CN111580325A - 一种高亮转角同轴光源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视觉成像技术领域，公开了一种高亮转角同轴光源，包括发光组件以及分透镜；该高亮转角同轴光源通过分透镜的分光部的透射光线提供垂直弱照明、透光部提供强补光照明，在成像面能够对被检物进行连续无死角照明，从而增强了漫反射光成像，削弱了镜面反射光成像，消除了拍摄图像的光晕现象，实现了稳定拍摄物体表面细节，提高了成像面相对光源的角度变化自适应性；通过将分透镜设置成透光部无实体的结构，进一步节约垂直空间，缩短光线在各部件之间传播的光路，增强光源照射效果，提高了使用的方便性和灵活性；通过将发光体排布成若干个各自独立调节亮度的矩形环状发光体组，增强发光部件亮度区域调节的灵活性。

Description

一种高亮转角同轴光源

技术领域

本发明涉及视觉成像技术领域，具体涉及一种高亮转角同轴光源。

背景技术

视觉检测系统是工业上进行自动产品检测的一种常用的技术，它通过照明、摄像装置等对被检物进行拍摄，然后由软件对获取到的图像进行分析，从而获得被检物的条码字符、裂痕、包装、表面图层、电路焊接等方面的缺陷信息，这些信息对产品分拣、技术改进等方面的工作具有重要意义，视觉检测系统的使用能够在很大程度上提高产品的产量和质量，并大大节省人工检测的成本。

在视觉检测系统中，首先进行视觉成像，通常需要使用同轴光源给被检物补光，以使获得的图像更加清晰、便于进行下一步的分析工作。现有的视觉检测系统中，同轴光源在系统中的排布方式主要有两种：其一是垂直拍摄的同轴光源，这种排布方式中，镜头与被检物垂直设置，光源与被检物转角设置，光源的分光片将一部分光线反射到被检物上，被检物再将光线反射到分光片，被检物反射的光线经过分光片会有一部分透射到达镜头，镜头可将这部分光线拍摄下来，即为被检物的图像；其二是转角拍摄的同轴光源，这种排布方式中，光源与被检物垂直设置，镜头与被检物转角设置，光源的分光片将一部分光线透射到被检物上，被检物再将光线反射到分光片，被检物反射的光线经过分光片会有一部分反射到达镜头，镜头即可将这部分光线拍摄下来，即为被检物的图像。

上述两种光源的排布方式至少存在以下缺陷：

1、对被检物垂直方向或转角方向的空间要求很大，需要足够的安装空间，会导致视觉检测系统的体积较大，并且照射光路较长；

2、打光采用单一的分光反射或者分光透射方式，会造成光源亮度严重降低，照射范围内亮度均匀性差；

3、因为光源体积较大，不便于设计成多角度无死角组合照明模式，照射光角度小，对成像面角度变化适应性极差；

4、对被拍摄物体表面，光源均垂直照射，造成成像面反射光太强，漫反射光太弱，图像容易产生光晕效果，物体表面细节图像体现差。

基于现有技术中同轴光源的上述缺陷，有必要发明一种新的同轴光源，以克服这些问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高亮转角同轴光源，该高亮转角同轴光源体积较小、在垂直方向连续大角度照明、缩短了照射光路、照明亮度强且均匀。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高亮转角同轴光源，其特征在于，包括：发光组件，用于向被检物发射照明光线；以及分透镜，设置于所述发光组件照明光线的光路上，所述分透镜包括位于中心区域的分光部和位于边缘区域的透光部，所述分光部用于向被检物透射照明光线以及向镜头反射被检物的成像光线，所述透光部用于向被检物透射照明光线。

本发明中，优选地，所述分光部为分光镜，所述透光部为透光镜。

本发明中，优选地，所述透光部包括实体透光部和非实体透光部，所述实体透光部为具有透光功能的实体结构，与所述分光部固定连接，所述非实体透光部为所述分光部和实体透光部周边无实体的空区域。

本发明中，优选地，所述分透镜包括基底、透光膜和分光膜，所述透光膜固定于所述基底的整个上表面和整个下表面，所述分光膜固定于所述基底上表面或下表面的中心区域，所述分透镜的中心区域构成所述分光部，所述分透镜的边缘区域构成所述透光部。

