用于检查和/或去除产品流中不适合物体的方法和系统以及实现该方法和系统的分类仪器.pdf

一种检查产品流(2)中的不适合或不规则的物体的系统(1)，该系统(1)包括沿着扫描线(S)扫描产品流(2)的扫描手段(10)和在扫描后检测产品流(2)再发射的光束(5、6)的检测手段(20)，扫描线(S)由最少一个将光(14)沿着该扫描线(S)导向的光源(11)形成，扫描手段(10)包括在最少一个维度将光(12)集中的聚焦手段(26)，检测手段(20)包括定义图像平面(P2)的聚焦手段(21)，产品流(2)沿着该扫描线(S)的空间图像(3’、4’)在图像平面上形成，聚焦手段(21)设计为在最少一个维度聚焦该图像(3’、4’)，并面向该扫描线(S)，因此扫描线(S)上的点在图像平面(P2)中形成投射扫描线(SP)，检测手段(20)还包括在图像平面(P2)运作的空间过滤手段(22)，空间过滤手段(22)只在跟该投射扫描线(SP)的方向成直角的方向(yP)上过滤图像(3’、4’)。

1、  一种检查产品流(2)中的不适合或不规则的物体的系统(1)，该系统(1)包括沿着扫描线(S)扫描产品流(2)的扫描手段(10)和在扫描后检测产品流(2)再发射的光束(5、6)的检测手段(20)，扫描线(S)由最少一个将光(14)沿着该扫描线(S)导向的光源(11)形成，扫描手段(10)包括在最少一个维度将光(12)集中的聚焦手段(26)，其特征在于：
检测手段(20)包括定义图像平面(P²)的聚焦手段(21)，产品流(2)沿着该扫描线(S)的空间图像(3’、4’)在图像平面上形成，聚焦手段(21)设计为在最少一个维度聚焦该图像(3’、4’)，并面向该扫描线(S)，因此扫描线(S)上的点在图像平面(P²)中形成投射扫描线(S_P)，
检测手段(20)还包括在图像平面(P²)运作的空间过滤手段(22)，空间过滤手段(22)只在跟该投射扫描线(S_P)的方向成直角的方向(y_P)上过滤图像(3’、4’)。

2、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述光源(11)为在扫描线(S)上发射集中光的激光束产生器。

3、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述扫描手段(10)包括将光束(12)沿着所述扫描线(S)导向的手段(13)，扫描手段(10)优选地是多面性多边形镜。

4、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述扫描手段(10)包括有序地或永久地将光束(14)沿着所述扫描线(S)导向的光源(11)的阵列。

5、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述扫描手段(10)包括具有不同波长的多于一个的光源(11、11’)。

6、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述聚焦手段(21)包括最少一块聚焦镜片(23)以形成在最少一个维度上大体聚焦的图像(3’、4’)。

7、  如权利要求6所述的检查系统，其中所述最少一块聚焦镜片(23)在圆柱形镜片、球状镜片和非球状镜片之间选择，因此能获得在最少一个维度将进入的光(5、6)聚焦的会聚镜片系统。

8、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述扫描手段(10)的聚焦手段(26)包括最少一个光学装置，例如镜片、光束发射器、光栅装置或准直装置，以产生集中光(14)的静态平面。

9、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述过滤手段(22)为布置在图像平面(P²)中并拥有狭缝般的孔(24)的膜片装置，或储存在存储器或软件实施方案中的位图。

10、  如权利要求1和9所述的检查系统，其中所述过滤手段(22)具有设定成长方形的孔(24)，其高度(H₁)跟所述图像(3’、4’)的高度一样或更大，因此检测手段(20)对直接再发射光(7)和散射光(8)均敏感。

11、  如权利要求1和9所述的检查系统，其中所述过滤手段(22)具有设定成长方形的孔(24)，其高度(H₂)跟对应主要为直接再发射的光(7)的图像(3’，4’)的高度一样或更小，因此检测手段(20)主要只对直接再发射光(7)敏感。

12、  如权利要求1和9所述的检查系统，其中所述过滤手段(22)拥有两个分开的，设定成长方形的孔(24)，两个孔(24)之间的距离跟对应主要为直接再发射光(7)的图像(3’、4’)的高度(H₂)基本上一样，因此检测手段(20)只对散射光(8)敏感。

13、  如上述任何一条权利要求所述的检查系统，其中最少一个检测手段(20)和扫描手段(10)布置在相对于产品流(2)的同侧，因此进行的检测取决于从产品流(2)反射的光。

14、  如上述任何一条权利要求所述的检查系统，其中最少一个检测手段(20)和扫描手段(10)布置在相对于产品流(2)的对侧，因此进行的检测取决于穿透产品流(2)的光。

15、  如上述任何一条权利要求所述的检查系统，其中最少一个检测手段(20)布置在相对于产品流(2)的同侧，而最少一个检测手段(20)以及扫描手段(10)布置在相对于产品流(2)的另一侧，因此进行的检测取决于从产品流(2)反射的光和穿透产品流(2)的光的组合。

16、  如权利要求1所述的检查系统，其中所述检测手段(20)还包括转换手段(25)，以将检测到的光信号(5、6)转换成电信号。

17、  如权利要求16所述的检查系统，其中所述转换手段(25)从光电装置、光电倍增二极管、雪崩二极管、光电倍增管阵列、电联装置、CCD相机晶片和CMOS图像传感器中选择。

18、  一种分类仪器包括：
如上述任何一个权利要求所述的检查系统，
控制电路，其处理从该检查系统的检测手段(20)而来的电信号并将其转换成控制信号，和
供应系统，以将产品流(2)输送到该检查系统。

19、  如权利要求18所述的分类仪器，其中所述检查系统包括权利要求10，11和12之中最少两个过滤手段(22)，以产生基于同时具有直接再发射光(7)和散射光(8)、主要只是直接再发射光(7)和/或只是散射光(8)的电信号。

20、  如权利要求18和19所述的分类仪器，其中所述控制电路设计为接受所述电信号并产生代表同时具有直接再发射光(7)和散射光(8)、主要只是直接再发射光(7)、只是散射光(8)、或它们的组合的控制信号。

21、  如权利要求18至20所述的分类仪器，其中所述仪器还包括移除单元，移除单元优选地为由所述控制电路的控制信号控制的空气喷射器阵列。

22、  一种检查产品流(2)中的物体并将其分类的方法，该方法包括以下步骤：
沿着扫描线(S)扫描产品流(2)，该扫描线(S)由最少一个将光(14)沿着该扫描线(S)导向的光源(11)形成，
将产品流(2)再发射的光束(5、6)在最少一个维度聚焦，并在图像平面(P²)中形成聚焦图像(3’、4’)，因此扫描线(S)上的点在该图像平面(P²)中形成投射扫描线(S_P)，
使用空间过滤手段(22)大体只在跟该投射扫描线(S_P)的方向垂直的方向(Y_P)上空间过滤大体处在图像平面(P²)中的图像(3’、4’)，
获得从被过滤的图像(3’、4’)接收的光信号(5、6)，并产生同时具有直接再发射光(7)和散射光(8)，和/或主要只是直接再发射光(7)，和/或只是散射光(8)的电信号代表，和
接收上述步骤的电信号并产生基于同时具有直接再发射光(7)和散射光(8)、主要只是直接再发射光(7)、只是散射光(8)或其组合的控制信号。

23、  如权利要求22所述的方法，其中所述主要是直接再发射的光(7)和散射光(8)为产品流(2)所反射或透射的光。

24、  如权利要求22所述的方法，其中对不适合的物体的分类是根据颜色、结构或其组合。

25、  如权利要求22，23和24所述的方法，其中所述方法包括使用具有不同波长的最少两个光源(11、11’)以扫描产品流(2)。

26、  如权利要求22所述的方法，其中产品流(2)中的不适合的物体由移除单元根据所述控制信号移除。

27、  一种在检测产品流(2)被扫描时再发射的光束(5、6)的装置，该装置包括：
聚焦镜片(23)，聚焦镜片至少在能量经络(y_p)的方向将接收到的光束(5，6)聚焦，并在图像平面(P²)形成图像(3’、4’)，
大体上布置在图像平面(P²)中的空间过滤器(22)，其设计以只在跟该投射扫描线(S_P)的方向成直角的方向(y_P)空间过滤该图像(3’、4’)，和
转换手段(25)，以接收图像(3’、4’)的光信号并将其转换成电信号。

