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线扫描三维传感系统的制作方法

线扫描三维传感系统
1.缩略用语列表
2.2d两维
3.3d三维
4llb渐变窄带线性光束
5.dom散光学模块
6.fov视野
7.ibci含信息彩图像
8.led发光二极管
9.nir近红外
10.pllb多线性光束
11.tir全内反射
技术领域
12.本发明整体涉及用于测量物体表面轮廓的线扫描三维传感系统。更具体的是，本发明涉及的系统将多线性光束散成渐变窄带线性光束，并将渐变窄带线性光束聚焦在参考表面以上的不同高度，以形成彩虹光图案，用于表面轮廓测量。

背景技术：

13.当前来说，光亮的表面、多层透明的表面、以及精密的电子表面，是目前最复杂的待检表面，几乎成为机器视觉领域的瓶颈。电子元件、半导体晶圆、手机盖板玻璃、汽车金属零件等产品总是难以被检测。已经注意到二维机器视觉无法满足需求，因此需要快速、准确的三维测量技术。线扫描三维传感是检测此类表面的最先进技术。
14.传统的线扫描三维传感系统在某些情况下存在问题。如us 7,936,464 b2中公开的倾斜轴线扫描三维传感系统，存在着阴影问题。较大物体背后的较小特征无法被检测到。此外，深孔和凹槽也不能被测量。如us 2020/0363619 a1和de 102006007172 b4中公开的使用针孔阵列或数字微镜设备面板的系统，可用于测量深孔和凹槽。然而，对准是关键、分辨率受到针孔大小的限制、而且串扰是一个严重的缺点。如us 8,654,352 b1中公开的使用圆柱形透镜和衍射元件的系统，也存在各种问题。由于使用的是圆柱形透镜，在透镜装配过程中的旋转公差是至关重要的，这导致了对透镜对准的严格要求。衍射元件也会引起零阶和高阶衍射噪声。
15.本领域需要开发一种新的线扫描三维传感系统，以解决上述阴影问题(从而使得深孔和凹槽可以被测量)，同时使系统更容易对准。

技术实现要素：

16.本发明的第一方面是提供一种线扫描三维传感系统，用于测量物体的表面轮廓。
17.该系统包括光源模块、第一狭缝、dom和第二狭缝。光源模块用于生成多光束。第
一狭缝用于对多光束进行空间滤波以形成pllb。dom被配置为执行前向光学处理，将从第一狭缝接收到的pllb散成cnllb，并将cnllb分别聚焦在不同的焦平面上，以形成彩虹光图案，用于在表面轮廓测量期间照亮物体的扫描表面，从而使被照亮的物体上显示ibci。ibci包含扫描表面的高度信息。dom进一步被配置为捕获ibci，并执行对所捕获的ibci的后向光学处理，以形成一个细长的光图案。后向光学处理是前向光学处理的逆向。第二狭缝用于对细长的光图案进行空间滤波以形成输出光线。通过分析输出光线各点的光谱内容，可获得扫描表面的高度轮廓，从而根据针对物体的多个扫描表面获得的各自高度轮廓，可确定表面轮廓。
18.优选地，dom包括第一和第二组透镜。第一组透镜在第一光轴上对准。第一组透镜被配置为将pllb散到cnllb中，并将cnllb分别聚焦在分布于第一光轴的预定长度上的不同的焦平面上，以形成彩虹光图案。第二组透镜被配置为对所捕获的ibci进行光学会聚，以形成细长的光图案。第一和第二组透镜共享一个或多个共享透镜。至少一个共享透镜用于同时输出彩虹光图案和输入ibci。因此，它避免了需对准第一组透镜和第二组透镜以输出彩虹光图案和输入ibci的负担。
19.优选地，dom进一步包括与一个或多个共享透镜光学耦合的分光器，并定位在第一组透镜中，从而使捕获的ibci被复制成两个副本，其中一个副本被指向第二狭缝。
20.优选地，第二组透镜包括一个或多个不与第一组透镜共享的额外透镜。该一个或多个额外透镜配置在分光器和第二狭缝之间，用于在所捕获的ibci到达第二狭缝之前对所捕获的ibci进行光学处理。该一个或多个额外透镜是用于光学处理pllb的第一组透镜中相应的一个或多个透镜的复制(replica)，并配置在分光器和第一狭缝之间。
21.在某些实施例中，第一狭缝被配置成使得在第一狭缝上的任何一点发射到dom的pllb具有第一组主光线，其发散角基于所述第一光轴测量时在1
°
以内。此外，第一组透镜被配置成在彩虹光图案上的任何一点接收到的cnllb具有第二组主光线，其会聚角基于所述第一光轴测量时在1
°
以内。该系统还包括平台，用于在表面轮廓测量期间定位物体。该平台包括参考平面，该物体适于被放置在该参考平面上。此外，第一组透镜被朝向为使得第一光轴垂直于参考平面，造成彩虹光图案垂直于参考平面，从而在扫描表面包括凹槽时也允许测量表面轮廓。
22.在某些实施例中，光源模块是包括光源和混棒的混光源模块。光源用于产生共同提供多光的原始光线。混棒与第一狭缝光学耦合，以提供多光束给第一狭缝进行空间滤波。混棒的形状为长条形，用于混合原始光线以产生多光束，从而使第一狭缝接收的多光束中至少有一部分颜大体均匀。
23.在某些实施例中，光源包括一个或多个led，用于共同生成原始光线。此外，混光源模块进一步包括非对称tir透镜，用于将从一个或多个led产生的原始光线导向混棒。非对称tir透镜在x方向和y方向具有不同的长度。
24.在某些实施方案中，光源包括一个或多个led，每个led沉积有太阳光谱荧光粉填充物，其中太阳光谱荧光粉填充物被配制成至少在400nm至700nm范围内产生光谱。一个或多个led被配置为光学激发太阳光谱荧光粉填充物，以产生原始光线，这些原始光线共同提供多光。此外，混棒与光源光学耦合，以直接接收来自光源的原始光线。
25.在某些实施方案中，该系统进一步包括光栅、成像传感器、准直透镜模块和聚光镜
模块。光栅用于衍射输出光线，从而形成输出光线的光谱图像。成像传感器用于对光谱图像进行成像。输出光线各点的光谱内容可从光谱图像中确定。准直镜头模块位于第二狭缝和光栅之间，用于在输出光线被光栅衍射之前对输出光线进行准直。聚光镜模块被设置在光栅和成像传感器之间，用于将光谱图像聚焦到成像传感器上。
26.在某些实施方案中，该系统进一步包括棱镜，用于将从光栅发射的光谱图像反射到聚光镜模块。棱镜被配置为重新定向光谱图像，使得准直透镜模块和聚光镜模块相互垂直地定向，从而使准直透镜模块和聚光镜模块的对准和装配变得方便。
27.在某些实施例中，该系统进一步包括第三狭缝和二维线扫描相机。第三狭缝用于对在第三狭缝处接收到的细长的光图案的副本进行空间滤波，以形成第二输出光线。二维线扫描相机用于对第二输出光线进行彩成像，据此，在对多个扫描表面进行扫描后，可获得物体的二维图像，用于三维传感。此外，dom进一步包括第一分光器和第二分光器。第一分光器设置在第一组透镜中，以便将捕获的ibci复制成两份，其中一份导向第二狭缝。第二分光器设置在第一组透镜中，以便将捕获的ibci复制成两份，其中一份导向第三狭缝。