本发明中，优选地，还包括壳体，所述发光组件固定于所述壳体的一端，所述壳体的另一端设置有照明口，所述分透镜固定于所述发光组件与所述照明口之间的所述壳体的侧壁内，所述侧壁上位于所述分透镜反射被检物的成像光线经过的位置开设有拍摄口。

本发明中，优选地，所述发光组件包括：发光板，用于发出照明光线；以及散光板，固定在所述发光板与所述分透镜之间的位置，用于对照明光线进行柔和化处理。

本发明中，优选地，所述发光板上设置有多个发光体，所述发光体排布成若干个发光体组，所述若干个发光体组能够分别独立调整亮度。

本发明中，优选地，所述发光体组均为矩形结构，且所述若干个发光体组的矩形周长不等，所述若干个发光体组按周长由小到大依次从中心向周边排布成发光体阵列。

本发明中，优选地，所述发光组件还包括散热装置，所述散热装置与所述发光板固定连接，用于加快所述发光板的散热速度。

本发明中，优选地，所述分透镜与所述照明口及所述拍摄口两个面均呈45°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的高亮转角同轴光源通过分透镜的分光部的透射光线提供垂直弱照明、透光部提供强补光照明，在成像面能够对被检物进行连续无死角照明，从而增强了漫反射光成像，削弱了镜面反射光成像，消除了拍摄图像的光晕现象，实现了稳定拍摄物体表面细节，提高了成像面相对光源的角度变化自适应性；通过将分透镜设置成透光部无实体的结构，进一步节约垂直空间，缩短光线在各部件之间传播的光路，增强光源照射效果，提高了使用的方便性和灵活性；通过在发光组件上设置散光板，使照明光线在空间分布上更加均匀，提升照明效果；通过将发光体排布成若干个各自独立调节亮度的矩形环状发光体组，增强发光部件亮度区域调节的灵活性。

附图说明

图1为高亮转角同轴光源的结构示意图。

图2为分透镜的结构示意图。

图3为具有非实体透光部的高亮转角同轴光源的结构示意图。

图4为具有非实体透光部的分透镜的结构示意图。

图5为发光体阵列的结构示意图。

附图中：1-发光组件、101-发光板、1011-发光体、102-散光板、103-散热装置、2-分透镜、201-分光部、202-透光部、2021-实体透光部、3-壳体、301-照明口、302-拍摄口、4-被检物、5-摄像装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1至图5，本发明一较佳实施方式提供一种高亮转角同轴光源，包括发光组件1和分透镜2。

在本实施方式中，发光组件1固定于对被检物4进行检测的位置，根据需要，可以是被检物4的侧方，也可以是其上方或下方，本实施方式以发光组件1固定在被检物4上方为例，发光组件1向下发射照明光线，即照明光线垂直于水平面。分透镜2固定于发光组件1的下方，并且位于照明光线的光路上，使照明光线可以直射分透镜2。进行视觉成像时，将被检物4置于分透镜2的下方，发光组件1、分透镜2和被检物4呈一条直线。