28、  如权利要求27所述的装置，其中所述过滤手段(22)为具有如权利要求10，11或12所述的狭缝般的孔(24)的膜片装置。

29、  如权利要求27所述的装置，其中所述转换手段(25)在光电装置，光电倍增二极管，雪崩二极管，光电倍增管阵列，电联装置，CCD芯相机晶片和CMOS图像传感器之中选择。

30、  如权利要求1到21所述的检查系统在分类仪器中的使用。

31、  如权利要求27到29的装置在分类仪器或检查系统中的使用。

用于检查和/或去除产品流中不适合物体的方法和系统以及实现该方法和系统的分类仪器
技术领域
本发明涉及一种检查产品流中不适合或不正常的物体的新方法和系统，尤其是涉及一种允许产品的高速输送的检查方法和系统，以及包括这种系统的分类仪器。
背景技术
将在持续流动的产品流中的产品分类的仪器在本领域中是已知的。这些分类仪器包括运输系统、检查系统和移除系统。运输系统将要被检查的产品流输送到检查系统和移除系统。检查系统会分析产品的一个或多个预定的特征。通常，光学特征例如色泽或结构会被测试。根据接收到的光学信号，检查系统会评估在产品流中特定的物体的这些特征的测量数值是否符合预定的接受条件。如果答案是否，移除系统会将此物体从产品流中移除。在此，检查系统控制移除系统的运作。
这种分类仪器的构造在美国专利号6,509,537中公开。该分类仪器包括用以输送固体微粒流的输送器，和用以探测和区分个别固体微粒的品质和/或色泽的装置。探测系统包括激光束，激光束经多边形轮再导向至固体微粒。因为多边形轮的转动，轮的镜像端面会角向引导激光束在时轴上锯齿状地移动。之后，移动的激光束会被导向至固体微粒流以提供对固体微粒流的线形激光束扫描。被固体微粒发散地再发射的激光束经过轮的镜像端面，被导向至将光信号转换至电输出信号的光电装置。因此，多边形轮具有两个功能：在产品流上形成扫描的激光束，和将从产品流返回的光导向到光电装置。这个输出信号之后可以再被模拟电路处理或转换成数字信号以作数字处理和数据操作。美国专利号4,723,659，美国专利号4,634,881和欧洲专利申请号1332353公开了相似的包括检查系统的分类仪器，而检查系统中的多边形轮拥有如上述的两个功能。这些系统包括现有技术的所有缺点，因为扫描手段亦有责任将返回的光导向以通过检测手段，例如光电倍增管探测器，因此系统被第二个功能完全限制，而不容许系统优化，尤其是为了高速分类运作的优化。
土耳其专利申请号2006/05534U公开了跟以上的分类仪器相似的构造，唯一的不同是最少一个检测器具有膜片(定界装置)，膜片有狭缝般的孔，孔唯一的作用是容许入射光的偏差，而偏差通常是因为扫描手段也即可转动地布置的多边形轮的不规则运动引起。本发明同时也作为副技术效果，提供对关于这些扫描手段的问题的解决方案，因为本发明的检查系统不是从这些扫描手段，如多边形镜接收入射光，而是从产品流直接接收再发射光。
美国专利号6,671,042B1公开了一种包括多光束激光扫描单元和最少一个多光束暗视野成像单元的检查系统。暗视野成像单元定义为在后扫描光学系统的会聚角之外在斜角β上收集散射光的检测器。扫描单元产生多个激光点并将它们沿着一个平面扫描。成像单元分别检测从这多个点中的每一个点所散射的光。每一个成像单元的每点均包括收集光学装置和光检测器，使得每个检测器只检测从其关联的点发射的散射光。但是，检查系统的空间过滤手段配置在聚焦平面中，而这会限制所有导向至该多个光检测器的光的角度的范围。这在产品流中检测和检查不规则的物体时会特别不利，因为这个手段并不允许测定光是源于哪一个特定的范围。
美国专利公开号A1-2005/052644公开了一种表面检查系统，包括最少一个倾斜的照射光束和可能地一条第二照射光束，这两条光束按顺序或在同时照射。如图8所示，说明书所描述的过滤手段在空间频率域中过滤，这需要过滤手段放置在一个非常特定的构造中。明显地，该系统的过滤器并不是一个空间域的过滤器，而是一个图像的频率域中的过滤器。因此，这种过滤器最适合过滤图像中的规则的而重复的图案。再者，很显然系统使用的傅立叶过滤器亦对检查手段中收集镜片的准确位置有严格的规定。也就是说，物体必须布置在第一个收集镜片的前焦平面。这种系统亦不适合检测或检查不正常的产品流，因为相比于在空间域中产生图像，这种系统在频率域中产生图像，而空间域对为在本发明中使用并在此申请中后述的用于定义某个窗口或特征函数来说，是一个比较方便而实用的域。
欧洲专利公开号EP-A-1724030公开了一种检查连续产品流的检查系统，包括参照组件和中间光学组件、用光束在产品流上扫描的扫描手段、和将产品流再发射的光束转换成电信号的转换手段。将光束导向至产品流的多边形镜亦接收再发射的光，并通过转换手段将其导向。因此，扫描手段具有两个功能，就是将光束导向至产品流和在光束通过检测器再发射时接收/导向光束。在检测器中形成的图像为单单一点，而不是一条线。
国际专利公开号WO-A-01/07950公开了具有检查单元、输送系统和剔除单元的分类装置，其中该检查单元具有最少两个光源以及令电磁辐射波跟产品接触的手段。这些手段作为源自这些源头的辐射的校准系统使用。该校准系统只是简单地接收从需要分类的产品所反射和/或透射和/或发射和/或变化的电磁辐射。但是，该系统并不允许区分从产品流的直接再发射和散射的光。
在现有技术中，如要测量散射效果，入射光必须在两个维度上集中，更具体地说，是集中在一个光点。在此情况下，检测器所看到的图像分为两部分，即一个通常光亮的中心点，此中心点通常被称为直接反射光，以及环绕中心点的阴影，该阴影的光度根据被照射的物体的散射特性改变。将空间图像的这两部分中的其中一个过滤，是由二维空间窗口完成，例如具有圆形开口，而圆形开口带有盲点的的膜片。更多关于这些膜片的教导可以在美国专利号4,723,659中找到。
光电装置接收到的光的量由收集从产品流返回的光的多边形轮的镜像端面面积决定。如果检查系统需要接收更多的光，可以增加激光束的功率或增加镜像端面的维度，以得到更大的多边形轮。两种解决方案均对仪器的整体成本有负面的影响。因此，现有技术的检查系统仍需改进，以获得一种不再需要根据接收到的光量对扫描组件进行优化，并容许实现较小尺寸的扫描组件的检查系统。
如果产品在扫描光束的平面上移动的速度增加，扫描的频率亦需按比例提升，以令所有经过的物体有足够的垂直解像度进行扫描。现有技术的检查系统中，这可以通过提升多边形轮的旋转速度或者增加多边形轮的镜像端面的数目解决。除了对成本的影响以外，后者还会影响收集到的光的量。要克服此问题，需要继续增加多边形轮，而这会导致更高的成本。
在某些应用中，测量物体的透射率可能比测量其反射率更为有利。使用多边形轮收集返回的光的现有技术系统只可以在反射模式使用。光源和检测器位于产品流的同侧，并通过共通的光学组件如多边形轮与产品流光学地联接，因此能在检测器获得被扫描的物体的静态的，反扫描的图像。可以将第二个多边形轮和相应的检测器布置在产品流的对侧以测量透射的光。但是，提供扫描光束的多边轮的频率和相位和收集透射的光的多边轮的频率和相位的适当校准，是非常难以实现的。
