CN103926696B - 一种用于背光的高亮均匀线形光源装置及应用 - Google Patents

Abstract

一种用于背光的高亮均匀线形光源装置及应用，属于光源装置技术领域。包括点光源（1）、点光源成像透镜（2）、点变线光纤均匀化导光装置（3）、条形透镜（4）、光源宽度亮度调节装置（5）。该光源通过点变线光纤均匀化导光装置使出射光源一次均匀化，通过条形透镜单向成像使出射光二次均匀化。该光源在确保光源均匀性的同时，可以通过调节装置调整条形透镜与光纤出光面的距离，进而调整成像放大倍率，实现光源的亮度、宽度可调；同时，入射光采用点光源通过透镜成像方式，可以任意增加点光源个数，以增加光源亮度。

Description

一种用于背光的高亮均匀线形光源装置及应用

技术领域

本发明是一种适用于线阵相机背光成像的一种亮度宽度可调线形光源装置及应用，属于光源装置技术领域。

背景技术

对于一些透明、半透明物体的检测，常用线阵相机完成，如塑料薄膜、工业或民用胶片等。其实现方法为用线形光源作为背光，采用平移装置使透明或半透明物体匀速平行移动，线阵相机在物体的另一面对光源进行成像，然后分析物体中的缺陷或其它质量问题。

目前，用于配合线阵CCD的线形光源已有很多，但大多数采用反射成像，也就是光源和相机位于待检测物体的同一侧进行成像，此时进入相机的光为待检测物体对光源的漫反射光，所以对光源的均匀性要求不高。

当针对透明或半透明物体进行检测时，可采用背光光源从物体反面进行照射，但此时要求背光光源有很高的均匀性，否则，所成图像中会出现光源的明暗不均现象，甚至会出现一些光源（如LED光源）的颗粒状图像。目前，背光光源的均匀化常采用漫射板实现，漫射板具有很好的均匀化光照特征，但其减光作用明显，尤其在待测物体离开光源一定距离后，光照强度与距离的平方成反比迅速减少。因此，发明一种可以简易地增强光强，减少衰减，又可以使光照非常均匀的背光光源是必需的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以使光强任意增强、且在尽量减少衰减的条件下使光照达到均匀化的背光光源装置及应用。

一种用于背光的高亮均匀线形光源装置，其特征在于，该光源装置包括点光源（1）、点光源成像透镜（2）、点变线光纤均匀化导光装置（3）、条形透镜（4）、光源亮度宽度调节装置（5），点变线光纤均匀化导光装置（3）为一光纤和光纤的一端（出光端）安有不透光的广口罩，点变线光纤均匀化导光装置（3）的广口罩的广口端安有相对广口可平行调节移动的条形透镜（4），条形透镜（4）平行广口，垂直光纤中心轴，光源亮度宽度调节装置（5）将条形透镜（4）的两端与广口罩连接，并且光源亮度宽度调节装置（5）能调节条形透镜（4）的两端使得条形透镜（4）平行移动；多个点光源并列，并且多个点光源前均有一个点光源成像透镜，点光源成像透镜与点变线光纤均匀化导光装置（3）的另一端相对，使得多个点光源发出的光经点光源成像透镜（2）后汇聚在光纤的一端，然后光经过光纤后在出光端经过条形透镜（4）形成线性光。

条形透镜与光纤出光面之间的距离可通过丝杠等类似装置作为光源亮度宽度调节装置（5）进行调节，进而使光源在目标位置的亮度及宽度可调节。

首先，该线形光源采用点光源入射，通过光纤均匀化导光装置能够改变线光源出射的形式，并且可以使光线实现一次均匀化，同时由于光纤的衰减率很低，可以保证光线一次均匀化后仍有较高亮度。

也可通过调节点光源的个数或点光源的亮度均可调节线性光源的亮度。

对于目前常用的光纤线形光源，传统的方法是采用单个光源(如卤素灯或LED灯)聚焦入射，光纤只起到改变光的形状的作用。本发明采用多个电光源经过透镜聚焦方式入射，这样在光照亮度不够的时候，可以通过增加光源的方式提高亮度。此时，点变线光纤均匀化导光装置不仅起到改变光形状的作用，还起到了聚光作用。

在光纤的出光端，采用条形凸透镜进行单轴成像，采用该方法，有两种好处，其一：凸透镜具有聚光特性，只要条形凸透镜足够宽，成像后的光照度衰减很少，其二：条形凸透镜只在一个方向成像，而在另外一个方向不成像，而此方向正好可以起到均匀化光照的目的。此设计同样在保证光强少量衰减的条件下获得均匀的光照。