28.本发明的第二方面是提供另一种用于测量物体表面轮廓的线扫描三维传感系统。
29.该系统包括光源模块、第一狭缝、第一dom、第二dom、双通透镜模块和第二狭缝。光源模块用于生成多光束。第一狭缝与光源模块光学耦合，用于对多光束进行空间滤波以形成pllb。第一散光学模块被配置为执行前向光学处理，将从第一狭缝接收到的pllb散成cnllb，并将cnllb聚焦在不同的焦平面上以形成彩虹光图案。彩虹光图案用于在表面轮廓测量期间照亮物体的扫描表面，以便使被照亮的物体在物体上显示ibci。ibci包含扫描表面的高度信息。第二dom被配置为捕获ibci，并执行后向光学处理，将捕获的ibci光学会聚为细长的光图案。后向光学处理是前向光学处理的逆向。第一和第二散光学模块是并排设置的。双通透镜模块被配置为将第一散光学模块产生的彩虹光图案重新定位到物体适于被定位的偏移位置，并将ibci从偏移位置引导到第二散光学模块，以使第二散光学模块能够捕获ibci。第二狭缝用于对细长的光图案进行空间滤波以形成输出光线。通过分析输出光线各点的光谱内容，可获得扫描表面的高度轮廓，从而根据针对物体的多个扫描表面获得的各自高度轮廓，可确定表面轮廓。
30.优选地，第一散光学模块包括第一多个透镜，而第二散光学模块包括第二多个透镜。第二多个透镜是第一多个透镜的复制。
31.在某些实施例中，第二散光学模块进一步包括设置在第二多个透镜中的反射器。
32.在某些实施例中，光源模块是包括光源和混棒的混光源模块。光源用于产生共同提供多光的原始光线。混棒与第一狭缝光学耦合，以提供多光束给第一狭缝进行空间滤波。混棒的形状为长条形，用于混合原始光线以产生多光束，从而使将由第一狭缝接收的多光束的至少有一部分颜大体均匀。
33.在某些实施例中，光源包括一个或多个led，用于共同生成原始光线。此外，混光源模块进一步包括非对称tir透镜，用于混合从一个或多个led产生的原始光线以形成中间光输出，使得中间光输出在辐射功率上大体均匀。中间光输出中的原始光线被送入混棒。此外，不对称tir透镜在x方向和y方向具有不同的长度。
34.在某些实施例中，光源包括一个或多个led，每个led沉积有太阳光谱荧光粉填充
物，其中太阳光谱荧光粉填充物被配制为至少在400nm至700nm范围内产生光谱。一个或多个led被安排用于光学激发太阳光谱荧光粉填充物，以产生原始光线，这些原始光线共同提供多光。此外，混棒与光源光学耦合，以直接接收来自光源的原始光线。
35.在某些实施例中，该系统进一步包括光栅、成像传感器、准直透镜模块和聚光镜模块。光栅用于衍射输出光线，从而形成输出光线的光谱图像。成像传感器用于对光谱图像进行成像。输出光线各点的光谱内容可从光谱图像中确定。准直镜头模块位于第二狭缝和光栅之间，用于在输出光线被光栅衍射之前对输出光线进行准直。聚光镜模块被设置在光栅和成像传感器之间，用于将光谱图像聚焦到成像传感器上。
36.本公开的其他方面如以下实施例所说明的那样被公开。
附图说明
37.图1展示了用于测量物体表面轮廓的第一种线扫描3d传感系统，其中第一系统使用dom：从pllb产生彩虹光图案，用于照亮扫描表面上的物体，从而在物体上显示ibci；并且将所捕获的ibci光学会聚为细长的光图案，随后通过第二狭缝滤波以产生具有指示扫描表面的高度轮廓的光谱内容的输出光线。
38.图2展示了子图(a)中的细长的光图案和子图(b)中的输出光线的图片，表明由第二狭缝实现的滤波效果。
39.图3描绘了第一系统中使用的第一混光源模块的剖视图。
40.图4描绘了第一混光源模块的x-x截面和y-y截面的两个横截面图。
41.图5描绘了第二混光源模块的剖视图。
42.图6展示了用于测量物体的表面轮廓的第二种线扫描3d传感系统，其中第二系统包括用于改变输出光线的光谱图像的方向的棱镜，以便使准直透镜模块和聚光镜模块在第二系统中能够方便地对准和组装。
43.图7描绘了第二系统中使用的棱镜的放大图。
44.图8展示了用于测量物体表面轮廓的第三种线扫描3d传感系统，其中第三系统使用两个独立的dom来生成彩虹光图案并对捕获的ibci进行光学会聚。
45.图9展示了了用于测量物体表面轮廓的第四种线扫描3d传感系统，其中第四种系统是第三种系统的变体，其优点是将成像传感器和聚光镜模块远离光源模块，以避免将聚光镜模块组装到第四种系统的困难，以及避免由于可能来自光源模块的光泄漏而对成像传感器产生干扰。
46.图10展示了用于测量物体表面轮廓的第五种线扫描三维传感系统，其中第五系统具有拍摄物体的二维图像的附加功能。
47.图11描绘了光线追踪图，显示了在第一种线扫描三维传感系统中使用的dom中和周围的组成光线的传播。
48.本领域技术人员将理解，附图中示出的部件是为了简单明了而显示的，不一定按比例描绘。
具体实施方式
49.在本说明书和所附的权利要求书中，光束的光谱内容或波长光谱定义了光束的“颜”。该光谱可以有一个或多个波长。如果光束是可见的，人们可以很容易地理解颜的含义。例如，红对应的波长约为700纳米。在另一个例子中，具有均匀分布在400纳米至700纳米可见范围内的波长光谱的光束，一般被认为具有白。上述颜的定义将颜的概念延伸到不可见光。不可见的光束，如近红外光束，拥有与近红外光束中的波长内容相对应的颜。此外，具有不同波长的两束不可见光在这里被认为具有不同的颜，尽管这两束光对人来说是不可见的。
50.如本文中所使用的，“多光束”是具有由多个波长组成的光谱的光束。该光谱可以是离散的，也可以是连续的，或者是它们的混合物。多光束是多个渐变窄带光束(constituent narrowband light beams)的叠加，或可分解为多个渐变窄带光束，每个渐变窄带光束的光谱大体上比多光束的光谱窄，其中各渐变窄带光束的光谱基本上不相互重叠。每个渐变窄带光束可以是可见的或不可见的，这取决于其波长内容。有可能的是，每个渐变窄带光束是单光束，即本领域技术人员实际认为具有单一波长的光束。
51.如本文中所使用的，多光束的“散”是指将多光束分解为其渐变窄带光束，并在空间上分离该渐变窄带光束。例如，如果渐变窄带光束分别沿不同的传播方向指向，则渐变窄带光束在空间上被分离。为了实现多光束的散，人们可以使用对具有不同波长内容的窄带光束表现出不同折射率的透镜或棱镜。
52.如本文中所使用的，“线性光束”是指其横截面具有直线形状的光束，其中横截面垂直于光束的传播方向。横截面的边界可以是尖锐的或模糊的。
53.如本文中所使用的，