最后，检查系统的光学组件非常重要，并对分类仪器的整体成本有很大的影响。因此它需要设计为在保持最低成本的同时达到最大的可靠性。这些设计要求通常通过保持最短的光学距离、尽可能少的自由度和稳定的部件以获得足够高的光学稳定性。但在上述现有技术的系统并不能令人满意地达到这些目标。首先，再发射光需要行经相当的光学距离，并在到达检测手段之前需要通过相当数目的光学组件，例如镜子或镜片等。再者，这些光学组件安装在固定在稳定底板之上的机械固定器之中。该固定器本身可以上下左右移动以将激光校准，并且在某些时候前后移动以处理例如色差等。本领域的技术人员会理解到这些光学系统的校准非常复杂。最后，如上面简要叙述过的，现有技术的系统需要尽量将多边形镜像端面的面积增大。但是，这会按比例地增加朝向检测器的光学路径的其他光学组件的面积，而这跟整体的设计目标有矛盾。
一个人至少可以理论上想象使用复杂的光学配置以其他方法反扫描和捕捉光，例如使用抛物面镜。但是这些解决方案最少也会有如上述的部分缺点。
因此，一种不受现有技术的缺点影响的检查产品的仪器是有需要的。因此，一种包括不受现有技术的缺点影响的检查系统的分类仪器是有需要的。本发明的优点会参照附图和上述现有技术的缺点在说明书的其他部分更详尽地公开。
发明目的
本发明的目的之一是通过一种检查系统，使用光学检查手段以测量从被照亮的场景直接反射/穿透的光和漫射地从该场景直接反射/穿透的光之间的区别。
本发明的另一个目的是提供一种通过直接接收从场景再发射的光，而不是从扫描手段返回的光的手段，对产品流进行扫描和检查的方法和仪器。因而，扫描手段的维度、设置和实现可以只根据扫描功能进行优化，而不会影响整个系统的信噪比。
本发明的另一个目的是提供一种从产品流移除不想要的不规则和/或物体的分类仪器，包括前述的检查系统、处理从不论是单个还是任意组合的检测手段得到的电信号的控制电路、以及根据控制电路的控制信号工作的移除单元。
本发明的另一个目的是提供不需要用检测手段对已观测图像进行反扫描的检测系统。
本发明的另一个目的是提供具有线性，长狭缝的定界可视范围的检测装置。
发明内容
本发明的目的是通过如权利要求1中所记载的检查系统实现的。该检查系统使用权利要求24中的新方法，并包括根据权利要求29的装置。该检查系统特别为在如权利要求20所记载的分类仪器中的使用以对产品流进行分类而设计。该系统包括沿着扫描线静态地或周期性地扫描产品流的手段，其中该扫描线由至少一个沿着该扫描线引导光束的光源的手段形成。该系统还包括用于检测由产品流在扫描时再发射的光束的手段。该扫描检查手段如上所述是本领域所常见的。
本发明的特点在于：扫描手段包括聚焦手段以将再发射的光聚焦到至少一个维度；检测手段包括聚焦手段以在图像平面中生成一幅图像，其中检测手段是朝向所述扫描线从而使得扫描线上的点在图像平面上形成投射扫描线，而该图像大体上聚焦在该聚焦手段的至少一个维度上。该检测还包括空间过滤手段，该空间过滤手段在空域中在大体垂直投影投射扫描线方向的方向上对该图像进行过滤。
一种使用上述检查系统的分类仪器能够对现有技术机器的扫描手段进行修改从而获得较小尺寸的该扫描手段的部件。新方法和配置还允许对产品流以较高的产品流速率进行检查，这是因为完全没有必要如同现有技术中一样在扫描时通过扫描手段引导再发射的光。此外，它还允许通过简单地将检测器放置于检测手段的同侧或对侧来检测反射和/或传输的光。
附图说明
图1a展示了一种普通针孔型号的检测系统，并介绍了相关的坐标系统；
图1b展示了对一个物体以集中光束照射所产生的光学效果；
图1c展示了本发明所测量的区域；
图2展示了一个根据本发明的实施例的检查系统，由此测量一个物体的反射能力；
图3展示了一个根据本发明的实施例的检查系统，由此测量一个物体的通透能力；
图4a展示了一个根据本发明的实施例的一种扫描手段，该扫描手段是多个光源的阵列。每个独立的光源可以按顺序点亮，一个接一个，或者是永久的；
图4b展示了根据本发明的一个实施例的一种扫描手段，该扫描手段提供了扫描线之上的静态集中是多个光源的阵列。每个独立的光源可以按顺序点亮，一个接一个，或者是永久性地；
图5展示了根据本发明的一个实施例的一种包括多个扫描束和多个检测束的检查系统；
图6展示了一个根据本发明的实施例的一种包括以不同角度朝向可移动镜的多个扫描束的检查系统；
图7展示了一个根据本发明的实施例的一种包括以与扫描光束的光学平面成某一角度放置的检查系统；
图8显示了一个展示了对于同样的扫描宽度D，与现有技术相比，扫描手段和扫描产品流之间的距离缩短的实施例；
图9展示了一个根据本发明的实施例的一种包括聚焦于两个垂直方向的球形镜片的聚焦手段；
图10展示了一个根据本发明的实施例的一种包括聚焦于一个方向的圆柱形镜片的聚焦手段；
图11展示了一个根据本发明的实施例的包括一组镜片，每个镜片聚焦于一个方向的聚焦手段；
图12a展示了一个根据本发明的实施例，用于对检测手段的视野范围根据直接再发射光和散射光进行定界的装置；
图12b展示了一个根据本发明的实施例，用于对检测手段的视野范围大体上只根据直接再发射光进行定界的装置；
图12c展示了一个根据本发明的实施例，用于对检测手段的视野范围大体上只根据散射光进行定界的装置；
图13显示了展示了根据一个优先实施例的检测手段的顶视图(顶)、沿着A-A段的测试图(中)、沿着B-B段的前视图(底)，该检测手段包括根据本发明的一个实施例的作为聚焦手段的圆柱形镜片、用于对检测手段的视野范围大体上只根据直接再发射光进行定界的装置、以及一个光电装置；
图14是展示了根据本发明的实施例使用扫描光束对产品流进行检查的方法的步骤的流程图；
具体实施方式
本发明将会进一步通过示范实施例与相关附图结合作进一步描述，但本发明并不限于这里的描述。所描述的附图只用于示例而不具有限制性。在附图里，为了展示的目的，某些元素的尺寸可能被放大并不按照尺寸绘制。因此，尺寸和相对尺寸并不一定对应着本发明的实际实施。这里披露的实施例和附图意在展示而不是限制。
此外，说明书和权利要求书中“第一”、“第二”和“第三”等用语是用于区别相似的元素，而并不一定是用于描述顺序或先后次序。这些用语在某些情况下是可以互换使用的，而且本发明的实施例也能以除了以下描述或展示之外的顺序运作。
另外，说明书和权利要求书中“顶部”、“底部”、“之上”和“之下”等用语只是为了用于说明目的，而并不一定是描述相对位置。这些用语在某些情况下是可以互换使用的，而且本发明的实施例也能以除了以下描述或展示之外的方向运作。例如，“在…下面”和“在…上面”表示置于该元素的两侧。
还有，“再发射”这个词是指任何已发射的光，在已扫描产品流上与扫描光束相遇时反射或穿透扫描手段。
相似的元素通过相似的标记参照。
本发明的实施例公开了一种包括扫描手段和检测手段的检查系统。根据这些实施例的检查系统特别适用于在连续流上提供的产品进行分类的仪器。这种检查系统不仅特别适用于检查和分类粒状产品如葡萄干和蓝莓等，也可根据光学特性例如颜色和结构适用于球状产品，例如塑料球。本发明不限于粒状产品，还适用于检查平面产品，例如纸张以及譬如窗户等玻璃板。
通常来说，检测系统可以使用坐标系统[X_c，Y_c，Z_c；O_c]来表示，如图1a所示，其中O_c是检测器投影的中心。图像平面P²可以选择所观察的场景投射到的平面。该图像平面大体P²大体上与焦点图像平面重合。在一次近似中，扫描线S通过O_c使用透视投影映射到S_p。
众所周知，为了使运算为线性，P²可以解释为一个嵌入在三维矢量空间R³中的二维投影平面，但是在本发明中这不是最主要的步骤。
直角基(x_p，y_p)可以在仿射平面P²中被定义从而使一个方向x_p沿着投射扫描线才而另一个方向y_p垂直于S_p。
