CN105090790A - 长幅面大功率线光源装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长幅面大功率线光源装置及系统，该光源装置包括光源，所述光源由多个间隔设置且密布排列的多个光源颗粒组成，所述光源一侧设有具有会聚作用的光学元件，该光源系统包括多个所述的长幅面大功率光源装置，多个所述长幅面大功率光源装置的光路一端汇聚在一起。本发明一种长幅面大功率线光源装置及系统可提高相机有效采光面积内的光源亮度，实现快速高效率完成大幅面的扫描。

Description

长幅面大功率线光源装置及系统

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种长幅面大功率线光源装置及系统。

背景技术

在机器视觉检测中，对大幅面的的检测物例如PCB(印刷线路板)、印刷品、film(底胶片)等，相机的采图方式有三种：

第一种是用线阵相机扫描进行采图，如图1所示，用线阵相机扫描的轨迹是S型，该种扫描方式需要相机往复运动，该种运动结构和运动形式复杂，装调麻烦，图像的采集效率最低，但因该种采图方式相机只需要一个，成本低，可以配置小光源与相机一起往复运动，这样对光源的要求低，易设计加工，也可以配置长幅面的线光源，能保证全幅面的均匀性更好，成像效果更佳；

第二种是用大幅面拼接的相机如CIS相机一次性扫描进行采图，这种采图方式简单、成本低，可实现较低精度的采图检测，其需要长幅面线光源的配合；

第三种是用多个相机排成一排进行扫描采图，该种采图方式能实现高精度、高效率的大幅面检测，只需要相机或者检测物运动一次，即可完成全幅面的扫描。

以上三种采图方式，都需要用到长幅面的线光源，而且为了追求效率，扫描采图的速度比较快，因为扫描的速度快了，相机的积分时间就少了，这样的情况下，要求达到图像同样的亮度，光源的亮度就要提高，相应的，要求光源的亮度高即功率大。因此需要设计一种长幅面大功率线光源装置解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长幅面大功率线光源装置及系统，其可以提高相机有效采光面积内的光源亮度，实现快速高效率完成大幅面的扫描。

为了达到上述目的，本发明提供一种长幅面大功率线光源装置，其中包括光源，所述光源由多个间隔设置且密布排列的多个光源颗粒组成，所述光源一侧设有具有会聚作用的光学元件。

进一步地，所述光学元件为准直镜、汇聚棒或线性菲涅尔透镜，所述光学元件的长度、宽度分别大于光源的长度、宽度。

进一步地，所述准直镜包括柱状本体，所述本体的横截面为上面大下面小的梯形，所述本体的下表面沿长度方向设有凹槽，所述凹槽的槽底设置有向外凸出的柱面镜，所述光源颗粒设于所述凹槽内。

进一步地，所述光学元件的另一侧间隔设有至少一根汇聚棒或至少一片线性菲涅尔透镜。

进一步地，所述汇聚棒或线性菲涅尔透镜到光源的距离大于所有汇聚棒或所有线性菲涅尔透镜的总焦距。

进一步地，组成所述光源的多个光源颗粒安装于铝基板上，所述铝基板的相对两端焊接有正、负极焊点，多个所述光源颗粒通过导线相互连接并与正、负极焊点连接。

进一步地，组成所述光源的多个光源颗粒设置为至少一排。

进一步地，所述光学元件安装于立板的一端，所述铝基板固定于立板的另一端，所述铝基板与光学元件平行。

进一步地，所述铝基板由多个铝基板块连接组成，组成光源的多个光源颗粒固定于多个铝基板块上。

进一步地，还包括匀光板，所述匀光板设于光学元件的另一侧，所述匀光板到光源的距离小于光源到检测物的距离，所述匀光板表面密布有多个微型凹槽或微型凸起。

一种长幅面大功率线光源系统，其中包括多个所述的长幅面大功率光源装置，多个所述长幅面大功率光源装置的光路一端汇聚在一起。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

1、通过在多个光源颗粒组成的光源一侧设置具有会聚作用的光学元件，使多个光源颗粒发射的光线大部分汇聚在一起，保证在光能量不变的前提下缩小照射面积，这样就提高了相机有效采光面积内的光源亮度及光源能量利用率，实现了快速高效率完成大幅面的扫描；

2、光学元件采用准直镜、汇聚棒或线性菲涅尔透镜，光学元件的长度和宽度分别设为大于光源的长度和宽度，这样设计使光线在宽度方向汇聚，而长度方向保持不变，更适于线光源的使用，在提高相机有效采光面积内的光源亮度和光源能量利用率的基础上，解决了长幅面线光源问题，快速高效率完成大幅面扫描；