″
双通透镜
″
是用于前向和后向光路的透镜，其中前向和后向光路的行进方向彼此相反。
54.如本文所使用的，“双通透镜模块”是由一个或多个透镜组成的光学模块，其中每个透镜是双通透镜。
55.如本文中所使用的，“焦平面”是垂直于包含焦点的光轴的平面。
56.在本说明书和所附的权利要求书中，光学处理的“逆向”被解释为与数学函数的逆向基本相似。如果光学处理由用于将第一光束转换为第二光束的转换规则表示，则光学处理的逆向由用于将第二光束转换为第一光束的另一转换规则表示。
57.这里公开了用于测量物体表面轮廓的线扫描三维传感系统的实施方案。基本上，线扫描三维传感系统使用具有不同颜的聚焦线性光束的空间分布来照亮物体，以便在物体上形成彩图像，其中物体的高度信息通过彩图像上的颜的空间分布被编码到彩图像。特别是，聚焦的线性光束的空间分布以平面光片的形式形成了彩虹光图案。因此，每次扫描物体表面上的一条线或一条带，这样就进行了线扫描。通过在物体表面的不同条带上多次进行线扫描，物体的表面轮廓被测量。
58.图1展示了根据所公开的线扫描三维传感系统的某些实施例的、用于测量物体95的表面轮廓的第一种线扫描三维传感系统100(简称为第一系统100)。
59.在图1中，示出了参考框架80，其沿着x轴、y轴和z轴定义了x、y和z方向。参考框架80在此用于协助说明所公开的线扫描三维传感系统的各种实施方案中的不同部分或组件。
60.示例性地，第一系统100包括光源模块130、第一狭缝121、dom 110和第二狭缝122。
61.光源模块130用于生成多光束131。多光束131随后用于生成具有不同颜的聚焦线性光束的空间分布，以照亮物体95。在多光束131的横截面上，多光束131的辐射
功率和颜最好在空间上是均匀的。尽管在横截面的中心区域上保持颜和功率的实质性均匀性是实用的，但将这种均匀性扩展到横截面的外围往往是困难的或昂贵的。
62.有利的是，第一狭缝121与光源模块130光学耦合，用于对多光束131进行空间滤波以形成pllb 125。第一狭缝121相对于光源模块130定位，使从光源模块130发出的多光束131的外围部分被滤波掉。因此，它产生的pllb 125在辐射功率和颜上大体均匀。
63.dom 110用于接收来自第一狭缝121的pllb 125作为输入，并输出彩虹光图案181以照亮物体95以进行表面轮廓测量。特别是，dom 110被配置为将pllb 125散成cnllb 180(在图1中用λ1、λ2和λ3表示)，并将cnllb 180分别聚焦在dom 110外的不同焦平面上(用λ1、λ2和λ3的不同线183a-c表示，并沿图1的z方向分布)，以形成彩虹光图案181，该图案显示一系列不同颜。由于cnllb 180是线性光束，由聚焦位置183a-c的cnllb 180组成的彩虹光图案181是在x-z平面上定位的平面光片，沿z方向具有预定的长度184。在物体95的扫描表面283上，物体95被彩虹光图案181照亮。扫描的表面283是被扫描的表面。扫描表面283是物体95的外表面的细长条，因此实现了对物体95的线状扫描。当物体95被彩虹光图案181照亮时，被照亮的物体95在物体95上显示ibci 282。ibci 282包含扫描表面283的高度信息。具体来说，高度信息被编码在ibci 282的颜分布中。注意，彩虹光图案181的预定长度184决定了物体95的高度的最大可测量变化。
64.由于ibci 282显示在物体95的外表面上，大多数情况下该彩图像不是平面的。直接使用二维成像传感器捕捉显示在物体95上的ibci 282以获得ibci 282的颜分布时，需要将二维成像传感器沿z轴直接定位在物体95上方；否则，将失去颜分布的一些信息，例如，如果物体95有一个深孔。然而，将二维成像传感器直接定位在物体95的上方是不现实的。
65.与直接对ibci 282进行成像相反的是，dom 110被安排为从高空位置捕获ibci(在图1中用λ2表示并被称为182)，并通过dom 110将捕获的ibci 182传输到其他地方。特别是，显示的ibci 282(即显示在物体95上的ibci 282)由dom 110通过输出彩虹光图案181的同一出口接收。请注意，pllb 125和cnllb 180沿着dom 110以与捕获的ibci 182的行进方向相反的方向行进。由此可见，当pllb 125被处理为前向光学处理，即将pllb 125散到cnllbs 180中，并将cnllb 180分别聚焦到不同的焦平面183a-c上时，捕获的ibci 182经历了后向光学处理，该过程是前向光学处理的逆向。由于显示的ibci 282可被视为物体95上的彩虹光图案181的残余物，预计后向光学处理会将捕获的ibci 182转化为线性线段(对应于前向光学处理中的pllb 125)。图2的子图(a)描述了显示模拟结果的图，该模拟结果显示通过用后向光学处理处理捕获的ibci 182获得细长的光图案210。结果，dom 110对捕获的ibci 182进行光学会聚，以形成细长的光图案210。
66.与通常以尖锐的光线出现的pllb125不同，细长的光图案210虽然包含主中心线215，但在主中心线215周围有一些包围(surrounding)光信号216。主中心线215是由与物体95相交的彩虹光图案181贡献出来的，并包含物体95的扫描表面283的高度信息。由于彩虹光图案181是由聚焦位置183a-c的cnllb 180形成的，所以在彩虹光图案181的周围也存在着聚焦以外的cnllb的杂散光线。可以相信的是，包围光信号216是由于来自物体95的杂散光线的反射，所以包围光信号216被视为噪声。
67.为了从细长的光图案210中得到主中心线215，同时去除包围光信号216，第二狭缝
122用于对细长的光图案210进行空间滤波以形成输出光线220。作为演示，图2的子图(b)展示了显示通过用第二狭缝122掩蔽细长的光图案210而获得的输出光线220的图。输出光线220可用于获得物体95的扫描表面283的高度轮廓。该高度轮廓可通过分析输出光线220各点的光谱内容而获得。物体95的表面轮廓可根据针对物体95的多个扫描表面获得的各自高度轮廓来确定。