在图1b中，图像I被表示为被集中光束照射的物体微粒3。本发明的目的是测量从被照亮场景3发出的直接反射/透射光7’以及被照亮场景3散射的直接反射/透射光8’之间的距离。与现有技术相比中在所有空间方向上测量距离相比，本发明的依据在于能实现某些方向，特别是沿着投射扫描线S_p的方向x_p，能够被省略，而仍然能够以足够的精确度测量距离。因此我们定义在图1c中所示的主要表示直接再发射光的区域7和表示散射光的区域8。
这种在以往不能预料的权衡令实施例有着相比于现有技术更清楚的益处。在本说明书的余下部分这将会进一步地解释和举例说明。在任何情况下，为了利用这种新特性，在任何情况下本发明都需要放置可行的手段在P²中在垂直于投射扫描线S_p的方向y_p上对投影场景进行空间过滤。
举例来说，考虑在两个平面量度x_p和y_p上的扫描手段和检测手段。为了扫描产品流的整个宽度，聚焦光被引导朝向一个具有镜像端面的旋转多边形轮，该旋转多边形轮角向引导光束以时间锯齿移动穿过产生扫描线S的产品流。与现有技术相比，没有进行反扫描(接收通过扫描手段的返回光并将其重导向至检测手段)，因此由检测手段得到的结果图像会是一个沿着投射扫描线S_p快速移动的光点。散射效果在沿着S_p的方向上不能被观察到。如果要在垂直于S_p的方向上过滤譬如直接再反射光并保持散射光信息，可以使用下列窗口
w(yp)=0,|yp|<H2/21,|yp|&GreaterEqual;H2/2,]]>
其中H₂是窗口宽度，更具体的来说是直接再反射光投影在P²上的大体宽度。可以轻易地验证的是，窗口函数w是一维的，本质上来说只规定在与扫描线S_p垂直的方向y_p。总体来说，已过滤图像F变成
F(x_p，y_p)＝I(x_p，y_p)w(y_p)，
其中I表示在P²投影的接收图像。
入射光被聚焦的维度的数量(d_i)和返回光被聚焦的维度的数量(d_r)之间其它的组合也是可行的。然而，比较有利的是同时满足d_i＞0及d_r＞0。当实施例中的d_i＝0，具体来说那些使用折射光照的，是不能在没有使用显微镜中常见的暗视野照明技术的情况下对散射光和其它折射光进行区分的。在其它的实施例中当d_r＝0时，具体来说那些不具备某种对象聚焦手段的，图像点和观察到的场景之间是没有空间联系的。在此情况下，只能测量返回光的总量。然而，本发明允许比具有d_i＝d_r＝2限制的现有技术多得多的组合。
为了教导本发明，在某些附图中会显示多于一幅时间快照。这可以为一幅图中时间扫描产品流的效果的视觉化提供额外的好处。在使用到这种绘图技术的时候，会有说明。
图2展示了根据第一个实施例的一种检查系统1。该检查系统1包括用于扫描10产品流2之上的集中光束12的手段，该手段包括产生集中光束12的手段11和角向引导光束12进行时间锯齿移动穿过产品流2的手段13，以及用于检测20被产品流2在扫描时再发射的光束5、6的手段。返回光5、6在没有被反射或者被扫描手段10干扰的情况下被检测手段20收集。换句话来说，由产品流2再发射的朝向检测手段20的光路径5、6在光学上与朝向产品流2的射入光路径14分开。本实施例因此不具有现有技术系统中的缺点，因为扫描手段10对于检测手段20而言可以具有独立的尺寸，具体来说就是多边形轮13的尺寸只需要根据扫描性能进行优化。举例来说，在本发明中多边形轮13的每一个镜像端面的最小面积都可以是光源11所能获得的最小光点大小，而不会影响检测到的光5、6的信噪比。因此多边形轮13相比现有技术可以做成小得多的尺寸，从而相对于现有技术实现更高的转速、更高的扫描频率、以及更高的垂直分辨率。在某些应用中，例如烟叶，当产品流动的速度高达18米每秒时，本发明中的检查系统1可以提供理想的结果，并具有足够的垂直分辨率。
为了教导本发明，前面介绍的具有投影平面P²的坐标系统[x_p，y_p]也在此展示。此外，通过引入垂直于P²的第三维度z，P²被嵌入R³。照射点3、4在不同时间被照射，但在同一幅图中显示出来。这是为了表示出不同于现有技术，由聚焦手段21形成的移动光点的图像I没有被反扫描，因此点3、4于不同的坐标3’、4’投影在P²上。为了测量直接再发射光7和散射光8之前的区别，需要用一维窗口w在P²中在垂直于投射扫描线S_P的方向y_p上对P²进行空间过滤。
检测手段20在运行中包括用于将检测到的光学信号5、6转换成电信号的转换手段25。得到的电信号从而主要成为被直接再发射的光7、和/或从照射点周围的区域散射的光8、或者是它们的组合的代表。
图3展示了根据第二个实施例的检查系统1。该检查系统1包括用于扫描10产品流2之上的集中光束12的手段以及用于检测20被产品流2在扫描时再发射的光束5、6的手段。
在这个实施例中，检测手段20和扫描手段1被置于产品流2的两侧。根据图3的该配置允许使用如同图2中展示的实施例中同样的扫描手段10和检测手段20那样来检测穿过光，从而展示出所述的检查系统1超过现有技术系统的灵活性。这个实施例特别适用于检查半透明或透明的物体。这些半透明或透明的物体可以是例如食物粒等粒状产品，例如葡萄干，和非食物粒，例如塑料球。这些物体也可以是平面物体，例如半透明或透明的板，比如玻璃板、塑料板等。图3所示的实施例尤其允许对窗户等玻璃板进行玻璃板里面或上面的瑕疵或废物，例如玻璃板中的气泡或者粘在玻璃板上或镀层里的铝箔。这些半透明或透明的板以产品流的形式提供给扫描手段。通常来说，如果在一块板的扫描区域内检测到多于一个预定数量的瑕疵或废物的话，这块板就会被剔除。或者，瑕疵区域、片段或条块会被标记并在之后被切割和剔除。
根据本发明的实施例的检查系统1可以由一个光源11和多个检测手段20放置在产品流的不同侧，从而通过一束扫描光束14，每个扫描物体3都可以被检测到直接再发射光、散射光、所有光和穿透光。
在图2和图3所示的实施例中，扫描效果是通过将光束12投影到旋转的多边形镜13上得到的。然而，扫描效果也可以通过其它手段得到。可移动镜13并不一定得是选装的镜，而也可以是一个可配置光学镜阵列(图中没有表示)的镜组件。这种镜的位置和集中光束12反射朝向产品流的角度，可以通过对镜组件施加静电力进行改变。这种镜阵列已经是本领域内常见的，可以在例如光学开关、无掩膜曝光、数码相机、显示器或电视中使用。通常来说这些镜阵列作为微电子机械系统(MEMS)以半导体技术的制造流程进行制造。这些MEMS装置主要由三星或者德州仪器提供，也被称为(数字光处理技术)。数字微镜阵列的概念是由杰克·永斯(Jack Younse)在1993年11月1日的IEEE杂志第30卷27-31页上的文章《芯片镜》所提出的。使用微镜的光学扫描器的概念在譬如美国专利申请公开US20060023284中被披露。不论如何，这种扫描手段10都不能在现有技术中使用，因为现有技术不支持第二种功能，更具体地说就是检测和反扫描图像I的功能。
如图4a、4b所示，本发明的实施例中的扫描效果可以通过除镜子以外的手段获得。本发明的一个优点是从被扫描物体发出的光不需要通过提供扫描效果的镜进行反射。因此扫描手段10只提供扫描光束14，而不会收集由产品流2发出的光5、6。与现有技术相反，扫描手段10可以只用来生成扫描光束14。