如图1所示，分透镜2的中心位置为分光部201，照明光线入射到分光部201时，该光线的一部分被分光部201反射到其他位置，另一部分则透过分光部201，射向分光部201的另一侧，即可在中间位置照射被检物4，起到向被检物4提供垂直照明的作用，由于照明光线穿过分光部201时有一部分被反射，照射到被检物4的光线亮度有所减弱，所以该垂直照明光线是相对较弱的光线，也就是说提供了弱垂直照明。分透镜2的边缘位置为透光部202，照明光线入射到透光部202时，该光线直接穿过透光部202，射向透光部202的另一侧，即可从边缘位置照射被检物4，起到向被检物4提供补光照明的作用，由于照明光线穿过透光部202时未发生反射分光，照射到被检物4的光线亮度基本没有降低，所以该补光照明光线是相对较强的光线，也就是说提供了强补光照明。被检物4表面受到弱垂直照明光线和强补光照明光线的照射，将这些光线反射到分透镜2的分光部201后，一部分光线透过分光部201射到另一侧，另一部分光线则被分光部201反射，通过这部分被分光部201反射的光线即可在分光部201中呈现被检物4的图像，这部分被分光部201反射的光线即为成像光线，因此，在成像光线的光路上设置一镜头对准分光部201的摄像装置5，即可拍摄到被检物4的图像。由于分光部201反射形成的成像光线应当与照明光线成一定的角度，镜头才能对被检物4的图像进行拍摄，因此照明光线和分透镜2既不能平行也不能垂直，二者之间的角度应当大于0°且小于90°，在这一范围内，才有理论上的可能，使镜头可以从分透镜2的分光部201上拍摄到被检物4的图像。要获得成像的最优角度，则照明光线和分透镜2之间的角度为45°，此时成像光线垂直于照明光线，镜头可以从侧面对分光部201中被检物4的图像进行拍摄，镜头可以以最近距离拍摄，成像光线的传播路径最短，得到的图像最清晰，而且空间限制小，能够节省拍摄装置所需的空间。

本实施例利用分透镜2的分光部201和透光部202的不同性质，提供了射向被检物4的弱垂直照明和强补光照明，与传统的采用各部分无差别地反射和透射光线的分光镜相比，补光照明光线明显增强，提高了射向被检物4的照明光线的整体亮度，被检物4表面的亮度也更加均匀，成像光中，来自被检物的反射光强度和漫反射光的强度更加接近，趋于平衡，极大程度地消除了拍摄图像中的光晕效果，使被检物4表面细节的图像体现更加精准。

本发明的一个优选的实施例中，如图2所示，分光部201为分光镜，位于分透镜2的中心位置，可为圆形、矩形等各类形状，光线照射在其上时，会有一部分被反射，另一部分透射到其另一侧；透光部202为透光镜，位于分透镜2的边缘位置，与分光部201固定连接或直接一体化连接，光线照射在其上时，会直接穿过其表面而到达另一侧。因此，发光组件1发出的照明光线照射到透光镜201时，中心的照明光线在分光镜的作用下形成弱垂直照明光线，边缘的照明光线在透光镜的作用下形成强补光照明光线，使位于分透镜2下方的被检物4表面的亮度更加均匀，照明光线的亮度也得到了提高，使拍摄的图像更加清晰准确，成像光中，来自被检物的反射光强度和漫反射光的强度更加接近，趋于平衡，极大程度地消除了拍摄图像中的光晕效果。

本发明的一个优选的实施例中，透光部202包括实体透光部2021和非实体透光部，实体透光部2021为具有透光功能的实体结构，非实体透光部为无实体的空区域。如图3所示，分透镜2不完全覆盖照明光线光路，而是只有边缘区域的一部分覆盖了照明光线光路，这部分覆盖照明光线光路的区域具有透光功能，且具有实体结构(如采用透光镜)，即为实体透光部2021，与位于中心区域的分光部201连接在一起，除用于透射照明光线外，分光镜还需要通过实体透光部2021固定在所需固定的位置。在分透镜2未覆盖照明光线光路的空区域，照明光线可以直接穿过而照射到被检物4上，客观上也能起到透光的作用，因而也可以作为分透镜2的透光部202的一部分，由于没有实体结构，所以称为非实体透光部。如图4所示，在分光部201的左右两侧设置实体透光部2021，实体透光部2021与壳体3的侧壁固定连接，且位于壳体3横截面的中间位置，照明光线可以从分光部201及实体透光部2021前后两侧的空隙经过，直接照射被检物4，分光部201及实体透光部2021前后两侧的空隙能够起到透射照明光线的作用，所以分光部201及实体透光部2021前后两侧的空隙即为非实体透光部。通过设置非实体透光部，可以缩小分透镜2的体积，分透镜2倾斜设置会在照明光线的方向上占用一定的空间，因而分透镜2的体积减小可以使同轴光源整体的体积缩小，使发光组件1、分透镜2和被检物4三者之间的距离可以更近，从而缩短了光线在三者之间传播的光路，进一步节省空间、增强光源照射效果、提高成像的清晰度，高亮转角同轴光源的使用更加方便和灵活，并节约了资源。