该发明的工作原理如下：入射点光源通过焦距透镜把点光源的光聚焦到光纤均匀化导光装置，通过该装置可以输出均匀化的线形光，该线形光经过条形透镜均匀化后照到需要成像的物体上，通过线阵相机和镜头完成对图像的采集。由于在光纤出光口和透镜之间有距离调节装置，二者距离不同，所成像的宽度也会不同，最终可以调节背光的宽度和亮度。当光纤出光口与条形透镜的距离减少时，条形光通过透镜以后会在成像物体上形成增大的光条，与此同时照射到成像物体的条形光强度会减弱。反之，当光纤出光口与条形透镜的距离增大时，条形光通过透镜以后会在成像物体上形成缩小的光条，与此同时光照射到成像物体上以后强度会增强。此外，通过增加或减少入射点光源的数量也可以完成该光源亮度的调节。

光源通过两次低损均匀化，第一次为通过光纤均匀化导光装置使光源均匀化，第二次为通过条形透镜横向成像，纵向折射使光源均匀化。入射光采用点光源加透镜成像方式，点光源的个数可以任意增加，进而使光源的出光亮度可任意增加。该光源通过点变线光纤均匀化导光装置使出射光源一次均匀化，通过条形透镜单向成像使出射光二次均匀化。该光源在确保光源均匀性的同时，可以通过调节装置调整条形透镜与光纤出光面的距离，进而调整成像放大倍率，实现光源的亮度、宽度可调；同时，入射光采用点光源通过透镜成像方式，可以任意增加点光源个数，以增加光源亮度。

本发明的积极效果在于：

1.采用多光源聚焦入射，可以任意增加光源的亮度。

2.采用光纤和条形透镜实现两次均匀化，由于采用光纤和透镜通光时，光的衰减很少，因此，在均匀化光照的同时，提高了光源的效率。弥补了采用漫射板时，光源均匀性与照度之间的矛盾。

3.条形透镜与光纤出光口之间增加距离调节装置，使条形光源成像宽度可调、亮度可调，增加了光源的灵活性。

附图说明

图1为线形背光光源装置结构示意图。

图2为线形背光光源装置使用示意图。

1点光源、2点光源成像透镜、3点变线光纤均匀化导光装置、4条形透镜、5光源亮度宽度调节装置、6线形光源装置、7透明或半透明待检测目标、8线阵相机及镜头。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

线性光源装置见图1，线形光源的使用方法如图2所示，图中6为线形光源装置，7为透明或半透明待检测目标，8为线阵相机及镜头，将线形光源从反面照明待检测目标，线阵相机从待检测目标的正面采像，镜头聚焦于待测测目标处，采用短景深方式成像。

Claims (5)

1.一种用于背光的高亮均匀线形光源装置，其特征在于，该光源装置包括点光源(1)、点光源成像透镜(2)、点变线光纤均匀化导光装置(3)、条形透镜(4)、光源亮度宽度调节装置(5)，点变线光纤均匀化导光装置(3)为一光纤和光纤的一端即出光端安有不透光的广口罩，点变线光纤均匀化导光装置(3)的广口罩的广口端安有相对广口可平行调节移动的条形透镜(4)，条形透镜(4)平行广口，垂直光纤中心轴，光源亮度宽度调节装置(5)将条形透镜(4)的两端与广口罩连接，并且光源亮度宽度调节装置(5)能调节条形透镜(4)的两端使得条形透镜(4)平行移动；多个点光源并列，并且多个点光源前均有一个点光源成像透镜，点光源成像透镜与点变线光纤均匀化导光装置(3)的光纤的另一端即进光端相对，使得多个点光源发出的光经点光源成像透镜(2)后汇聚在光纤的进光端，然后光经过光纤后在出光端经过条形透镜(4)形成线性光。

2.按照权利要求1的一种用于背光的高亮均匀线形光源装置，其特征在于，光源亮度宽度调节装置(5)为丝杠类装置。

3.按照权利要求1的一种用于背光的高亮均匀线形光源装置，其特征在于，通过调节条形透镜与光纤出光面之间的距离调节光源在目标位置的亮度及宽度。

4.按照权利要求1的一种用于背光的高亮均匀线形光源装置，其特征在于，通过调节点光源的个数或点光源的亮度均可调节线形光源的亮度。

5.权利要求1-4的任一项所述的用于背光的高亮均匀线形光源装置用于线阵CCD透射成像。