举例来说，扫描手段10可以是旋转的光源11，其在旋转时提供激光束14在产品流2上移动。扫描手段10可以是光源11的阵列，例如激光源比如激光二极管或者其它任何提供集中光束的光源，例如准直光源或聚焦光源，这些都可以在操作中提供对产品流2的扫描，如图4a所示。有许多不同的方法可以控制27光源11的阵列以提供扫描效果。由光源11发出的单个光束12的相对相位可以改变，从而使得阵列的光分布可以在任何需要的方向上增强，而在其它方向上减弱。因此这种相控阵列可以用来提供扫描光束14。除此之外，如果光源11以线性阵列布置，则可以使用电子控制电路27来依顺序一个个点亮单个光源11，从而在产品流上产生连续的光点。在另一个优选实施例中，单个光源11可以永久点亮，从而产生一条静止的扫描线。优选地，线性阵列被设计为覆盖产品流2的整个宽度，从而使所有经过的物体都能被检测到。在图4b中，聚焦手段26明显地显示出与在一个维度上产生聚焦光静止片14的光源11有光学连接。折射光源11可以引导光12至结合准直器和会聚圆柱形镜片的手段26。或者，激光束产生器11可以引导至手段26，在这种情况下手段26可以是例如光栅等。另外一种产生静止扫描线的方法是使用投影器或者光束发射器，光束发射器是一种常见的图像投影装置，可以投影一条线的图像(这里没有显示)。这种扫描手段10特别适合于在只需要检测瑕疵发生的时间而不需要检测它们在扫描线上的精确位置的时候。一个典型例子是检查玻璃涂层或其缺乏。当这种瑕疵被检测到时，要么整个当前检查的玻璃板被移除，要么就标记一个完整玻璃条块以在之后移除。
然而，本发明不限于上述的实施例，任何至少在一个维度上聚焦的扫描光束14，具体来说d_r＞0(d_r被定义为入射光集中的维度的数量)，都落入本发明的保护范围。
本领域的技术人员会认识到可以使用多于一个光源。图2、3、4a或4b只显示了使用一个光源11提供单个具有特定波长或位于特定(连续)波长范围的光束12。在某些应用中，用多于一个光束14来扫描产品流2或者可以选择不同的波束可能会更好。每个波束都具有不同的波长或者(连续)波长范围。每个波长都根据待扫描产品的函数选择，具体来说是它们对扫描光束的响应和/或灵敏度的波长的函数。举例来说产品流可以同时用红外线和绿光束进行扫描。其它的应用需要其它的波长组合，如同本领域技术人员所能认识到的。
图5说明检查系统1的这种结构，包括多个光源11、11’以产生多条光束12、12’。在如图5所示的这个结构中，每个光源11、11’的光束12、12’经过半透明镜或分色镜15、15’反射至可移动镜13，从而使光束12、12’射在可移动镜13上大体相同的位置，而光束14会在大体相同的平面中扫描产品流2。随之，半透明镜15、15’被排列在同一条光学轴上.每块半透明镜15反射从相应的光源11而来的光12至可移动镜13，同时从光学轴上的其他镜15’反射的光会被穿透。
本领域的技术人员会理解到，因为扫描手段10和检测手段20并不是同步而是独立地运作，检测手段20的位置可以自由选择。跟现有技术不同，检测手段20的位置因此可以根据可用的空间、检测的优化或要检测的光信号5的类型，例如反射性或透射性进行选择，而并不影响扫描手段10的位置。如图5所示，如使用多个检测手段20、20’，这些检测手段20、20’可以布置在扫描手段10的同侧或不同侧。如图2所示，扫描手段10和检测手段20可以布置在产品流2的同侧；或如图3所示，在产品流2的对侧。本领域的技术人员可以想象到其他检测手段20和扫描手段10的组合，例如多个检测手段20、20’配置在扫描手段10的对侧，从而可以测量产品流2在不同波长的透射率。
由于产品流2被不同波长的光束14、14’扫描，因此需要预见合适的检测手段20、20’。检测手段20、20’的数目优选地至少和扫描光束14、14’的数目相同，因此每个检测手段20可以选择为对不同的波长敏感。检测手段20、20’的数目更优选地多于扫描光束14、14’的数目，而调较至同一波长的检测手段对形成的图像I的不同范围敏感(即散射范围和/或直接再发射范围)。每个检测手段20可以有不同的参数设定(例如增益或偏移等)，且它的运作可以独立于其他的检测手段20’中进行优化。
然而如图5所示的个别光束12、12’沿着同一条光学轴被引导至可移动镜13的实施例不同，可以将光束12、12’沿着不同的光学轴导向可移动镜13，因此不需使用分色镜15、15’将个别的光束12、12’进行排列。个别的光束12、12’现在以不同的角度射在可移动镜13上，每条光束12、12’在可移动镜13反射时提供一条扫描光束14、14’，得到相同宽度的扫描线S、S’。个别光束12、12’的扫描线S、S’选择以最少在一部分重叠，从而使重叠的扫描线对应于被扫描的产品流的宽度D。这个实施例在图6中显示。在现有技术中，因为使用了用于将原始光束从收集到的返回光分开的带孔镜，这种优化是不可能做到的，因为带孔镜的孔会变得太大。
本领域的技术人员会理解到相近的效果可以通过将每个光源11、11’布置在不同的空间角度来达到。不论如何，现有技术很明显的并不能构思到这些设定。
根据本发明的实施例的检查系统1容许每条光束14在不同的平面上扫描产品流2，因为扫描手段10只提供扫描光线14，而不需要收集从产品流2所返回的光5、6。扫描手段10和检测手段20是分离并独立运作的.因此根据本发明的实施例的检查系统1中包括多个旋转光源11、11’或多个光源阵列11、11’例如线形阵列的激光二极管的扫描手段10是可以应用的。
除了使用一块来自光源的可移动镜13之外，也可以使用多块可移动镜13，每块镜均可操作地于光源11(未显示)连接。如果举例来说可配置的光学镜阵列如所公开的使用，在这个阵列中的每个镜组件都可于单个光源想关联。
在现有技术的系统中，投射至产品流2的光束14和从产品流2收集的光束5、6需要在同一个平面上，因为它们均穿过扫描手段的相同组件。在根据本发明的检查系统1中，可以选择检测手段20跟扫描平面之间的角度，扫描平面即扫描光束14在产品流2上前后移动的平面。
在图7所示的结构中，检测手段20相对于扫描手段10呈一个角度放置。因此朝着产品流2的扫描光束14和从产品流2返回的收集光束5大体上在不同的平面中传播。如果使用多个扫描光束14、14’，扫描手段10可以放置以令相应的扫描平面稍为相互倾斜。图7可以视为图2的侧视图，从右边望向左边只有一个光源11和扫描手段10。图7更显示了引导产品流2至扫描平面的斜槽31。在产品流2后面，亦即放置了扫描手段的一侧的对测，提供了背景组件30以独立地校正和改正检查系统1，并提供光参考。
可选地，扫描光束14可以通过半透明窗口被导向至产品流2，因此扫描光束可以穿过半透明镜而射在产品流上.。该镜容许将扫描光束导向至产品流，但大体上防止从产品流返回的光束进入扫描手段，尤其是光源，并因而负面地影响扫描手段的运作，尤其是光源11。
图8显示了一个说明了相比起现有技术，在同样的扫描宽度D下，扫描手段10和被扫描的产品流2之间的距离更短的实施例。根据本发明的实施例，旋转多边形轮13和产品流2之间的距离与现有技术的结构相同。但是，如图8和以下的解释所示，根据本发明的实施例的光学距离大大的缩短。