68.优选地，向前和向后的光学处理由dom 110中的多个透镜112、113、116实现。特别是，dom 110包括第一组透镜171和第二组透镜172，其中这两组中的透镜选自多个透镜112、113、116。如图1所示，第一透镜组171由透镜112、113组成，而第二透镜组172由透镜113、116组成。注意，第一和第二透镜组171，172共享一个或多个透镜(被称为共享透镜113)。第一透镜组171的透镜112、113在第一光轴111上对准。第一透镜组171被配置为将pllb 125散到cnllb 180中，并将cnllb 180分别聚焦于分布在第一光轴111上的预定长度184上的焦平面183a-c，以形成彩虹光图案181。第二透镜组172被配置为将捕获的ibci 182光学地浓缩为细长的光图案210。有利的是，一个或多个共享透镜113用于同时输出彩虹光图案181和输入显示的ibci 282(即图1中所示的透镜113a)。由此，它避免了需对准第一和第二透镜组171、172以输出彩虹光图案181和输入显示的ibci 282的这样的负担。
69.由于cnllb 180和捕获的ibci 182都在共享透镜113中行进，因此需要在捕获的ibci 182(其成为细长的光图案21)到达第二狭缝122之前将所捕获的ibci 182与cnllb 180分开。因此，dom 110进一步包括分光器118，该分光器光学地耦合到共享透镜113，并且定位在第一透镜组171中，使得在共享透镜113中移动的所捕获的ibci 182被复制成两个副本，其中一个被导向第二狭缝122。
70.由于在第一透镜组171中包含分光器118，所捕获的ibci 182在沿第二透镜组172的透镜116的路径上移动，而pllb 125在沿第一透镜组171的透镜112的另一路径上移动。由于处理pllb 125的前向光学处理是处理捕获的ibci 182的后向光学处理的逆过程，布置在分光器118和第二狭缝122之间的透镜116(为方便起见称为额外透镜116)可被选择为布置在分光器118和第一狭缝121之间的透镜112(称为相应透镜112)的复制品。注意，虽然相应透镜112对准第一光轴111，但额外透镜116对准垂直于第一光轴111的第二光轴117。
71.如上所述，dom 110的一个优点是，避免了需对准第一和第二透镜组171、172以输出彩虹光图案181和输入显示的ibci 282的这样的负担。此外，多个透镜112、113、116中的透镜优选为圆形透镜，而不需要是美国8,654,352 b1中使用的圆柱形透镜，从而避免了在dom 110中对准圆柱形透镜的要求。dom 110只需要将第一狭缝121对准第一光轴111，第二狭缝122对准第二光轴117。因此，dom 110的制造成本被降低。
72.在第一系统100的实际实现中，在表面轮廓测量期间，通常使用平台192来定位物体95。平台192包括参考平面190，物体95适于被放置在该参考平面上。参考平面190是平的表面，作为测量物体95的高度轮廓的参考。在第一系统100中，第一透镜组171的方向是使第一光轴111垂直于参考平面190。它使彩虹光图案181垂直于参考平面190。有利的是，即使物体95的扫描表面283包括凹槽或深孔，只要到达彩虹光图案181的cnllb 180的传播方向几乎平行，使不同颜的cnllb 180可以传播到槽或深孔中以进行测量，就能允许测量表面轮廓，
73.借助图11说明在彩虹光图案181处提供具有几乎平行的传播方向的cnllb 180。图
11绘出了显示pllb 125和cnllbs 180的组成光线在dom 110内和周围的传播的光线追踪图。光线追踪图有区域a和区域b，分别用于显示pllb 125在第一狭缝121周围的光线传播和cnllb 180在彩虹光图案181附近的光线传播。图11还包括区域a和b的放大图，用于显示其中的细节。
74.为了使cnllb 180在传播方向上几乎平行，最好首先控制构成pllb 125的光线的传播方向。第一狭缝121可以被分成许多点。在每个点上发射的pllb 125有一个用光线的锥体形成的fov。光线的锥体由一组主要光线和另一组其余较弱的光线组成，其中主要光线组拥有光线的锥体提供的总光能的主导部分。如本文所使用的，光线的锥体中的一组主要光线被定义为：主要光线组承担了光线的锥体所提供的总光能的90％。优选的是，在第一狭缝121上的任何一点发射到dom 110的pllb 125具有第一组主要光线(例如，r1-r4中的任何一组)，其发散角δ1125基于第一光轴111测量时在1
°
以内。由此可见，pllb 125在整个第一狭缝121上几乎是准直的，在第一狭缝121的任何一点的发散角δ1125不超过1
°
。请注意，第一狭缝121可被配置为在形成pllb 125时作为准直器对多光束131进行准直。例如，第一狭缝121被形成为用于引导和限制pllb 125的传播方向的长通道。
75.pllb 125被第一组透镜171处理以形成cnllb 180，随后形成彩虹光图案181。由于pllb 125的发散角δ1125在1
°
以内，因此最好在彩虹光图案181上的任何一点接收的cnllb 180具有第二组主光线(例如r1
′‑
r4
′
中的任何一组)，其会聚角δ
′
1180在基于第一光轴111测量时在1
°
以内。因此，彩虹光图案181能够测量位于物体95上的深孔和凹槽(如果有的话)，而不存在阴影问题。将会聚角δ
′
1180保持在1
°
以内是可以通过dom 110中第一组透镜171的适当配置来实现的。在一个实施例中，第一组透镜171被配置为对于不同颜的光具有非常长的总焦距(像望远镜一样)，使得cnllb 180离开dom 110的传播方向大约平行于第一光轴111。
76.如上所述，彩虹光图案181的预定长度184决定了物体95的高度的最大可测量变化。在第一系统100的一个实际设计中，对于从400nm到700nm的波长光谱(即整个可见光谱)，上述预定长度184为6mm。彩虹光图案181被定位在参考平面190的上方，使彩虹光图案181可测量的工作距离(如图11所示，表示为d)在32mm(波长400nm的λ1处)和38mm(波长700nm的λ3处)之间。从第一光轴111测得的主光线的角度在第一狭缝121和物体95处小于1
°
，所以不存在阴影问题，第一系统100可以测量深孔或凹槽。图像空间数值孔径为0.45，因此，第一系统100可以测量倾斜角大于22
°
的表面。在第一系统100的所述设计中，dom 110中的多个透镜112、113、116包括至少一个散透镜对(例如透镜113b、113c)，用于对pllb 125进行散。
77.第一系统100的其他实施细节阐述如下。
78.在某些实施例中，光源模块130是被配置为混合不同颜的原始光线以形成多光束131的混光源模块。如上所述，理想的是多光束131在多光束131的横截面上的功率和颜在空间上是均匀的。
