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CN109404785A - 一种平行光源 - Google Patents

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何贵明
赵春艳
姚平
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Abstract

本发明公开了一种平行光源，包括光源以及罩设在光源上的集光器，所述集光器的内壁形成用于反射光的反射面；还包括位于集光器之外并沿光路路径顺次设置的遮光板和透镜组，所述透镜组包括用于将非平行光转化为平行光的双凸球面透镜；所述遮光板上固定有与光路路径同轴设置的导光管，且遮光板的轴心设置有贯穿遮光板并与导光管的入口相连通的通孔，光线仅通过所述入口进入到导光管内；所述反射面与预设的椭球体的边界重叠，所述椭球体以所述光源和导光管的入口为焦点。本发明可以有效提升光源的均匀性。同时，胶合透镜可以消除光源像差，且可保持视场边缘清晰、锐利。

Description

一种平行光源
技术领域
本发明涉及视觉检测和影像测量技术领域，尤其是视觉检测和影像测量仪用的一种平行光源。
背景技术
平行光又称为方向光(Directional Light)，是一组没有衰减的平行的光线，在视觉检测和影像测量仪技术领域里，平行光源有其独特的应用方式，因而使用极其广泛。现有技术中，平行光源都是用一个点光源加凸透镜做成，点光源位于凸透镜的焦点处，利用凸透镜的折射原理产生平行光。这种平行光没有任何处理措施，导致光源均匀性差、难以去除像差且视场边缘不够清晰、锐利。
发明内容
本发明提供一种平行光源，解决现有平行光源产生的平行光效果差的问题。
本发明提供一种平行光源，包括光源以及罩设在光源上的集光器，所述集光器的内壁形成用于反射光的反射面；还包括位于集光器之外并沿光路路径顺次设置的遮光板和透镜组，所述透镜组包括用于将非平行光转化为平行光的双凸球面透镜；所述遮光板上固定有与光路路径同轴设置的导光管，且遮光板的轴心设置有贯穿遮光板并与导光管的入口相连通的通孔，光线仅通过所述入口进入到导光管内；所述反射面与预设的椭球体的边界重叠，所述椭球体以所述光源和导光管的入口为焦点。
优选的，所述透镜组包括沿光路路径顺次设置的第一胶合透镜和第二胶合透镜，所述第二胶合透镜包含所述双凸球面透镜。
优选的，所述第一胶合透镜包括沿光路路径顺次设置的第一凹凸球面透镜和第二凹凸球面透镜，所述第一凹凸球面透镜的凸面与第二凹凸球面透镜的凹面胶合。
优选的，所述第二胶合透镜还包括平凹透镜，所述平凹透镜和双凸球面透镜沿光路路径顺次设置且平凹透镜的凹面和双凸球面透镜的凸面胶合。
优选的，所述导光管呈圆锥形，且导光管的半径沿光路路径依次增大。
优选的，所述集光器为椭球形且在集光器的两端均设有开口。
优选的，所述光源设置在集光器远离遮光板一端的开口内。
优选的，所述第一胶合透镜和第二胶合透镜之间还设有反光镜，第一胶合透镜的轴向和第二胶合透镜的轴向形成预定夹角。
优选的，所述预定夹角为90度。
优选的，所述光源为LED光源。
本发明中，集光器将光源的光线集中，可以增加整体亮度，遮光板可以遮挡散射的光线，使光线仅从导光管中通过，导光管再使光线均匀分散，具有很好的匀光效果，可以有效提升光源的均匀性。
同时，增设了两组胶合透镜，胶合透镜可以消除光源像差，且可保持视场边缘清晰、锐利。
附图说明
图1为本发明一种实施例的平行光源的结构示意图；
图2为使用本发明一种实施例的平行光源的成像图；
图3为本发明另一种实施例的平行光源的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种平行光源，如图1所示，其包括光源1以及罩设在光源1上的集光器2，光源1可以采用LED光源，具有寿命长、稳定性高等优点，集光器2可以呈罩状，将光源1罩设在内部。集光器2的内壁形成反射面，可由高反射率的材料制成，且在集光器2的一端形成一个出光口20，光线100在反射面的反射下集中汇集并从出光口20射出。平行光源还包括位于集光器2之外并沿光路路径顺次设置的遮光板3和透镜组，所述透镜组包括用于将非平行光转化为平行光的双凸球面透镜52。所述遮光板3的轴心位置固定有与光路路径同轴设置的导光管31，即导光管31的轴向与光路路径同轴，导光管31的入口朝向光源1，其出口朝向透镜组。遮光板3的轴心设置有贯穿遮光板3的通孔，使光线100从通孔穿过。导光管31的管径可设置为与通孔的孔径相匹配，通孔与导光管31的入口相连通，则光线100仅通过所述入口进入到导光管31内，其他位置的光线则被阻挡。其中，导光管31入口的一端可以插入到通孔中，或者导光管31入口的一端固定在遮光板3的外侧面上并与通孔对接。
集光器2的反射面与预设的椭球体的边界重叠，则反射面可以是椭球体边界的一部分，但必须与椭球体的边界形状相匹配。其中，所述椭球体需要满足分别以所述光源1和导光管31的入口为两个焦点，经过反射面反射的光线将汇集到导光管31的入口。
