CN105822949A - 一种基于双反射罩的均匀照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双反射罩的均匀照明系统，由光源（1）、椭球反射罩（2）、球面反射罩（3）和导光棒（4）组成，基于双反射罩结构，采用导光棒均光的方式获取均匀光，双反射罩结构保证将光源发出的大部分光入射到导光棒入口，再由导光棒将其转换为均匀性在90%以上的出射光，具有结构简单、投射均匀且能量利用率高的优点。

Description

一种基于双反射罩的均匀照明系统

技术领域

本发明属于照明光学领域，具体涉及一种基于双反射罩的均匀照明系统。

背景技术

均匀照明系统可解决接收系统中心光照强度强，边缘光照强度弱的缺点，实现光源的均匀照射，使像面接收到均匀的能量。因此，均匀光照明系统在很多方面都有应用，如光学目标模拟设备、显示器、投影仪等设备中。现在市场上有多种均匀光照明系统，其原理和特点都各不相同，但大多都采用的是柯勒照明结构，其缺点在于能量利率较低。本发明公开了一种基于双反射罩的均匀照明系统，该系统基于双反射罩结构，采用导光棒均光的方式获取均匀光，具有结构简单能量利用率高的特点。

中国专利公开号CN1734308A，公开“一种光棒型激光消相干均匀照明系统”，其同样应用导光棒均光特性产生均匀光，但本发明采用双反射罩结构，能量利用率更高。

发明内容

本发明解决了传统均匀光照明系统能量利用率低的问题，提供了一种基于双反射罩结构的均匀照明系统，采用导光棒均光的方式获取均匀光，在获得均匀光的同时最大程度的提高光源能量利用率。

本发明采用的技术方案是：一种基于双反射罩的均匀照明系统，由光源（1）、椭球反射罩（2）、球面反射罩（3）和导光棒（4）组成，其特征在于采用双反射罩结构，椭球反射罩和球面反射罩保证将光源发出的光大部分入射到导光棒内部，光线经导光棒内部多次反射后，在导光棒末端形成均匀出射光；所述的椭球反射罩，其特征在于光源位于其前焦点上，起汇聚光线的作用，将灯丝发出的光反射到导光棒入口，用于提高光源能量利用率；所述的球面反射罩，其特征在于球心位于灯丝中心处，可将导光棒无法接收的光源光线反射回椭球反射罩，再由椭球反射罩反射入导光棒，以提高能量利用率；所述的导光棒，其特征在于非均匀入射光线在导光棒内部经过多次反射后，在其末端形成均匀的照射面，出射均匀光，反射次数越多，出射光越均匀。

本发明的有益效果是：

1.采用导光棒设计，获得与被照面长宽比相等的均匀照射物面，获得采用圆柱形灯丝对长方形物体照明时的高能量利用率；

2.若在导光棒后加一准直物镜，便可实现系统平行光输出，有利于系统的模块化设计，便于后续零件的快速更换。

3.采用双反射罩结构，将光源发出的光大部分投射到导光棒入口，提高系统对光源的能量利用率。

附图说明

图1为本发明机械结构剖面图。

图2为软件模拟的均匀性分析图。

图3为光线入射到导光棒前系统能量利用率分析图。

图4为光线经过导光棒后系统能量利用率分析图。

具体实施方式

如图1所示，所述的基于双反射罩的均匀照明系统由光源（1）、椭球反射罩（2）、球面反射罩（3）和导光棒（4）组成。系统采用的双反射罩结构，由椭球反射罩（2）和球面反射罩（3）组成，能将光源（1）发出的光大部分入射到导光棒（4）入口，具有能量利用率高的特点。

光源位于椭球反射罩的一个焦点上，在椭球反射罩后加一球心位于光源灯丝中心的球面反射罩，球面反射罩的半径不大于椭球反射罩两焦点间的距离，且球面大小不大于半球，球面反射罩的出光孔径与导光棒的入射光孔径一致。光源灯丝发出的光，分为三部分，一部分直接入射到导光棒内部；一部分由椭球反射罩反射，由于光源位于椭球面的一个焦点上，所以光源发出的光经过椭球反射罩反射后，光线汇聚到椭球反射罩的另一焦点，即可实现将光线反射入导光棒内部；还有一部分无法被导光棒直接接收也无法被椭球反射罩反射的光线由球面反射罩反射，由于光源位于球面反射罩球心处，所以入射到球面反射罩的光源光线会被球面反射罩沿入射方向反射回来，反射回来的光线入射到椭球反射罩，在经过椭球反射罩反射入导光棒内部。除少量光线损耗外，光源发出的光大部分入射到导光棒内部，由导光棒均光特性，光线在导光棒内部多次反射，形成均匀出射光。

如图2所示，为本发明应用ZEMAX光学设计软件进行的出射光均匀性分析图，沿探测器的水平方向取点进行分析，探测器尺寸为13.33mm×10.00mm，图中横坐标代表所取点在探测器水平方向的位置，纵坐标代表探测器接收的辐照度。从图中可以看出，辐照度曲线上下波动范围未超出一个横格，所以此照明系统的不均匀性小于10%，即照明系统光照的均匀性高于90%。

如图3所示，为本发明应用ZEMAX光学设计软件分析的当输入能量为9W时，光源光线经过双反射罩结构后输出能量的示意图，由图中可知，光源经过双反射罩结构输出光线能量为4.15W，能量利用率为46.1%。

如图4所示，为本发明应用ZEMAX光学设计软件分析的当输入能量为9W时，光源光线经双反射罩及导光棒反射后输出能量的示意图，系统输出能量为4.08W，系统能量利用率为45.3%，远高于同类均匀光照明系统。

由于本发明可以进行各种变形和替换，具体的实施例作为例子被展示在图中，同时将被详细的描述。无论如何，本发明并不限于公开的特定形式，相反地，本发明覆盖包括在由所附权利要求书限定的本发明精神和范围内的各种变形、等效物和替换物。

Claims (4)

1.一种基于双反射罩的均匀照明系统，由光源（1）、椭球反射罩（2）、球面反射罩（3）和导光棒（4）组成，其特征在于采用双反射罩结构，椭球反射罩（2）和球面反射罩（3）保证将光源（1）发出的光入射到导光棒（4）内部，光线经导光棒（4）内部多次反射后，在导光棒（4）末端形成均匀出射光。

2.如权利要求1所述的椭球反射罩，其特征在于光源位于其前焦点上，起到汇聚光线的作用，将灯丝发出的光反射到导光棒入口，提高光源能量利用率。

3.如权利要求1所述的球面反射罩，其特征在于球心位于灯丝中心处，可将导光棒无法接收的光源光线反射给椭球反射罩，再由椭球反射罩反射入导光棒，减少能量损失，以提高能量利用率。

4.如权利要求1所述的导光棒，其特征在于接收来自光源及双反射罩反射的光线，光线在导光棒内多次反射形成均匀出射光。