79.图3描绘了作为光源模块130的第一实施例的第一混光源模块130a的剖视图。图4描绘了第一混光源模块130a在x-x截面和y-y截面上的两个截面图，作为光源模块103a中的光束混合的演示。第一混光源模块130a包括光源310、非对称tir透镜320和混棒330。
80.光源310用于产生共同提供多光的原始光线415。通常，光源310包括一个或多个led 315，用于集体产生原始光线415，虽然也可以使用其他种类的光发射器。在某些实施例中，一个或多个led 315包括大面积的高功率led(其尺寸大于3mm的led宽度)。
81.混棒330与第一狭缝121光学耦合，以向第一狭缝121提供用于空间滤波的多光束(附图标记为350)。混棒330的形状为长条形，用于混合原始光线415以产生多光束350，从而使将由第一狭缝121接收的多光束350的至少一部分在颜上大体均匀。
82.不对称tir透镜320位于光源310和混棒330之间。在功能上，非对称tir透镜320用于将从一个或多个led 315产生的原始光线415导向到混棒330。非对称tir透镜320用于导向和有效地将原始光线415传送到混棒330上。由于混棒330的形状为长条形，因此非对称tir透镜320具有不对称的形状，在x方向和y方向的长度不同。
83.本发明的发明人已经确定了非对称tir透镜320和混棒330的以下设计参数，以有效地将原始光线415从光源310传送到混棒330。(a)lx＞ly，其中lx和ly分别是非对称tir透镜320在x方向和y方向的直径；(b)fx高于fy，其中fx和fy分别是非对称tir透镜320在x方向和y方向的焦点；(c)dx》10mm，dy＜2。5mm，其中dx和dy分别是混棒330在x方向和y方向的长度；以及h＞3
×
dx，其中h是混棒330的高度。
84.图5描述了作为光源模块130的第二实施例的第二混光源模块130b的剖视图。第二混光源模块130b包括光源510和混棒530。
85.光源510用于产生共同提供多光的原始光线511。光源510包括一个或多个led(例如，led 515)，用于集体产生原始光线511。单独的led 515与太阳光谱荧光粉填充物结合。太阳光谱荧光粉填充物是为产生至少在400纳米至700纳米的可见光谱上的光而制定的。单独的led 515被安排用于光学地激发太阳光谱荧光粉填充物，从而一个或多个led产生原始光线511，这些光线共同提供多光。
86.混棒530与第一狭缝121光学耦合，以向第一狭缝121提供用于空间滤波的多光束(附图标记为550)。混棒530的形状为长条形，用于混合原始光线511以产生多光束550，使第一狭缝121接收的多光束550的至少一部分颜大体均匀。与第一混光源模块130a不同的是，第二混光源模块130b的混棒530与光源510光学耦合，用于直接接收来自光源510的原始光束511。
87.如上所述，通过分析输出光线220的每一点的光谱内容，可以获得高度轮廓。请参考图1。为了获得光谱内容，第一系统100可以进一步包括光栅140和成像传感器145。光栅140用于衍射输出光线220，从而形成输出光线220的光谱图像230。光谱图像230是作为输出光线220的一阶衍射图案获得的。将θ表示为观察一阶衍射图案的角度，其中θ是相对于第二光轴117测量的。成像传感器145是用于光谱图像230成像的二维成像传感器。成像传感器145被定位在相对于第二光轴117的θ方向，用于成像一阶衍射图案，也就是光谱图像230。输出光线220的各点的光谱内容可以从光谱图像230中确定。第一系统100可以进一步包括准直透镜模块151和聚光镜模块152。准直透镜模块151定位在第二狭缝122和光栅140之间，用于在输出光线220被光栅140衍射之前对输出光线220进行准直。聚光镜模块152设置在光栅140和成像传感器145之间，用于将光谱图像230聚焦到成像传感器145上。本领域的技术人员将理解准直透镜模块151和聚光镜模块152可以根据本领域的知识和处理输出光线220和光谱图像230的实际要求轻易地设计。
88.图6描述了根据所公开的线扫描三维传感系统的某些实施例的、用于测量物体95的表面轮廓的第二种线扫描三维传感系统600(简称为第二系统600)。
89.第二系统600由第一系统100的任何实施例实现，并且进一步包括棱镜645，其用于将从光栅140发射的光谱图像230反射到聚光镜模块152。棱镜645被配置为重新定向光谱图像230，使准直透镜模块151和聚光镜模块152相互垂直地定向。另一方面，在第一系统100中，聚光镜模块152需要与第二光轴117形成预定的角度θ，以便从光栅140接收光谱图像230。因此，第二系统600相比第一系统100具有优势，因为第二系统600能够方便地对准透镜模块151和聚光镜模块152进行对准和组装。
90.图7展示了用于说明其设计的棱镜645的放大图。棱镜645包括第一表面751、斜面752和第二表面753。第一表面751与光栅140相邻，用于接收光谱图像230。光谱图像230通过tir被斜面752反射。第二表面753与聚光镜模块152相邻。反射的光谱图像230
′
垂直地离开第二表面753，进入聚光镜模块152中。此外，使用棱镜645的一个可能的额外优点是，它可以纠正由于倾斜衍射角造成的像场曲率失真。
91.为了设计棱镜645，需要确定斜面752和相对于参考框架80的z方向730之间的倾斜角τ。z方向730垂直于第二表面753。倾斜角τ的确定方法如下。根据斯奈尔定律，可以得出sinθ＝n
·
sinθ
′
，其中：n是棱镜材料的折射率；θ，是光栅140的衍射角，也是进入棱镜645的光谱图像230的入射角；θ
′
是相应的折射角。从棱镜645的几何结构来看，由于入射角与斜面752处的tir的反射角相同，所以得到π/2+θ
′
＝2τ。因此，倾斜角τ由以下公式给出
[0092][0093]
图8描述了根据所公开的线扫描三维传感系统的某些实施例的、用于测量物体95的表面轮廓的第三种线扫描三维传感系统800a(简称为第三系统800a)。第三系统800a相对于第一系统100的主要特征是，在同时生成彩虹光图案181和处理ibci 182时不是使用一个dom，而是分别使用两个dom来执行这两个功能。
[0094]
第三系统800a基于第一系统100开发，并包括光源模块130、第一狭缝121和第二狭缝122。光源模块130、第一狭缝121和第二狭缝122的细节在上文针对第一系统100已经公开。第三系统800a进一步包括第一散光学模块810、第二散光学模块820a和双通透镜模块830。
[0095]
光源模块130用于产生多光束131。
[0096]
