CN110726092A - 一种环形光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环形光源装置，用于提高光源装置的亮度。该环形光源装置包括壳体、多个光源、多个准直镜、和聚光镜。多个光源设置在壳体内，多个光源沿圆环形轨迹布置。多个准直镜设置在壳体内，一准直镜和一光源相对设置。聚光镜设置在壳体上，准直镜位于聚光镜和光源之间，聚光镜沿圆环形轨迹延伸。准直镜用于校正从光源射入的光线后，射出该光线。聚光镜用于将从准直镜射入的光线汇聚到一目标焦点上。这样，沿圆环形轨迹布置的多个光源发射出光线，这些光线射入准直镜。因聚光镜也沿圆环形轨迹延伸，可将从多个准直镜射入的光线汇聚到一目标焦点上。从而在目标焦点上的亮度较大，整体上提高了环形光源装置的亮度。

Description

一种环形光源装置
技术领域
本发明涉及照明设备技术领域，尤其涉及一种环形光源装置。
背景技术
在照明设备领域，例如进行工业检测照明时，使用的光源为灯泡、LED灯等。通过光源对物品进行照射，让工作人员可以进行一定的工艺操作。
但是，现有的照明设备往往是使用一个灯泡或LED灯，光线以多个角度从这些光源射出，从而导致对物品等的照射光线不足，照明设备提供的亮度较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环形光源装置，用于提高光源装置的亮度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种环形光源装置，包括：
壳体；
多个光源，多个所述光源设置在所述壳体内，多个所述光源沿圆环形轨迹布置；
多个准直镜，多个所述准直镜设置在所述壳体内，一所述准直镜和一所述光源相对设置；
聚光镜，所述聚光镜设置在所述壳体上，所述准直镜位于所述聚光镜和所述光源之间，所述聚光镜沿所述圆环形轨迹延伸；
所述准直镜用于校正从所述光源射入的光线后，射出所述光线，其中，第一角度大于第二角度，所述第一角度为所述光线射入所述准直镜时和所述准直镜的光轴之间的夹角，所述第二角度为所述光线射出所述准直镜时和所述准直镜的光轴之间的夹角；
所述聚光镜用于将从所述准直镜射入的光线汇聚到一目标焦点上。
可选地，所述目标焦点和所述圆环形轨迹的圆心位于同一直线上。
可选地，所述环形光源装置还包括多个光阑，多个所述光阑设置在所述壳体内，一所述光阑位于一所述光源和一所述准直镜之间；
所述光阑用于调节所述第二角度的范围。
可选地，所述第二角度的范围为0.2度-15度。
可选地，所述准直镜的出射光的光型为高斯型，所述光型的Sigma参数范围为0-3，Sigma参数表示高斯函数的方差。
可选地，所述聚光镜和所述壳体为可拆卸连接。
可选地，所述壳体为圆环形结构，所述壳体的中间设有贯通所述壳体的内环；
所述壳体包括延伸面，所述延伸面沿所述内环的侧边设置；
所述延伸面设有安装位，所述安装位用于和外部设备连接。
可选地，所述环形光源装置还包括目标元件；
所述目标元件设置在所述聚光镜的远离所述准直镜的一侧，所述目标元件为偏振元件或相位元件。
可选地，所述准直镜和所述壳体通过密封胶连接；
所述准直镜和所述聚光镜通过密封胶连接。
可选地，所述聚光镜为球面镜、非球面镜、菲涅尔透镜、和衍射透镜中的其中之一；
所述光源为贴片灯珠。
本发明的有益效果：
本发明实施例的环形光源装置包括壳体、多个光源、多个准直镜、和聚光镜。其中，多个光源设置在壳体内，多个光源沿圆环形轨迹布置。多个准直镜设置在壳体内，一准直镜和一光源相对设置，从而，多个准直镜也沿圆环形轨迹布置。聚光镜设置在壳体上，准直镜位于聚光镜和光源之间，聚光镜沿圆环形轨迹延伸。准直镜用于校正从光源射入的光线后，射出该光线。第一角度大于第二角度，第一角度为光线射入准直镜时和准直镜的光轴之间的夹角，第二角度为光线射出准直镜时和准直镜的光轴之间的夹角。聚光镜用于将从准直镜射入的光线汇聚到一目标焦点上。这样，沿圆环形轨迹布置的多个光源发射出光线，这些光线射入准直镜，因准直镜的校正作用，这些光线透过准直镜且光路发生偏转。因聚光镜也沿圆环形轨迹延伸，可将从多个准直镜射入的光线汇聚到一目标焦点上。因在该目标焦点上汇聚了多个光源的光线，从而在目标焦点上的亮度较大，整体上提高了环形光源装置的亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种环形光源装置的结构示意图；
图2为图1所示的环形光源装置的另一结构示意图；
图3为图1所示的环形光源装置的剖面图；
图4为图1所示的环形光源装置拆卸了聚光镜和准直镜之后的部分结构示意图；
图5为图1所示的环形光源装置拆卸了聚光镜之后的部分结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种环形光源装置的光路示意图；
图7为本发明实施例提供的一种环形光源装置的光路示意图。