3、通过增设汇聚棒或线性菲涅尔透镜，使准直镜与汇聚棒组合，或准直镜与线性菲涅尔透镜组合，或准直镜与汇聚棒、线性菲涅尔透镜组合，或多个汇聚棒的组合，或多个线性菲涅尔透镜组合，或汇聚棒与线性菲涅尔透镜的组合，进一步保证光源发射的大部分光线能汇聚在相机的有效采光面积内，使相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率进一步提高，更加快速高效率完成大幅面的扫描；

4、通过增设匀光板，使这些匀光板的材料主要由有机玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等材料制成，这些材料制成的匀光板透过率一般都在70％～95％之间，不会改变大部分光线的传输方向，尤其是小角度光线的传输方向，通过在其表面设置横截面为锯齿型或波浪型的多个微型凹槽或者微型凸起，能将大角度的光线折射，进一步将部分光线汇聚在相机的有效采光面积内，提高光亮度及光源能量利用率；

5、通过将多个长幅面大功率线光源装置组合在一起，使它们的光路一端汇聚在一起，这样设计可保证光源的角度充足，以使检测效果更佳，角度更多，使检测物表面的成像效果更好，当检测物不是平的，如手机的磨砂壳，如果只有一个光源，角度很小，拍出的图片，磨砂颗粒感会很强，如果使用该种组合的多角度，手机的背景会很均匀，消除磨砂，字符也会很容易识别，发现缺陷，提高检测精度。

附图说明

图1是现有用线阵相机的扫描采图示意图；

图2是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例一立体结构分解示意图；

图2A是图2的光源颗粒与准直镜的光路示意图；

图3是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例二立体结构示意图；

图4是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例三立体结构示意图；

图5是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例四立体结构示意图；

图6是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例五立体结构示意图；

图7是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例六立体结构示意图；

图8是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例七立体结构示意图；

图9是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例八立体结构示意图；

图10是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例九立体结构示意图；

图11是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十立体结构示意图；

图12是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十一立体结构示意图；

图13是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十二立体结构示意图；

图14是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十三立体结构示意图；

图15是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十三左视结构示意图；

图16是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十四立体结构示意图；

图17是图16的光路示意图；

图18是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十五立体结构示意图；

图19是本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十五左视结构示意图；

图20是本发明长幅面大功率线光源系统的实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

如图2所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例一立体结构分解示意图，包括组成光源的多个光源颗粒1，此光源为LED光源。多个光源颗粒1间隔设置且呈密布排列，光源的一侧设有具有会聚作用的光学元件。此实施例中光学元件选择用准直镜2，准直镜2包括柱状本体3，本体3的横截面为上面大下面小的梯形，此实施例为等腰梯形。本体3的下表面沿其长度方向设有贯通其前后端的凹槽4，凹槽4的槽底设置有向外凸出的柱面镜5，各光源颗粒1设于凹槽4内。

如图2A所示图2的光源颗粒与准直镜的光路示意图，从图中可知，光源颗粒1发射的光线一部分经过准直镜2的本体3的两个侧面发生全反射向上射出，一部分经柱面镜5折射，也向上射出，出射光线的角度均小于入射光线的角度，使原先发散的光线汇聚了，这样就使光线出射角度小于光线入射角度，光源发射的光束照射的面积缩小，而该面积与相机有效采集面积相适应，这样就提高了相机有效采光面积内的光源亮度及光源能量利用率，实现了快速高效率完成大幅面的扫描。

如图3所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例二立体结构示意图，其大部分结构与图2所述实施例结构相同，不同之处在于：此实施例中光学元件选择用汇聚棒6，该汇聚棒6的长度、宽度分别大于光源的长度、宽度。本实施例汇聚棒6选择用一根，也可以选择用多根，不管用一根还是多根，其满足的条件是汇聚棒6到光源的距离大于所有汇聚棒6的总焦距。

工作时，组成光源的各光源颗粒1发出的光线经汇聚棒6作用后，整个光源的光束汇聚起来，光源照射的面积虽然缩小，但是照射的光能量不变，而该面积与相机有效采集面积大小相适应，这样就提高了相机有效采光面积内的光源亮度及光源能量利用率，实现了快速高效率完成大幅面的扫描。

如图4所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例三立体结构示意图，其大部分结构与图3所述实施例结构相同，不同之处在于：此实施例中光学元件选择用线性菲涅尔透镜7，该线性菲涅尔透镜7的作用与汇聚棒6的作用相同，都是对光源发射的光线起汇聚作用。该线性菲涅尔透镜7的长度、宽度分别大于光源的长度、宽度。本实施例线性菲涅尔透镜7选择用一片，也可以选择用多片，不管用一片还是多片，其满足的条件是线性菲涅尔透镜7到光源的距离大于所有线性非涅尔透镜7的总焦距。

如图5所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例四立体结构示意图，其大部分结构与图2所述实施例结构相同，不同之处在于：准直镜2的另一侧，该图中是在准直镜2的上方设有汇聚棒6。