第一狭缝121与光源模块130光学耦合，用于对多光束131进行空间滤波以形成pllb 125。
[0097]
第一散光学模块810被配置为执行将从第一狭缝121接收到的pllb 125散到cnllb 180，并将cnllb 180聚焦在不同焦平面上以形成彩虹光图案181
′
的前向光学处理。彩虹光图案181
′
在表面轮廓测量期间，用于在遇到物体95时，照亮物体95的扫描表面283，以便使被照亮的物体95在该物体95上显示ibci 282。ibci 282包含扫描表面283的高度信息。注意，由第一散光学模块810产生的彩虹光图案181
′
位于不与物体95相遇的位置上。
[0098]
第二散光学模块820a被配置为捕获ibci 282并执行将所捕获的ibci 182光学会聚为细长的光图案210的后向光学处理。后向光学处理是前向光学处理的逆向。注意，第一和第二散光学模块810、820a并排设置。
[0099]
双通透镜模块830被光学地耦合到第一散光学模块810、物体95和第二散光学模块820a。特别是，双通透镜模块830包括多个透镜831，其被配置为将第一散光学模块810产生的彩虹光图案181
′
重新定位到偏移位置890，在该偏移位置890对象95被定位，以便使得重新定位的彩虹光图案181满足对象95。多个透镜831被进一步配置为将ibci 282从偏移位置890引导到第二散光学模块820a，以使第二散光学模块820a能够捕获ibci 282。
[0100]
第二狭缝122用于对细长的光图案210进行空间滤波，以形成输出光线220。通过分析输出光线220的每一点的光谱内容，可获得扫描表面283的高度轮廓，从而根据针对物体95的多个扫描表面获得的各自高度轮廓，可确定表面轮廓。
[0101]
注意，如上所述，第一散光学模块810和第二散光学模块820a被配置为分别执行前向和后向光学处理，其中后向光学处理是前向光学处理的逆向。通常，第一散光学模块810和第二散光学模块820a分别用第一多个透镜811和第二多个透镜821实现，其中，第二多个透镜821是第一多个透镜811的复制。
[0102]
与第一系统100类似，第三系统800a可以包括光栅140和成像传感器145。光栅140用于衍射输出光线220，从而形成光谱图像230。光谱图像230是作为输出光线220的一阶衍射图案获得的。成像传感器145是二维成像传感器，用于对光谱图像230成像。成像传感器145被定位在相对于第二光轴117的方向0，用于对一阶衍射图案进行成像，也就是光谱图像230。输出光线220的每一点的光谱内容可从光谱图像230确定。第三系统800a可进一步包括准直透镜模块151和聚光镜模块152。准直透镜模块151被定位在第二狭缝122和光栅140之间，用于在输出光线220被光栅140衍射之前对输出光线220进行准直。聚光镜模块152设置在光栅140和成像传感器145之间，用于将光谱图像230聚焦到成像传感器145上。
[0103]
与第一系统100类似，第三系统800a的光源模块130可以是混光源模块。第三系统800a的光源模块130可以实现为第一混光源模块130a或第二混光源模块130b的任何实施例。
[0104]
图9描述了根据所公开的线扫描三维传感系统的某些实施例的、用于测量物体95的表面轮廓的第四种线扫描三维传感系统800b(简写为第四系统800b)。第四系统800b是第三系统800a的一个变体。首先注意到，在第三系统800a中，成像传感器145靠近光源模块130，并且聚光镜模块152被刚性地倾斜了一个衍射角以接收光谱图像230。这可能导致在将聚光镜模块152装配到第三系统800a时、以及避免由于可能来自光源模块130的光泄漏而对成像传感器145的干扰时，可能造成的困难第四系统800b有利地使成像传感器145和聚光镜模块152移动而远离光源模块130。
[0105]
第四系统800b由第三系统800a的任何实施例实现，但第四系统800b对第二散光学模块820a进行了修改。在第四系统800b中修改并使用的第二散光学模块820b与原第二散光学模块820a中的第二多个透镜821一起实现。此外，第二散光学模块820b进一步安装有反射器925，该反射器设置在第二多个透镜821中，用于反射所捕获的ibci 182，从而使第二散光学模块820b中捕获的ibci 182的路径在方向上改变一定的角度，最好是改变90
°
。结果，成像传感器145和聚光镜模块152被移动以离开光源模块130。
[0106]
图10描述了根据所公开的线扫描三维传感系统的某些实施例的、用于测量物体95的表面轮廓的第五种线扫描三维传感系统1000(简称为第五系统1000)。第五系统1000是在第一系统100的基础上开发的，具有拍摄物体95的2d图像的额外功能。
[0107]
第五系统1000由第一系统100的任何实施例实现，但是第五系统1000对dom 110进行修改并引入与拍摄2d图像相关的额外元素。
[0108]
额外的元素包括第三狭缝1123和2d线扫描相机1200。第三狭缝1123用于对在第三狭缝1123处接收到的细长的光图案的副本1210进行空间滤波，以形成第二输出光线1220。二维线扫描相机1200用于对第二输出光线1220进行彩成像。在对多个扫描表面进行扫描以进行三维传感后，可获得物体95的二维图像。
[0109]
在第五系统1000中修改并使用的dom 1110包括用于实现前向和后向光学处理并输出用于制作2d图像的一定信号的多个透镜112、113、116、1116。特别是，dom 1110包括第一组透镜171、第二组透镜172和第三组透镜1173，其中这三组透镜是从多个透镜112、113、116、1116中选出的。如图10所示，第一镜头组171由镜头112、113组成，第二镜头组172由镜头113、116组成，第三镜头组1173由镜头113、1116组成。注意，这三个镜头组171、172、1173共享一个或多个镜头(被称为共享镜头113)。第一透镜组171的透镜112、113在第一光轴111上对准。第一透镜组171被配置为将pllb 125散到cnllb 180中，并将cnllb 180分别聚焦在分布在第一光轴111上的预定长度184上的焦平面183a-c上，以形成彩虹光图案181。第二透镜组172被配置为对捕获的ibci 182进行光学会聚以形成细长的光图案210。第三透镜组1173被配置为向第三狭缝1123输送细长光图案副本1210，该副本与在第二狭缝122处接收的细长的光图案210基本相似。
[0110]