可以证明，在使用多边形轮13时，扫描光束14所移动的角度为4π/n，其中n为镜像端面的数目。如使用根据现有技术的旋转多边形轮13’，多边形轮13’的一个特定量度的镜像端面的数目会受到限制，因为每块镜的面积应足够大以收集足够的入射光。如果要增加多边形轮在相对产品流2的一个特定光学距离上扫描的角度，就需要减少这些镜的数目。不幸地，这也会成比例地减少扫描的频率。由于现有技术所需要的大小的多边形轮13会在旋转速度上有所限制，因此不可如本发明般减少镜的数目。如果产品流2在宽度D上扫描，就只剩下一个参数：多边形轮和产品流2之间的距离。这个距离必须增加，直至扫描宽度D在扫描光束14’在产品流2位置的扫描角之内。从而，产品流2和扫描手段10之间的距离可以颇大，例如在现在的设定中，要获得1.2米的扫描宽度，需要有1.8米的距离。在本发明中，检测手段20跟扫描手段10分离，因此多边形面的大小限制不再适用，而小很多的多边形轮13也可以被选择，因为可以在更近的距离以更高的速度旋转。
现有技术对减少该距离的解决方案包括将扫描光束14’折叠。这种方法在图8中显示，图中的虚线指折叠后的扫描光束14’。在被旋转的多边形轮13反射之后，扫描光束14’被第一块镜16反射向第二块镜16’。这第二块镜16’然后将扫描光线14’反射向产品流2以扫描产品流2。在扫描后，从产品流2返回的光亦随着在旋转多边形轮13’和产品流2之间的同样的，大型的光学轴传播，如虚线所示。对于同一个光学路径长度，亦即同一个扫描光束14的空间区域来说，相对于光12直接被旋转多边形轮13’再发射至产品流以作扫描14’的方法，折叠的方法容许将扫描手段10配置为更接近产品流2。但是，因为光学路径的长度不变，扫描光束14’的能量会分布在一个更大的面积上。在现有技术中，要补偿减少了的光强度，就需要更加大功率的光源11或更加敏感的转换手段25。
在根据本发明的实施例的检查系统1中，旋转多边形轮13的镜像端面的数目可以根据如在图2所示的实施例和其他特征一起讨论的容易地减少。当镜像端面的数目减少时，扫描的角度会增大。根据本发明的实施例，这在图8中以表示从多边形轮13反射的光的实线14显示。为了教导本发明的目的，多边形轮13和产品流2被放在同一位置，如同现有技术中的包括折叠系统16、16’的检查系统一般.但是，多边形13在此画得较为细小，以指出跟现有技术的多边形尺寸的分别。在产品流2的位置，即使在旋转多边形轮13和产品流2之间的距离减少了，且不使用任何折叠镜的结构，仍然可以获得理想的扫描宽度D。因此根据本发明的实施例的检查系统1容许在有限的空间和在要扫描的物体和扫描手段10之间的有限的光学距离下，获得一个宽大的扫描角度，因此比起现有技术能减低复杂性和成本。
如图2所示的实施例中所示，当聚焦手段21聚焦在两个平面上的维度x_p和y_p时，并不会获得检查的产品流2的静态图像。来自物体3的光束5在检测手段20中的预定位置形成P²中的图像3’。同样地，来自产品流2的另一个位置的物体4的光束6形成P²中的图像4’。但是物体4的图像4’投射在P²中的另一个预定位置。当扫描光束14的点在产品流2上沿着扫描线S移动的同时，在P²中的相应的图像3’、4’亦沿着相应的投射扫描线S_P线形排列，而不是如现有技术那样大体投射在同一点上提供一个静态的反扫描图像。本领域的技术人员会明白在有效的操作中，在同一时间只提供一个图像，而在同一幅图中展示图像3’和4’只是为了说明本发明所具有的时间效果。
当转换手段25存在的时候，会在它的有效范围中的不同位置接收光。为了教导本发明的用途，产品流和扫描手段均以前视图显示，展示光如何来源于被扫描的物体，并展示获得的图像3’、4’。包括聚焦手段21的检测手段20以顶视图显示，以更清楚的说明不同的实施例。
在图9所示的实施例中，来自于产品流2的光5，不论是直接再发射的7或是散射的8，均在二维中被手段21聚焦，因此根据物体在扫描光束14的扫描线S上的位置，每个被扫描的物体3都有单独的图像点3’在单独的预定位置形成。聚焦手段21可以使用球形或非球形镜片23实现，更优选地是带有将再发射光5、6在两个维度中聚焦的会聚透镜系统。这些透镜系统可以由本领域的技术人员设计，并可以包含任何可知的而正面地影响检测手段20的表现的设计。
在此实施例中，扫描光束14在产品流上的扫描会产生在检测手段20中的个别图像3’、4’的线形阵列。内圆跟被被检测的直接再发射光7’对应，而周围的圆形面积跟被检测的散射光8’对应。图像3’、4’中相似区域的y_p座标相似而x_p座标不同。要知道关于被检测的直接再发射的光7’和散射光8’的被检测光在某一个时间的总能量，P²的空间过滤器w需运作以在跟投射扫描线S_P成直角的方向y_P过滤图像3’、4’。
尽管图9示范了使用集中的光点来扫描物体3、4的情况，但是人们可以理解到在相同的实施例中，使用一个平面的集中光照射会得到同样的结果，更具体地说，是只在一个维度集中的光。当使用单一的光敏转换手段25，例如光电倍增管时，该转换手段的输出信号只能指示投射图像I所有的光量，而且单个物体3、4在S上的位置可以找到。因此只可以确定物体3，4在扫描线S上的存在。但是，这在某些应用中已经足够，例如当在玻璃板中寻找涂层的瑕疵。在另外一个实施例中，转换手段25包括光敏组件矩阵，例如CCD相机芯片或者输出P²中的投射图像I的数字信号代表的光电倍增器阵列。使用已知的图像处理技术，投射的扫描线S_P可以从数字图像中恢复，而物体3，4的正确位置也可以得知，这是本领域的技术人员可以理解的。在一个优选的配搭中，窗口函数w在软件中实施，因此可以过滤数字化的图像。
聚焦手段21被使用以获取被扫描的物体3的图像3’。如图9所示，获得的图像非常之细小，因为扫描宽度D和转换手段25的有效面积的宽度d的比率可以是100或者更大，通常为150。同样地，沿着y_p方向的图像高度也随此比率缩小。举例说，以断面直径为2毫米(此乃典型的直径)的集中光束而言，沿着y_p方向的直接再发射光的图像大约是15微米长。完全被该空间过滤器函数w特征化的膜片22需要使用毫米级的机械特征构成。本领域的技术人员可以使用电形成、平板刻法、玻璃上的铬汽化或类似的技术实现。
图10显示了一个实施例，其中聚焦手段21包括会聚的平面圆柱镜片23，因此能获得只在y_p方向聚焦的真实图像。更优选地，聚焦手段21包括在一个维度，即y_p方向聚焦再发射光5、6的会聚透镜系统。这些透镜系统可以由本领域的技术人员设计，并可以包含任何可知的而正面地影响检测手段20的表现的设计。为了教导本发明的用途，检测手段20提供的两个扫描图像3、4在此一同显示，尽管在这里因为两个物体3，4均形成一样的条状重迭图像，时间效应会有少许混淆。如图10所示的放置的圆柱镜片具有垂直方向的放大率，更准确的说是沿着它的能量经络有放大率，但是并不改变跟其成直角的方向的光，因此在根据本发明的实施例的检查系统中特别有用，尤其是y_p方向的放大率可以独立于比率D/d选择。在穿过聚焦手段21后，收集到的光束5会沿着能量经络聚焦和放大，更准确地说是沿着y_p方向，而光束在x_p方向并不会聚焦，从而形成如图10所示的条状图像。
在图10所示的实施例中，每一个点源3、4会成像为三条线状的能量带。较靠内的线状带或条，主要对应于检测到的光5的图像的直接再发射光7的部分，并具有高度K₂。在较靠内的线状带的两侧的两条较靠外的带对应于检测到的光5的图像的散射光8的部分，并分别有高度K₃和K₄。图像3的总高度为K₁，即是K₂，K₃和K₄的总和。沿着被扫描的产品流2的扫描线S的每一个点源3会在转换手段25的整个有效宽度d上形成线状图像带或条3，而并不是在一个特定的(x_p，y_p)座标上的一点。但是，可以通过将扫描光束14的时间进度跟获得的线状图像相互关联，以区分连续的被扫描的物体3、4的图像3’、4’。时间每一刹那都对应扫描点14的一个预定位置，因此在检测手段20中测量到的能量分布对应于在该预定位置的物体3所再发射的光5。除此之外，镜片之外的其他光学系统，例如双棱镜、对镜或类似的等等，可以也可被应用以得到相同的效果，即获得每一个被扫描点3的线状图像，如本领域的技术人员可以理解的。通过选择聚焦手段21沿着它的能量经络的放大率，不同带的相对高度K₂、K₃和K₄可以选择，因此可以控制个别带的高度。