本发明的一个优选的实施例中，分透镜2包括基底，基底可以采用光学玻璃等物质，首先在其上表面和下表面的整面都覆盖增透膜，可以采用化学气相沉积法、溅射法等现有的方式实现。然后在基底的中心区域固定分光膜，分光膜可在已覆膜基底上表面或下表面，或者基底覆膜前的上表面或下表面，该固定有分光膜的区域即为分光部201，固定分光膜的方式可以是镀在基底上或者贴在基底上。在该基底的边缘区域没有覆盖分光膜，具有良好的透光效果，该固定有增透膜的边缘区域即为透光部202。通过采用在基底上固定增透膜和分光膜的方式制作的分透镜2，结构简单，易于实现，并且能够取得良好的反射光线、透射光线等效果。

本发明的一个优选的实施例中，高亮转角同轴光源还包括壳体3，发光组件1和分透镜2均固定于壳体3内，因此壳体3应该成一定的直线型结构，如图1和图3所示，发光组件1固定于壳体3的一端，壳体3的另一端设置有照明口301，分透镜2固定于发光组件1与照明口301之间的壳体3的侧壁内。发光组件1发射的照明光线通过分透镜2到达照明口301，被检物4放置在照明口301处，即可对被检物4提供照明。壳体3的侧壁上与分透镜2反射被检物4的图像的光线对应的位置开设有拍摄口302，以分透镜2与照明光线成45°角为例，则拍摄口302设置在侧壁上与分透镜2对应的位置，并且应当是能够观察到分透镜2靠近被检物4的一面的位置，镜头可以从拍摄口302对分透镜2的分光部201中被检物4的图像进行拍摄。通过设置壳体3，可以将发光组件1和分透镜2的相对位置固定，将整个高亮转角同轴光源集成化，方便搬运、调试和使用。

本发明的一个优选的实施例中，发光组件1包括发光板101和散光板102。发光板101具有发光部分，能够发出照明光线。散光板102可以是玻璃、塑料等多种单一或符合材料制成的，固定在发光组件1的外侧，即位于发光板101和分透镜2之间的位置，用于在照明光线照射分透镜2之前对其进行柔和化处理。发光板101发出的照明光线透过散光板102后，光线在空间分布上更加均匀、柔和，适合人眼观察，减轻人眼的疲劳感，照明效果得到提升。

本发明的一个优选的实施例中，发光板101上固定有多个发光体1011，发光体1011可以为LED灯等发光元件。发光体1011按照一定的规律排布成多个发光体组，每个发光体组的亮度调节都具有独立性，调节某一个发光体组的亮度的过程不受其他发光体组的影响，从而各个发光体组可以呈现不同的亮度。多个发光体组分别独立调整亮度，可以使发光板101不同区域发出不同强度的照明光线，在使用发光组件1对被检物4进行照明时可以调节不同区域的照明强度，根据需要获得不同的照明条件，增强了照明光线区域调节的灵活性。

本发明的一个优选的实施例中，发光体组均为矩形结构，且每个发光体组的矩形周长不等，若干个发光体组按周长由小到大依次从中心向周边排布成发光体阵列。例如，如图5所示，第一个发光体组仅包括一个发光体1011，可看作是一个矩形结构，位于中心，第二个发光体组包括数量更多的发光体1011，呈一个空心的矩形，也可以称为矩形环状结构，套在第一个发光体组外的一圈，以此类推，在第二个发光体组的外圈可以套设更多的呈矩形环状结构的发光体组，从而得到一个由多个矩形结构的发光体组排布成的大的发光体阵列，并且每个发光体组独立调节亮度。通过设置若干个矩形结构的发光体组，可以以矩形结构为单位控制区域来调节照明光线的照明强度和光线分布，可以突出显示被测物体边缘的变化，适用于检测电路板上的元件、标签等场景，并且可以根据需要调节不同区域的照明强度，增强了照明光线区域调节的灵活性。