工作时，组成光源的多个光源颗粒1发射的光束在经过准直镜2压缩角度后，光束通过汇聚棒6进一步汇聚，光源的照射面积进一步缩小，该照射面积与相机的有效采光面积进一步匹配，使相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率进一步提高，相机可以更加快速高效率完成大幅面的扫描。

如图6所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例五立体结构示意图，其大部分结构与图5所示实施例结构相同，不同之处在于：准直镜2的另一侧即上方设置有线性菲涅尔透镜7。

工作时，其过程与图5所述实施例过程基本相似，只是线性菲涅尔透镜7代替汇聚棒6，但是二者的作用效果是一样的，都是对光源发射的光线进一步起汇聚作用。

如图7所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例六立体结构示意图，其大部分结构与图6所述实施例结构相同，不同之处在于：在线性菲涅尔透镜7的上方设有汇聚棒6。光源发射的光线经准直镜2压缩角度后，光束经线性菲涅尔透镜7进行光线汇聚后，再经过汇聚棒6对光线进一步汇聚，使光源的照射面积进一步缩小，使相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率进一步提高，相机可以更加快速高效率完成大幅面的扫描。

如图8所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例七立体结构示意图，其大部分结构与图7所述实施例结构相同，不同之处在于：在汇聚棒6的上方设置有匀光板8，匀光板8到光源的距离小于光源到检测物的距离，匀光板8的上表面沿宽度方向密布有多个微型凹槽9，或微型凸起。多个微型凹槽9的横截面为锯齿形或波浪形的长槽，相邻两个锯齿或波浪之间的间距小于或等于0.5mm。匀光板8主要由有机玻璃或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等材料制成，这类材料制成的匀光板8的透光率一般都在70％～95％之间，不会改变大部分光线的传输方向，尤其是小角度光线的传输方向。

工作时，各光源颗粒1发出的光线经准直镜2、线性菲涅尔透镜7、汇聚棒6的作用后，出射光线进入匀光板8，经过匀光板8上的微型凹槽9，这些微型凹槽9不会改变大部分光线的传输方向，只改变一部分大角度光线，使更多的光线进入相机的采图区域，这样就进一步提高了光源的亮度和均匀性相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率得到提高，相机可以快速高效率完成大幅面的扫描。

上述匀光板9还可以分别设置于图2-图6任一实施例上，分别设置于各实施例图的上方即可，都是本发明的保护范围，此处不再一一赘述。

如图9所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例八立体结构示意图，其大部分结构与图7所述实施例结构相同，不同之处是：该实施例中去掉了准直镜2，光源发射的光线分别经过线性菲涅尔透镜7和汇聚棒6。虽然没有准直镜2对光源发射光线进行角度压缩，面积缩小，但是光源发射的光线经过线性菲涅尔透镜7的汇聚作用及汇聚棒6的汇聚作用，同样也实现了光源照射面积的缩小，其同样使相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率提高，使相机快速高效率完成大幅面的扫描。

如图10所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例九立体结构示意图，其大部分结构与图9所述实施例结构相同，不同之处是：在汇聚棒6的上方设置有匀光板8。光源发射的光线经线性菲涅尔透镜7、汇聚棒6的汇聚作用后，再经过匀光板8，使一部分大角度光线改变光路，使其与大部分光线的传输方向基本保持一致，让更多的光线进入相机采集区域，这样就进一步提高了光源的亮度和均匀性，相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率得到提高，相机可以快速高效率完成大幅面的扫描。

如图11所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十立体结构示意图，其大部分结构与图3所述实施例结构相同，不同之处是：组成光源的多个光源颗粒1安装于铝基板10上，铝基板10的相对两端焊接有正、负极焊点，多个光源颗粒1通过导线相互连接并与正、负极焊点连接。此处可根据需要对多个光源颗粒1进行串联连接或并联连接。这样设计多个光源颗粒1可在铝基板10上进行排列拼接，组合成任意需要的长度、宽度，适用范围广。为了便于加工安装方便，将多个光源颗粒1设置为一排或多排，此实施例为一排。

工作时，多个光源颗粒1由于相互通过导线连接，再接入电源后，多个光源颗粒1即可发射光线，工作过程见图2所述实施例描述，此处不再赘述。

上述图2、图4至图10中任一所述实施例均可将多个光源颗粒1安装于铝基板10上使用，此处不再一一赘述。

如图12所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十一立体结构示意图，其大部分结构与图11所述实施例结构相同，不同之处是：汇聚棒6垂直安装于立板11的上端，铝基板10垂直固定于立板11的下端，铝基板10与汇聚棒6平行。这样设计结构简单，易于安装固定。