尽管图10示范了使用集中的光点来扫描物体3、4的情况，但是可以理解到在一致的实施例中，使用一个平面的集中光照射会得到同样的条状图像，尤其是只在一个维度集中的光。但是，在此情况下扫描光束14的时间进度和获得的线状图像并没有相互关联，更具体地说，在这情况下，图像会是在扫描线S在其整个阔度D所再发射的光的总和.因此只可以确定物体3在扫描线S上的存在，但不能得知物体3在扫描线S上的正确位置。但是，这在某些应用中已经足够，例如当在玻璃板中寻找涂层的瑕疵。
根据图10所示的实施例的检测手段20的孔由光转换手段25的有效面积跟扫描手段21的宽度决定。聚焦手段21的大小应当根据覆盖扫描宽度D选择。更具体地说，聚焦手段21的轴经络的宽度应当足够大以覆盖来自扫描线S的左外射线和右外射线。
在如图9所示的实施例中，聚焦手段21被使用以在两个平面方向x_p、y_p提供聚焦和放大，以形成每一个点源3的典型图像。图11显示了一个实施例，其中聚焦手段21包括第一会聚圆柱镜片23以在第一方向聚焦，例如沿着x_p、和第二会聚圆柱镜片23’以在跟第一方向垂直的第二方向聚焦，即沿着y_p。第一镜片23被放置以将来自产品流2的光束5导向至第二镜片23’。在这里，每一个点源3、4均获得一个单独图像3’、4’。但是，这些图像3’、4’沿着x_p与y_p以不同比率放大会形成椭圆形的图像。为了教导本发明的用途，检测手段20提供的两个被扫描的物体的图像3’、4’被同时显示。通过选择沿着聚焦方向的放大率，较靠内的K₂和较靠外的K₃-K₄椭圆的相对高度，即沿着x_p与y_p的高度，可以被选择，从而可以控制最小可检测高度K₂、K₃-K₄。除此以外，会聚球状镜片23和放大圆柱镜片23’的组合被使用以获得线状图像。会聚球状镜片23提供在一个点图像之中的入射光束5的聚焦，而放大镜片23’会沿着能量经络将聚焦了的光束扩散，即沿着y_p。在任何情况下，第二聚焦手段23’的轴经络(沿着x_p)的宽度都可以大大的减少，跟图10所示的实施例不同。
本领域的技术人员可以理解聚焦手段不只是为了聚焦和放大优化。当决定检测手段的光学性能时，还需要考虑到其他要求，例如球形或颜色差异等。再者，任何已知的光学技术都可以被应用以进一步增加检测手段捕捉到的光，例如使用放置在聚焦手段21之前的镜，从而使更多的光可以被导向该聚焦手段21。如此一来，检测手段21可以包括任何光学组件的组合以改正任何上述的，如本领域的技术人员可理解到。
在将产品分类时，电信号会主要地由直接再发射光7、散射光8、透射光或其他来自被扫描的产品3和被检测手段20接收到的5(捕捉到的)光按比例产生。可选地，电信号由任何上述的光信号的组合产生，或者这些组合可以在电信号被数字化之后进行。根据任何实施例的检查系统1因此可以还包括跟检测手段20可运作地联系的控制电路，以接收因检测手段20所收集的光5而在检测手段20产生的电信号。控制电路之后会根据单个电信号或任何这些电信号的配搭产生控制信号，即控制电路可以操作信号，例如相加、相减、相乘或其他处理。光学信号因此可以分开处理并转换成为控制信号。
取决于检测手段20收集的光5的哪一部分需要转换成为电信号，检查系统1包括：
具有令检测手段20对聚焦手段21所收集的光敏感的视野的检测手段20，在此情况下基本上所有抵达检测手段20的光均被转换，
具有令检测手段23只主要地对直接再发射光7敏感的视野的检测手段20，在此情况下主要地只有直接再发射光被转换，或
具有令检测手段23只主要地对散射光8敏感的视野的检测手段20，在此情况下主要地只有散射光被转换。
检查系统1可以包括上述任何检测手段或其组合。如图5所示的例子中，检测系统1可以包括多于一个检测手段20、20’。每个检测手段20、20’可以选择以对特定的波长或波长范围敏感，和/或主要地对直接再发射光7，散射光8或两者同时敏感。
在一个本发明的特定实施例中，检查系统1包括拥有令检测手段20只主要地对直接再发射光7敏感的视野的第一检测手段20，和拥有令检测手段20’只主要地对散射光8敏感的视野的第二检测手段20’。在此结构中，控制电路可以将对应于转换后的主要直接再发射光7和转换后的散射光8的电信号相加，以获得代表直接再发射光和转换后的散射光的电信号。如此一来，就可以产生对应于主要直接再发射光7，散射光8或两者同时的三个控制信号。
在本发明的另一个实施例中，检查系统包括拥有令检测手段20只主要地对直接再发射光7敏感的视野的第一检测手段20，和拥有令检测手段20’对直接再发射光7和散射光8敏感的视野的第二检测手段20’。在此结构中，控制电路可以将第一20和第二检测手段20’的电信号和第一检测手段20的电信号相减，以获得代表直接再发射光和转换后的散射光的电信号。如此一来，就可以产生对应于主要直接再发射光7，散射光8或两者同时的三个控制信号。
如以上的实施例简要叙述的，检测手段20提供每个被扫描物体3的图像3’，图像3’是如图10所示沿着扫描线S_P的条型图像3’，或沿着根据扫描产品流2的投射扫描线S_P移动的图像3’。在后者中，移动的图像3’可以如图9所示的成圆形或如图11所示的成椭圆形。
在上述两个情况中，检测手段形成的图像3的一部分涉及被检测的直接再发射光7，而另一部分涉及被检测的散射光8。因为该图像的线性特征，现有技术的圆形膜片不能被用来容许每个图像的选定部分穿过以区分检测到的光的不同部分，更具体地说，它们不能被适合的空间过滤函数w特征化。
一个根据在任何实施例的检查系统1中，容许检测手段20收集到的光5的选定部分穿过的解决方案在图12a、b、c中显示。装置22为拥有狭缝般的孔24的膜片装置。孔24的尺寸根据检测系统21获得的图像3或其部分的尺寸选择，以得到特定的视野。孔24可以在一块板中的长方形开口形成，但亦可以是一块板中的一个长方形区域，此区域主要地只对源自被扫描的产品流的波长或波长域有透射性，而板块的其他部分会阻挡所有光.在另一个实施例中，组件22可以是电子记忆体的位图或可以在软件中实施为过滤函数w。
从定义上来说，膜片22为图像平面P²的子区域.此平面P²大体跟检测手段20的聚焦图像平面重叠。孔开口24沿着投射扫描线S_P校准。膜片22的视野定界特征以一个维度的空间过滤函数或只根据方向y_p而定的窗口w完全地描述。视野定界装置22能在任何情况下应用在任何图像种类上(条形、圆形或椭圆形)，更具体地说，是根据本发明的任何实施例的检查系统1获得的，而拥有线性特征的任何图像。
图12a说明了根据本发明的一个实施例的一种定界检测手段20对于直接再发射光7和散射光8的视野的装置22。孔24成长方形，其沿x_p轴的长度L优选地令转换手段25的有效面积的总长度d都可被使用。装置22沿y_p轴的高度H₁优选地被选择以和P²中的图像3’的总高度K₁大体上成比例或更大。特征窗口函数w则变成
w1(yp)=0,|yp|&GreaterEqual;H1/21,|yp|<H1/2.]]>