本实施例的一种平行光源的具体工作原理如下：光源1发光，产生光线100，光线100经过集光器2的反射汇集，从出光口20中射出，这种集中汇集可以增强光线100的亮度。遮光板3设置在出光口20所在的位置，使得散射的光线被阻挡，反射的光线将汇集到导光管31的入口。光线100在导光管31中被均匀分散，具有很好的匀光效果，可以有效提升光源的均匀性。从导光管31射出的光线100进一步通过透镜组，透镜组中包含双凸球面透镜52，经过导光管31射出的光线呈锥状辐射，双凸球面透镜52则将锥状的光线转化为平行的光线，从而产生平行光。
在一种实施例中，所述透镜组具体包括沿光路路径顺次设置的第一胶合透镜4和第二胶合透镜5，第一胶合透镜4和第二胶合透镜5均可以由多片透镜胶合形成，其中，所述第二胶合透镜5包含所述双凸球面透镜52。
具体的，所述第一胶合透镜4包括沿光路路径顺次设置的第一凹凸球面透镜41和第二凹凸球面透镜42，第一凹凸球面透镜41靠近导光管31，第二凹凸球面透镜42则相对远离导光管31。第一凹凸球面透镜41和第二凹凸球面透镜42均包括一个凸面和一个凹面，所述第一凹凸球面透镜41的凸面与第二凹凸球面透镜42的凹面胶合，可以起到将视场范围缩小的作用，并消除光源中的像差。
所述第二胶合透镜5还包括平凹透镜51，所述平凹透镜51和双凸球面透镜52沿光路路径顺次设置，平凹透镜51包含一个平面和一个凹面，其平面相对靠近第一胶合透镜4，其凹面相对远离第一胶合透镜4。且平凹透镜51的凹面和双凸球面透镜52的凸面胶合。上述胶合透镜可以有效消除光源中的像差，且可保持视场边缘清晰、锐利。
在一种实施例中，所述导光管31呈圆锥形，且导光管31的半径沿光路路径依次增大。基于光学全反射原理，圆锥形结构的导光管31更有利于光线的分散，使光线更加均匀，光线整体呈锥状散射出去。
在一种实施例中，所述集光器2为椭球形且在集光器2的两端均设有开口，图中位于右侧的开口为出光口20。集光器2的内壁上可涂覆有反光材料，使得集光器2内壁具有高反射率，光源1散射的光线经过集光器2反射汇集，最终射向导光管31的入口，使光线更加集中，以增大亮度。
其中，所述光源1可设置在集光器2远离遮光板3一端的开口内，使光线主要朝向出光口20一方照射，位于集光器2后方的光线无需利用。
图2示意了本实施例的平行光源的成像图，图2左侧为圆形的视场成像图，右侧为辐射照度分布图，辐射照度反应了光线在视场范围内各位置的光照强度，从图中可以看出，辐射照度基本维持在3162这一数值附近，各位置的辐射照度相对均衡，体现了光源的均匀性。从左侧的视场成像图可以看出光源的像差很小几乎保持同一色度，且视场形状维持正圆形，保持了视场边缘清晰、锐利。
本发明实施例还提供一种平行光源，如图3所示，在上述实施例的基础上，本实施例进一步包括了反光镜6，反光镜6将光线100反射，反光镜6具体设置在所述第一胶合透镜4和第二胶合透镜5之间的光路路径上，从第一胶合透镜4射出的光线经过反光镜6的发射，再穿过第二胶合透镜5。第一胶合透镜4的轴向和第二胶合透镜5的轴向形成预定夹角，使得最终射出的平行光不与第一胶合透镜4和导光管31同轴，通过调节反光镜6和第二胶合透镜5的位置，使平行光可以多角度射出，以方便实际使用。
其中，所述预定夹角可以为90度，此时反光镜6与第一胶合透镜4的轴向呈45度角，第一胶合透镜4的轴向和第二胶合透镜5的轴向彼此垂直。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种平行光源，其特征在于：
包括光源以及罩设在光源上的集光器，所述集光器的内壁形成用于反射光的反射面；还包括位于集光器之外并沿光路路径顺次设置的遮光板和透镜组，所述透镜组包括用于将非平行光转化为平行光的双凸球面透镜；所述遮光板上固定有与光路路径同轴设置的导光管，且遮光板的轴心设置有贯穿遮光板并与导光管的入口相连通的通孔，光线仅通过所述入口进入到导光管内；所述反射面与预设的椭球体的边界重叠，所述椭球体以所述光源和导光管的入口为焦点。
2.根据权利要求1所述的平行光源，其特征在于：
所述透镜组包括沿光路路径顺次设置的第一胶合透镜和第二胶合透镜，所述第二胶合透镜包含所述双凸球面透镜。
3.根据权利要求2所述的平行光源，其特征在于：
所述第一胶合透镜包括沿光路路径顺次设置的第一凹凸球面透镜和第二凹凸球面透镜，所述第一凹凸球面透镜的凸面与第二凹凸球面透镜的凹面胶合。
4.根据权利要求2所述的平行光源，其特征在于：
所述第二胶合透镜还包括平凹透镜，所述平凹透镜和双凸球面透镜沿光路路径顺次设置且平凹透镜的凹面和双凸球面透镜的凸面胶合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的平行光源，其特征在于：
所述导光管呈圆锥形，且导光管的半径沿光路路径依次增大。
6.根据权利要求1-4任一项所述的平行光源，其特征在于：
所述集光器为椭球形且在集光器的两端均设有开口。
7.根据权利要求6所述的平行光源，其特征在于：
所述光源设置在集光器远离遮光板一端的开口内。
8.根据权利要求1-4任一项所述的平行光源，其特征在于：
所述第一胶合透镜和第二胶合透镜之间还设有反光镜，第一胶合透镜的轴向和第二胶合透镜的轴向形成预定夹角。
9.根据权利要求8所述的平行光源，其特征在于：
所述预定夹角为90度。
10.根据权利要求1-4任一项所述的平行光源，其特征在于：
所述光源为LED光源。
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