如图13所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十二立体结构示意图，其大部分结构与图12所述实施例结构相同，不同之处是：铝基板10由多个铝基板块12连接组成，多个光源颗粒1固定于多个铝基板块12上。可以为每个铝基板块12上安装一个光源颗粒1或安装多个光源颗粒1，均属于本发明保护的范围，这样设计可根据产品需要灵活组装，满足不同产品的需求。

如图14、图15所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十三立体结构示意图及左视结构示意图，其大部分结构与图12所述实施例结构相同，不同之处是：准直镜2安装于铝基板10的上表面，且各光源颗粒1均设置于准直镜2下表面的凹槽4内。这样设计结构简单，外形小巧，易于安装固定。

如图16所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十四立体结构示意图，其大部分结构与图14所述实施例结构相同，不同之处是：还包括匀光板8，匀光板8设于汇聚棒6的上方，且匀光板8垂直安装于立板11的最上端，匀光板8到光源的距离小于光源到检测物的距离。

工作时，结合图17所示，组成光源的多个光源颗粒1发出的光线经准直镜2压缩角度后，再经过汇聚棒6对光线进行汇聚，最后再经过匀光板8上的微型凹槽9作用，使整体出射光线形成的光斑面积缩小，而该光斑面积内的光的能量不变，这样就提高了光源的亮度，而该面积与相机的有效采集面积进一步匹配，相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率得到提高，相机可以快速高效率完成大幅面的扫描。

如图18和图19所示本发明长幅面大功率线光源装置的实施例十五立体结构示意图及左视结构示意图，其大部分结构与图16所述实施例结构相同，不同之处是：在准直镜2与汇聚棒6之间设置有线性菲涅尔透镜7，线性菲涅尔透镜7的一端垂直固定于立板11上。光源发射的光线依次经过准直镜2、线性菲涅尔透镜7、汇聚棒6及匀光板8作用后，光源照射的光斑面积逐渐缩小，而该面积与相机的有效采集面积更为匹配，相机的有效采集面积内的光源亮度及光源能量利用率得到提高，相机可以快速高效率完成大幅面的扫描。

如图20所示本发明长幅面大功率线光源系统的实施例结构示意图，其包括多个如图2-图19任一实施例所述的长幅面大功率线光源装置13，此实施例选择图3所述实施例的长幅面大功率线光源装置13，且数目为三个。三个长幅面大功率光源装置13的光路(从光源向汇聚棒6)一端汇聚在一起。

工作时，三个长幅面大功率线光源装置13的光路一端(即输出端)汇聚在一起，这样设计可保证光源的角度充足，以使检测效果更佳，角度更多，使检测物表面的成像效果更好，当检测物不是平的，如手机的磨砂壳，如果只有一个光源，角度很小，拍出的图片，磨砂颗粒感会很强，如果使用该种组合的多角度，手机的背景会很均匀，消除磨砂，字符也会很容易识别，发现缺陷，提高检测精度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种长幅面大功率线光源装置，其特征在于：包括光源，所述光源由多个间隔设置且密布排列的多个光源颗粒组成，所述光源一侧设有具有会聚作用的光学元件。

2.如权利要求1所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，所述光学元件为准直镜、汇聚棒或线性菲涅尔透镜，所述光学元件的长度、宽度分别大于光源的长度、宽度。

3.如权利要求2所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，所述准直镜包括柱状本体，所述本体的横截面为上面大下面小的梯形，所述本体的下表面沿长度方向设有凹槽，所述凹槽的槽底设置有向外凸出的柱面镜，所述光源颗粒设于所述凹槽内。

4.如权利要求2所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，所述光学元件的另一侧间隔设有至少一根汇聚棒或至少一片线性菲涅尔透镜。

5.如权利要求4所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，所述汇聚棒或线性菲涅尔透镜到光源的距离大于所有汇聚棒或所有线性菲涅尔透镜的总焦距。

6.如权利要求1所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，组成所述光源的多个光源颗粒安装于铝基板上，所述铝基板的相对两端焊接有正、负极焊点，多个所述光源颗粒通过导线相互连接并与正、负极焊点连接。

7.如权利要求6所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，组成所述光源的多个光源颗粒设置为至少一排。

8.如权利要求6所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，所述光学元件安装于立板的一端，所述铝基板固定于立板的另一端，所述铝基板与光学元件平行。

9.如权利要求6所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，所述铝基板由多个铝基板块连接组成，组成光源的多个光源颗粒固定于多个铝基板块上。

10.如权利要求1-9之一所述的长幅面大功率线光源装置，其特征在于，还包括匀光板，所述匀光板设于光学元件的另一侧，所述匀光板到光源的距离小于光源到检测物的距离，所述匀光板表面密布有多个微型凹槽或微型凸起。

11.一种长幅面大功率线光源系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-10之一所述的长幅面大功率光源装置，多个所述长幅面大功率光源装置的光路一端汇聚在一起。