由于cnllb 180和捕获的ibci 182都在共享透镜113中行进，因此需要在捕获的ibci 182(其成为细长的光图案210))到达第二狭缝122以及在捕获的ibci 182(其成为细长的光图案的副本1210)到达第三狭缝1123之前将捕获的ibci 182与cnllb 180分开。因此，dom 1110进一步包括第一分光器1118和第二分光器1119。第一分光器1118与共享透镜113光学耦合，并定位在第一透镜组171中，从而使在共享透镜113中移动的所捕获的ibci 182被复制成两个副本，其中一个被导向第二狭缝122。类似地，第二分光器1119光学地耦合到共享透镜113并定位在第一透镜组171中，使得在共享透镜113中行进的所捕获的ibci 182被复制成两份，其中一份被导向第三狭缝1123。
[0111]
基于上述针对第一系统100所作的分析，本领域技术人员将理解：布置在第一分光器1118和第二狭缝122之间的透镜116可以被选择为布置在第二分光器1119和第一狭缝121之间的透镜112(被称为相应透镜112)的复制；并且布置在第二分光器1119和第三狭缝1123之间的透镜1116也可以被选择为相应透镜112的复制。
[0112]
适用于本发明的所有实施例，包括第一、第二、第三、第四和第五系统100、600、800a、800b、1000的一些备注，给出如下。
[0113]
在本发明中，用于形成彩虹光图案181的所有cnllb可以是可见的或不可见的，因此整个彩虹光图案181可以是可见的(例如，如果用一张纸作为屏幕来观察彩虹光图案181的话)或可以是不可见的。使用可见的彩虹光图案有一个实际的好处，即由人员设置和微调所公开的线扫描三维传感系统变得容易。另一方面，如果在表面轮廓测量过程中不希望引起附近人的注意，那么不可见的彩虹光图案(例如，基于近红外的)是有用的。本发明还包括部分cnllb 180是不可见的情况。
[0114]
由于后向光学处理是前向光学处理的逆向，所以细长的光图案210的主中心线215具有接近pllb 125的尺寸。本领域的技术人员将理解的是，扩大或缩小由某个dom产生的细
长光图案210的尺寸，并不会改变所公开的线扫描三维传感系统在表面轮廓测量中的工作原理。本领域的技术人员将能够在没有实质性困难的情况下修改所公开的实施方案，以根据本说明书和附图中所公开的教义实现这一缩放步骤。缩放的后向光学处理是作为后向光学处理与缩放细长的光图案210的尺寸的乘法块级联而得到的。鉴于上述讨论，按比例的后向光学处理被视为等同于本发明范围内的后向光学处理。
[0115]
本发明可以在不背离其精神或基本特征的情况下以其他具体形式体现出来。因此，本发明的实施方案在所有方面都应被视为是说明性的，而不是限制性的。本发明的范围由所附的权利要求书而非前述描述来表示，因此，在权利要求书的含义和等效范围内的所有变化都将被包含在其中。

技术特征：

1.一种用于测量物体表面轮廓的线扫描三维传感系统，该系统包括：光源模块，用于产生多线光束；用于对所述多光束进行空间滤波，以形成多线性光束的第一狭缝；散光学模块，被配置为：执行前向光学处理，将从第一狭缝接收的所述多线性光束，散成渐变窄带线性光束，并将该渐变窄带线性光束分别聚焦在不同的焦平面上，以形成彩虹光图案；该彩虹光图案用于在表面轮廓测量期间照亮所述物体的扫描表面，从而使被照亮的物体在该物体上显示含信息彩图像，该含信息彩图像包含所述扫描表面的高度信息；捕获所述含信息彩图像；以及执行后向光学处理，对所捕获的含信息彩图像进行光学会聚，以形成细长的光图案；其中，所述后向光学处理是所述前向光学处理的逆向处理；以及第二狭缝，用于对所述细长的光图案进行空间滤波，以形成输出光线，据此通过分析所述输出光线各点的光谱内容，而获得所述扫描表面的高度轮廓，从而根据为所述物体的多个扫描表面获得的各自高度轮廓，来确定所述表面轮廓。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述散光学模块包括：在第一光轴上对准的第一组透镜，该第一组透镜被配置为将所述多线性光束散到所述渐变窄带线性光束中，并将所述渐变窄带线性光束分别聚焦在分布于所述第一光轴的预定长度上的所述不同的焦平面上，以形成所述彩虹光图案；以及第二组透镜，被配置为对所捕获的含信息彩图像进行光学会聚，以形成所述细长的光图案，其中所述第一组滤镜和所述第二组透镜共享一个或多个共享透镜，至少一个共享透镜用于同时输出所述彩虹光图案和输入所述含信息彩图像，从而避免了需对准所述第一组透镜和所述第二组透镜以输出所述彩虹光图案和输入所述含信息彩图像的负担。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述散光学模块进一步包括分光器，该分光器与所述一个或多个共享透镜光学耦合，并定位在所述第一组透镜中，以便将所捕获的含信息彩图像复制成两份，其中一份被导向所述第二狭缝。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第二组透镜包括不与所述第一组透镜共享的一个或多个额外透镜，该一个或多个额外透镜布置在所述分光器和所述第二狭缝之间，用于在所捕获的含信息彩图像到达所述第二狭缝之前对所捕获的含信息彩图像进行光学处理，其中该一个或多个额外透镜是所述第一组透镜中用于光学处理所述多线性光束、并布置在所述分光器和所述第一狭缝之间的相应一个或多个透镜的复制。5.根据权利要求2所述的系统，其中：所述第一狭缝被配置为，在所述第一狭缝上的任何一点发射到所述散光学模块的所述多线性光束具有第一组主光线，其发散角基于所述第一光轴测量时在1
°
以内；所述第一组透镜被配置为，在所述彩虹光图案上的任何一点接收到的所述渐变窄带线性光束具有第二组主光线，其会聚角基于所述第一光轴测量时在1
°