图12b说明了根据本发明的一个实施例的一种只定界检测手段20对直接再发射光7的视野的装置22。孔24成长方形，其沿x_p轴的长度L优选地令转换手段25的有效面积的总长度d都被使用。装置22沿y_p轴的高度H₂优选地跟P²中的图像3’的高度K₂大体上成比例，此部分对应于收集到的直接再发射光7。如在图10和11中跟其他特征一起显示以般，这部分对应形成的图像3’的中间部分。由于聚焦手段21至少在方向y_p所提供的放大率，这个直接再发射部分的尺寸K₂可以延长。因此，图像3’的直接再发射光7的尺寸K₂可以跟扫描光束14的直径不同。孔24的高度H₂因此可以在一个容许膜片制造优化的范围内选择。特征窗口函数w则变成
w2(yp)=0,|yp|<H2/21,|yp|&GreaterEqual;H2/2.]]>
图12c说明了根据本发明的一个实施例的一种只定界检测手段21对散射光8的视野的装置22。孔24的形状为两个分开的长方形，其沿x_p轴的长度L优选地令转换手段25的有效面积的总长度d都被使用。装置22的两个长方形沿y_p轴之间的间隔H₂优选地跟P²中的图像3’的高度K₂大体上成比例，此部分对应于收集到的直接再发射光7。这个间隔会阻挡图像3’的中间部分的穿过。如在图10和11中跟其他特征一起显示般，这部分对应于形成的图像3’的中间部分。由于聚焦手段21至少在方向y_p所提供的放大率，这个直接再发射部分7的尺寸K₂可以延长。因此，图像3’的直接再发射光7的尺寸K₂可以跟扫描光束14的直径不同。构成孔24的两个长方形之间的间隔H₂因此可以在一个容许膜片制造的优化的范围内选择。高度H₃和H₄优选地被选择以跟图像3’的较外部分的高度K₃和K₄大体成比例，这部分对应于散射光8的部分。由于聚焦手段21至少在方向y_p所提供的放大率，这个散射部分的尺寸K₃和K₄可以延长。只容许图像3’的散射部分8穿过的窗口的尺寸H₃和H₄因此可以在一个容许膜片制造的优化的范围内选择。特征窗口函数w则变成
w3(yp)=0,|yp|<H2/21,H3/2&GreaterEqual;|yp|&GreaterEqual;H2/20,|yp|>H3/2,]]>
假设H₃＝H₄。
膜片以外的其他装置22可以被用以定界检测手段20的视野。举例来说，可以选择聚焦手段的放大率，以令检测手段20只对主要直接再发射光7敏感。因为聚焦手段21至少在方向y_p提供放大率，对应直接再发射光7的图像3’的中间部分的高度K₂可以增加，从而令相对散射光8的图像3’的较外部分进一步被引导至转换手段25的有效面积之外。因此，这些较外部分不可以被转换手段25转换，只有代表主要是直接再发射光7的电信号会被得到。
特征窗口函数w可以具有除了上面给出的之外的形状。例如沿着y_p方向的高斯函数也是适合的，同样地本领域的技术人员可理解到其他的窗口函数也可根据需要而制定。
当将产品分类时，电信号会主要地根据直接再发射的光7、散射光8、透射光或其他源自被扫描的产品3和被检测手段20收集和接收到的5光按比例产生。这些电信号可以分开处理，例如被放大。可选地，电信号由任何上述光信号的组合产生。根据任何实施例的检查系统1因此还可以包括转换手段25，以将检测到的光5转换成电信号。可选地，定界装置22和转换手段25之间放置了光管或小型聚焦镜片(未显示)，以将光引导或导向至该转换手段25。
优选地，转换手段的模拟电信号通过已知的模数转换器转换成为数字信号。如上述，根据任何实施例的检查系统1还可以包括与检测手段20可运作地联系的控制电路，以接收这些电信号。控制电路之后会根据单个电信号或任何这些电信号的组合产生控制信号。使用已知的电路和电子数据处理仪器，任何数学运算均可以应用在电信号上。控制电路可以操作信号，例如相加、相减、相乘或使用其他已知的方法处理。
因为检测手段20接收到的光5并不穿过扫描手段21，相比现有技术使用旋转多边形轮的检查系统，检测手段20所能接收到的光量可以更大，或噪音可以更低。转换手段25可以是任何现有技术中的检查系统中使用的高效率转换手段，例如光电装置或光电倍增管。因为检测手段20可以独立于扫描手段10进行调较以增加检测手段20接收到的光5的量，效率比较低的转换手段25也可以被使用以转换光信号成电信号，例如雪崩二极管。转换手段25可以是电联装置例如是CCD相机，或有足够的光时，有足够扫描率的CMOS图像传感器。
使用包括一个阵列的可个别处理的光敏组件或像素的转换手段25的好处是可以通过只选择和读出P²之中的聚焦手段21所形成的图像3’的相应主要直接再发射光7的部分、散射光8的部分或上述两个部分的像素以定界检测手段20的视野。除此之外，这种像素阵列允许定界组件22在软件中或硬件中有更灵活的定义，更具体地说，就是特征窗口函数w的算法的实施方案.
图13显示了根据一个优选实施例的检测手段20的顶视图(上)、沿着断面A-A的侧视图(中)和沿断面B-B的前视图(下)，包括圆柱镜片作为聚焦手段21以将进入的光束5只在y_p方向聚焦和放大、拥有狭缝孔24的膜片装置22以将检测手段20的视野定界至只有主要直接再发射光7，该膜片装置放置在聚焦手段21和转换手段25之间、以及光电装置25以将代表直接再发射光7的部分转换成电信号。图13说明了膜片装置22的长形孔24和转换装置25的有效面积跟沿着P²中的投射扫描线S_P的x_p方向对齐，并由于物体3投射为沿着x_p方向的条型图像，或在扫描时沿着x_p方向移动而延长。这个x_p方向为圆柱镜片23的轴经络而y_p方向为其能量经络。本领域的技术人员可以理解本发明的范围包括相似的实施例，例如拥有不同视野的、不同转换手段25的、或不同光学构造以更加改良信噪比、球形或颜色偏移或场曲，等等。
图14为根据本发明的实施例，说明使用集中光束14来检查产品流2的方法的步骤的流程图。扫描手段10提供的集中光束14射在产品流2上以扫描其中的物体3。在扫描时，被扫描的物体3会将光直接再发射7’或散射8’。直接再发射光7’和散射光8’的一部分会被检测手段20接收，检测手段放置以接收从产品流2返回的光，即并没有被导向回扫描手段10的光5。接收到的光5之后会聚焦以形成平面P²上的图像3’，该图像3’为条形的图像或沿着投射扫描线S_P的移动图像。图像3’在P²中通过只根据跟投射扫描线S_P成直角的方向y_P的窗口函数w特征化的过滤器进行空间过滤。根据此过滤后的图像，代表原来的图像的主要再发射光7的部分、散射光8的部分或上述两部分的电信号会被得到。此电信号之后可以用来产生控制信号，以控制将产品流2中被扫描物体3的分类。
根据任何一个实施例的检查系统1和方法特别适用于将产品分类的仪器。一个分类仪器可以包括多过一个根据本发明的检查系统。这些分类仪器在本领域中是已知的。通常，分类仪器包括用以将产品3输送和引导至检查系统1以作扫描的供应系统。分类仪器还可以包括移除系统，以在检查后从产品流2移除不合格或不想要的物体。
这些输送及引导系统可以包括传送器，振动台或摇床以作为运输产品，以及用作引导产品自由下落到检查系统的斜槽31。使用压缩空气以从产品流移除产品在本领域中是已知的。这样，移除系统包括多个喷嘴以在当不合格的产品经过其中一个喷嘴前面，将压缩空气吹向该产品。除此之外，手指或翻门也可以用来将不想要的物体从产品流2弹出，如本领域的技术人员所知的。
因此，装备包括根据本发明的任何一个实施例的检查系统的分类仪器是有利的，因为检查系统的灵活构造和检测手段以及扫描手段的独立优化使分类仪器的整体表现能被大大地提升。