本发明的一个优选的实施例中，发光组件1还包括散热装置103，散热装置103与发光板101固定连接。发光板101发出照明光线的同时会产生热量，热量累积会使温度升高，可能影响发光板101正常工作。散热装置103可以通过热量快速传导、增大散热面积、加速空气流动等多种方式加快发光板101的散热速度，减少热量累积，防止由于温度过高而使发光板101不能正常工作，保护发光板101不受损害。

本发明的一个优选的实施例中，分透镜与照明口及拍摄口两个面均呈45°。此时为成像的最优角度，成像光线垂直于照明光线，镜头可以从侧面对分光部201中被检物4的图像进行拍摄，镜头可以以最近距离拍摄，成像光线的传播路径最短，得到的图像最清晰，而且空间限制小，能够节省拍摄装置所需的空间。

工作原理：

发光板101上的发光体发出照明光线后，经散光板102柔和化处理，射向分透镜2，分透镜2中间区域的分光部201将照明光线一部分反射到其他区域，另一部分经过照明口301透射到被检物4上，形成弱垂直照明光线；分透镜2边缘区域的透光部202将照明光线经过照明口301直接透射到被检物4上，形成强补光照明光线。弱垂直照明光线和强补光照明光线共同对被检物4进行照射，使被检物4表面的光照强度较为均匀，垂直反射光和漫反射光趋于平衡。

如果被检物4表面的光线仍然不够理想，还可以调节发光板101上的各个发光体组的亮度，由于各个圆形的发光体组的调节过程是相互独立的，所以可以高效、精细地灵活调节各个发光体组的亮度，使被检物4表面的光照条件达到满意的程度。

获得了理想的被检物4表面照明光线以后，即可将摄像装置5的镜头对准拍摄口302，照明光线入射到被检物4表面后，被检物4将光线反射到分透镜2的分光部201，被检物4反射的光线在分光部201处一部分透射到分光部201的另一侧，另一部分被分光部201反射，形成成像光线，射向镜头，镜头即可拍摄到分光部201中呈现的被检物4的图像。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种高亮转角同轴光源，其特征在于，包括：

发光组件，用于向被检物发射照明光线；以及

分透镜，设置于所述发光组件照明光线的光路上，所述分透镜包括位于中心区域的分光部和位于边缘区域的透光部，所述分光部用于向被检物透射照明光线以及向镜头反射被检物的成像光线，所述透光部用于向被检物透射照明光线。

2.根据权利要求1所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述分光部为分光镜，所述透光部为透光镜。

3.根据权利要求1所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述透光部包括实体透光部和非实体透光部，所述实体透光部为具有透光功能的实体结构，与所述分光部固定连接，所述非实体透光部为所述分光部和实体透光部周边无实体的空区域。

4.根据权利要求1所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述分透镜包括基底、透光膜和分光膜，所述透光膜固定于所述基底的整个上表面和整个下表面，所述分光膜固定于所述基底上表面或下表面的中心区域，所述分透镜的中心区域构成所述分光部，所述分透镜的边缘区域构成所述透光部。

5.根据权利要求1所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，还包括壳体，所述发光组件固定于所述壳体的一端，所述壳体的另一端设置有照明口，所述分透镜固定于所述发光组件与所述照明口之间的所述壳体的侧壁内，所述侧壁上位于所述分透镜反射被检物的成像光线经过的位置开设有拍摄口。

6.根据权利要求1所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述发光组件包括：

发光板，用于发出照明光线；以及

散光板，固定在所述发光板与所述分透镜之间的位置，用于对照明光线进行柔和化处理。

7.根据权利要求6所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述发光板上设置有多个发光体，所述发光体排布成若干个发光体组，所述若干个发光体组能够分别独立调整亮度。

8.根据权利要求7所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述发光体组均为矩形结构，且所述若干个发光体组的矩形周长不等，所述若干个发光体组按周长由小到大依次从中心向周边排布成发光体阵列。

9.根据权利要求6所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述发光组件还包括散热装置，所述散热装置与所述发光板固定连接，用于加快所述发光板的散热速度。

10.根据权利要求6所述的一种高亮转角同轴光源，其特征在于，所述分透镜与所述照明口及所述拍摄口两个面均呈45°。

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