觀測(cè)的最大平均亮度的75％。
21.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中當(dāng)該至少一個(gè)混合光源被用以照明成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)時(shí)，一個(gè)大致成圓形的照明區(qū)域會(huì)在照明平面是一個(gè)垂直于成像系統(tǒng)光軸心線時(shí)圍繞該照明區(qū)。
22.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中當(dāng)該至少一個(gè)混合光源被用以照明成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)時(shí)，圍繞觀測(cè)區(qū)的一個(gè)照明區(qū)具有不大于在照明平面垂直于該成像系統(tǒng)光軸心線時(shí)該觀測(cè)區(qū)最大尺寸兩倍的一個(gè)最大尺寸。
23.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為其中該成像系統(tǒng)是一個(gè)擴(kuò)大成像系統(tǒng)。
24.一種照明裝置，包括承載至少一個(gè)光源的主件；和各光源，它包括至少一個(gè)可控電晶體發(fā)光裝置，該裝置可用以提供遵循一個(gè)光程的輸出光束，致使該裝置可用以照明一個(gè)成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)；其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)射區(qū)被定位，致使該裝置用至少一個(gè)光源照明成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)時(shí)，該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)的平均亮度大于相應(yīng)于該發(fā)射區(qū)全部定位范圍可觀測(cè)平均亮度的中間值。
25.按權(quán)利要求24的裝置，其特征為其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)射區(qū)被定位，致使該裝置用該至少一個(gè)照明源照明該成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)時(shí)該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)到的平均亮度至少是該發(fā)射區(qū)任何定向中可觀測(cè)到該最大平均亮度的75％。
26.按權(quán)利要求24的裝置，其特征為還包括至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件，它調(diào)節(jié)該輸出光束的橫截面和方向中的至少一個(gè)，以生成一種沿光程的調(diào)節(jié)過的輸出光束。
27.一種用于照明成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)的方法，成像系統(tǒng)具有承載至少一個(gè)混合光源的主件，包括一系列可控電晶體發(fā)光裝置的各混合光源和光束混合元件，一系列發(fā)光裝置的每一個(gè)安排成將各自的輸入光束輸入到該光束混合元件，該方法包括輸出來自各個(gè)混合光源的、基于該輸入光束和該光束混合元件特性的一個(gè)單一的輸出光束；獲得該單一輸出光束的至少一種特性，該特性不能用由該一系列可控電晶體發(fā)光裝置中任何一個(gè)提供的光束實(shí)現(xiàn)；和沿一個(gè)光程導(dǎo)出該單一輸出光束用以照明該成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)。
28.按權(quán)利要求27的方法，其特征為其中該單一輸出光束的至少一種特性包括最大亮度和波長混合的至少之一。
29.按權(quán)利要求28的方法，其特征為其中該波長混合大致成白色光。
30.按權(quán)利要求27的方法，其特征為其中該光束混合元件包括帶二色性分光器/混光器的一個(gè)棱鏡。
31.按權(quán)利要求27的方法，其特征為其中該主件定位于至少部分環(huán)繞該成像系統(tǒng)的光軸心線，并且該一系列混合光源被布置在主件上致使該一系列混合光源至少部分地環(huán)繞、可定位于該成像系統(tǒng)的光軸心線。
32.按權(quán)利要求27的方法，其特征為還包括調(diào)節(jié)，以至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件調(diào)節(jié)該輸出光束的橫截面和方向的至少之一，以生成沿該光程的一束經(jīng)調(diào)節(jié)光。
33.按權(quán)利要求32的方法，其特征為還包括，所用的該至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件包括一個(gè)第一反射表面和一個(gè)第二反射表面用第一反射表面反射該單一輸出光束到該第二反射表面上；和用第二反射表面反射該單一輸出光束，沿可用以照明該成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)的一個(gè)入射角，生成一個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出光束，該至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件包括一個(gè)第一反射表面和第二反射表面，其中該輸出光束用第一反射表面反射到第二反射表面上并且該第二反射表面沿可用以照明成像系統(tǒng)該觀測(cè)區(qū)的一個(gè)入射角，反射出一個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出光束。
34.按權(quán)利要求27的方法，其特征為其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)光區(qū)被定位，致使在該裝置采用該至少一個(gè)混合光源照明成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)時(shí)于該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)到的平均亮度要大于相當(dāng)于該發(fā)射區(qū)全范圍定向的可觀測(cè)平均亮度的中間值。
35.按權(quán)利要求27的方法，其特征為其中當(dāng)該至少一個(gè)混合光源被用以照明成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)時(shí)，圍繞觀測(cè)區(qū)的一個(gè)照明區(qū)具有不大于在照明平面垂直于該成像系統(tǒng)光軸心線時(shí)該觀測(cè)區(qū)最大尺寸兩倍的一個(gè)最大尺寸。
36.一種照明一個(gè)成像系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)的方法，該成像系統(tǒng)具有承載至少一個(gè)光源的主件，包括至少一個(gè)可控電晶體發(fā)光裝置的各光源，發(fā)光裝置可用以提供遵循一個(gè)光程的輸出光束，致使該裝置可用以照明成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)，該方法包括輸出光束，其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)光區(qū)被定位，致使在該裝置采用至少一個(gè)光源照明成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)時(shí)，該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)到的平均亮度大于對(duì)應(yīng)于該發(fā)射區(qū)全范圍定向可觀測(cè)平均亮度的中間值。
37.按權(quán)利要求36的方法，其特征為其中該輸出光束橫截面的一個(gè)發(fā)射區(qū)被這樣定向，即在該裝置采用該至少一個(gè)混合光源照明成像系統(tǒng)的觀測(cè)區(qū)時(shí)于該觀測(cè)區(qū)內(nèi)可觀測(cè)到的平均亮度至少是該發(fā)射區(qū)任何定向中可觀測(cè)的最大平均亮度的75％。
38.按權(quán)利要求36的方法，其特征為還包括調(diào)節(jié)，以至少一個(gè)照明系統(tǒng)光程元件調(diào)節(jié)該輸出光束的橫截面和方向的至少之一，以生成沿該光程的一束經(jīng)調(diào)節(jié)光。
全文摘要
一個(gè)照明系統(tǒng)包括發(fā)射一束光的一個(gè)發(fā)光裝置，用于反射該光束至少一根軸線的一個(gè)透鏡以及沿一個(gè)入射角對(duì)準(zhǔn)該光束的一個(gè)反射表面。本發(fā)明還包括用一個(gè)棱鏡對(duì)著透鏡使其沿一個(gè)軸心線對(duì)準(zhǔn)這些光束、用以生成一種高亮度光束的一系列發(fā)光裝置，其中該一系列發(fā)光裝置包括綠光，紅光和藍(lán)光發(fā)光裝置。
文檔編號(hào)G01N21/88GK1399157SQ0213038
公開日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月25日
發(fā)明者P·G·格拉德尼克 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