以内；所述系统还包括平台，用于在所述表面轮廓测量期间定位所述物体；该平台包括参考平面，所述物体适于被放置在该参考平面上；以及所述第一组透镜被朝向为使得所述第一光轴垂直于所述参考平面，造成所述彩虹光图案垂直于所述参考平面，从而在所述扫描表面包括凹槽时也允许测量所述表面轮廓。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源模块是混光源模块，包括：光源，用于产生原始光线，这些原始光线共同提供多光；以及与所述第一狭缝光学耦合的混棒，该混棒用于将多光束提供给所述第一狭缝进行空间滤波；所述混棒的形状为长条形，用于混合所述原始光线以产生所述多光束，从而使所述第一狭缝接收的所述多光束中至少有一部分颜大体均匀。7.根据权利要求6所述的系统，其中：所述光源包括一个或多个发光二极管，用于共同产生所述原始光线；以及所述混光源模块还包括非对称全内反射透镜，用于将从所述一个或多个发光二极管产生的所述原始光线导向所述混棒，其中所述非对称全内反射透镜在x方向和y方向具有不同的长度。8.根据权利要求6所述的系统，其中：所述光源包括一个或多个发光二极管，每个所述发光二极管都沉积有太阳光谱荧光粉填充物，所述太阳光谱荧光粉填充物被配制成至少在400纳米至700纳米范围内产生光谱；所述一个或多个发光二极管被配置为光学激发所述太阳光谱荧光粉填充物以产生所述原始光线，这些原始光线共同提供所述多光；以及所述混棒与所述光源光学耦合，以直接接收来自所述光源的所述原始光线。9.根据权利要求1所述的系统，还包括：光栅，用于衍射所述输出光线，从而形成所述输出光线的光谱图像；成像传感器，用于对所述光谱图像进行成像，所述输出光线各点的所述光谱内容可由所述光谱图像确定；定位在所述第二狭缝和所述光栅之间的准直透镜模块，用于在所述输出光线被所述光栅衍射之前对所述输出光线进行准直；和位于所述光栅和所述成像传感器之间的聚光镜模块，用于将所述光谱图像聚焦到所述成像传感器上。10.根据权利要求9所述的系统，还包括：棱镜，用于将从所述光栅发出的所述光谱图像反射到所述聚光镜模块，该棱镜被配置为重新定向所述光谱图像，使得所述准直透镜模块和所述聚光镜模块的方向相互垂直，从而使所述准直透镜模块和所述聚光镜模块的对准和装配变得方便。11.根据权利要求2所述的系统，还包括：第三狭缝，用于对在该第三狭缝处收到的所述细长的光图案的副本进行空间滤波，以形成第二输出光线；以及二维线扫描相机，用于对所述第二输出光线进行彩成像；据此，在对所述多个扫描表面进行扫描后，可获得所述物体的二维图像，以便进行三维传感；其中，所述散光学模块进一步包括：设置在第一组透镜中的第一分光器，以便将所捕获的含信息彩图像复制成两份，其中一份被导向所述第二狭缝；和设置在第一组透镜中的第二分光器，以便将所捕获的含信息彩图像复制成两份，其中一份被导向所述第三狭缝。12.根据权利要求11所述的系统，还包括：
光栅，用于衍射所述输出光线，从而形成所述输出光线的光谱图像；成像传感器，用于对所述光谱图像进行成像，所述输出光线各点的所述光谱内容可由所述光谱图像确定。定位在所述第二狭缝和所述光栅之间的准直透镜模块，用于在所述输出光线被所述光栅衍射之前对所述输出光线进行准直；和位于所述光栅和所述成像传感器之间的聚光镜模块，用于将所述光谱图像聚焦到所述成像传感器上。13.一种用于测量物体表面轮廓的线扫描三维传感系统，该系统包括：光源模块，用于产生多光束；与所述光源模块光学耦合的第一狭缝，用于对多光束进行空间滤波以形成多线性光束；第一散光学模块，被配置为执行前向光学处理，将从所述第一狭缝接收到的所述多线性光束散为渐变窄带线性光束，并将所述渐变窄带线性光束聚焦在不同的焦平面上，以形成彩虹光图案；该彩虹光图案在表面轮廓测量期间用于照亮所述物体的扫描表面，从而使被照亮的物体在该物体上显示含信息彩图像，该含信息彩图像包含所述扫描表面的高度信息；第二散光学模块，被配置为捕获所述含信息彩图像，并进行将所捕获的含信息彩图像光学会聚以形成细长的光图案的后向光学处理；其中，所述后向光学处理是所述前向光学处理的逆向处理，并且所述第一散光学模块和所述第二散光学模块并排设置；双通透镜模块，被配置为将所述第一散光学模块产生的所述彩虹光图案重新定位到所述物体适于被定位的偏移位置，并将所述含信息彩图像从该偏移位置引导到所述第二散光学模块，以允许所述第二散光学模块能够捕获所述含信息彩图像；以及第二狭缝，用于对所述细长的光图案进行空间滤波，以形成输出光线，据此通过分析所述输出光线各点的光谱内容，而获得所述扫描表面的高度轮廓，从而根据为所述物体的多个扫描表面获得的各自高度轮廓，来确定所述表面轮廓。14.根据权利要求13所述的系统，其中：所述第一散光学模块包括第一多个透镜；以及所述第二散光学模块包括第二多个透镜；其中，所述第二多个透镜是所述第一多个透镜的复制。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第二散光学模块进一步包括设置在所述第二多个透镜中的反射器。16.根据权利要求13所述的系统，其中所述光源模块是混光源模块，包括：光源，用于产生原始光线，这些原始光线共同提供多光；以及与所述第一狭缝光学耦合的混棒，该混棒用于将多光束提供给所述第一狭缝进行空间滤波；所述混棒的形状为长条形，用于混合所述原始光线以产生所述多光束，从而使所述第一狭缝接收的所述多光束中至少有一部分颜大体均匀。17.根据权利要求16所述的系统，其中：所述光源包括一个或多个发光二极管，用于共同产生所述原始光线；以及所述混光源模块还包括非对称全内反射透镜，用于混合从所述一个或多个发光二极
管产生的所述原始光线，以形成中间光输出，以使该中间光输出的辐射功率大体均匀；所述中间光输出中的所述原始光线被送入所述混棒，其中所述非对称全内反射透镜在x方向和y方向具有不同的长度。18.根据权利要求16所述的系统，其中：所述光源包括一个或多个发光二极管，每个所述发光二极管都沉积有太阳光谱荧光粉填充物，所述太阳光谱荧光粉填充物被配制成至少在400纳米至700纳米范围内产生光谱；所述一个或多个发光二极管被配置为光学激发所述太阳光谱荧光粉填充物以产生所述原始光线，这些原始光线共同提供所述多光；以及所述混棒与所述光源光学耦合，以直接接收来自所述光源的所述原始光线。19.根据权利要求13所述的系统，还包括：光栅，用于衍射所述输出光线，从而形成所述输出光线的光谱图像；成像传感器，用于对所述光谱图像进行成像，所述输出光线各点的所述光谱内容可由所述光谱图像确定；定位在所述第二狭缝和所述光栅之间的准直透镜模块，用于在所述输出光线被所述光栅衍射之前对所述输出光线进行准直；和位于所述光栅和所述成像传感器之间的聚光镜模块，用于将所述光谱图像聚焦到所述成像传感器上。

技术总结

线扫描三维传感系统测量物体的表面轮廓。在该系统中，散光学模块(DOM)执行前向光学处理，将多线性光束散成渐变窄带线性光束(CNLLB)，并将CNLLB聚焦在不同的焦平面上，形成彩虹光图案，以照亮物体的扫描表面。被照亮的物体显示出含信息彩图像(IBCI)，其中包含扫描表面的高度信息。DOM捕获IBCI，并执行后向光学处理，对捕获的IBCI进行光学会聚，以形成细长的光图案。后向光学处理是前向处理的逆向处理。狭缝对细长的光图案进行空间滤波，形成输出光线。通过分析输出光线上各点的光谱内容，可以得到扫描表面的高度轮廓。可以得到扫描表面的高度轮廓。可以得到扫描表面的高度轮廓。