图中：
1、壳体；2、光源；3、准直镜；4、聚光镜；5、目标焦点；6、光阑；7、内环；8、延伸面；9、安装位；10、目标元件；11、目标直线；12、照射面。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种环形光源装置，用于提高光源2装置的亮度。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了准确理解本发明实施例的环形光源装置，下面对本发明实施例涉及到的部分术语进行示例性解释。
1、准直镜；
准直镜是指将光源发出的近朗伯体光线或其它光线变换为平行射出或者接近平行射出的光线的元件。准直镜可采用折射式设计。
2、聚光镜；
将光线汇聚到某个位置(焦点)的光学元件，一般来说，聚光镜包括有效通光口径、有效透过波长、焦距等参数。
3、光阑；
光阑是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。它可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏。其作用可分两方面,具体为限制光束或限制视场(成像范围)大小。
4、偏振元件；
偏振元件是改变光的偏振状态的元件。由于灯泡、发光二极管(Light EmittingDiode，LED)发射出的光为非偏振光，在某些场合下需要利用到光的偏振信息来检测待检测元件的缺陷。
5、相位元件；
相位元件是改变光的相位的元件，属于物理光学元件。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1为本发明实施例提供的一种环形光源装置的结构示意图，图2为图1所示的环形光源装置的另一结构示意图，图3为图1所示的环形光源装置的剖面图。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例的环形光源装置包括壳体1、多个光源2、多个准直镜3、和聚光镜4。
其中，多个光源2设置在壳体1内，如图4所示，多个光源2沿圆环形轨迹布置。换言之，多个光源2呈圆环形分布。具体来说，相邻的光源2之间的距离可以相等，也可以不相等，本发明实施例对此不作具体限定。在图4所示的示例中，多个光源2沿圆环形轨迹等分布置，即相邻的光源2的间距相等。
如图5所示，多个准直镜3设置在壳体1内，一准直镜3和一光源2相对设置，此时，多个准直镜3也沿圆环形轨迹布置。其中，准直镜3和光源2相对设置，即光源2的照射方向朝向准直镜3的光线入射端，光源2和准直镜3间隔预设距离。
聚光镜4设置在壳体1上，准直镜3位于聚光镜4和光源2之间，聚光镜4也沿圆环形轨迹延伸。例如，如图1所示，聚光镜4为圆环形结构，聚光镜4和壳体1的表面连接。这样，从光源2射出的光线先射入准直镜3，透过准直镜3后，射入聚光镜4，然后，从聚光镜4射出。
准直镜3用于校正从光源2射入的光线后，射出该光线。其中，第一角度大于第二角度，第一角度为光线射入准直镜3时和准直镜3的光轴之间的夹角，第二角度为光线射出准直镜3时和准直镜3的光轴之间的夹角。
其中，从准直镜3射出的光线可以为平行射出的光线，或者接近平行射出的光线。
准直镜3的光轴为通过准直镜3的中心且垂直于准直镜3的光线入射面和光线射出面的直线。
聚光镜4用于将从准直镜3射入的光线汇聚到一目标焦点5上。其中，目标焦点5为照射面12上的一个区域，从环形光源装置射出的光线汇聚在目标焦点5上。
为了方便光学部件的加工，以及方便用户对环形光源装置的使用，可选地，目标焦点5和前述的圆环形轨迹的圆心位于同一直线上。即布置多个光源2形成的圆环形轨迹的圆心和目标焦点5位于同一直线上。因聚光镜4也沿圆环形轨迹延伸，从而聚光镜4的圆心和目标焦点5也位于同一直线上。
例如，如图6所示，目标直线11通过目标焦点5和前述的圆环形轨迹的圆心。
应该理解，在本发明实施例中，壳体1有多种具体的实现方式，例如为圆形结构、方形结构、或不规则图形的结构等。
在图1和图2所示的示例中，壳体1为圆环形结构，在壳体1的中间设有贯通壳体1的内环7。光源2和准直镜3即设置在该圆环形结构的壳体1内。对光源2的供电可通过使用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)实现。例如，在壳体1内的靠近光源2的部位设置金属基底PCB，该金属基底PCB和光源2电连接，该金属基底PCB从环形光源装置外部获取电能。其中，聚光镜4为圆环形结构，聚光镜4设置在壳体1的端部。环形光源装置发出的光线从该聚光镜4射出。
本发明实施例的环形光源装置的具体光路图可参考图6，如图6所示，光线从光源2射出，因一准直镜3和一光源2相对设置，从而大部分光线射到准直镜3，并透过准直镜3。准直镜3将从光源2射入的光线校直，以平行射出光线。平行射出的光线射入聚光镜4，并透过聚光镜4。聚光镜4将从准直镜3射入的光线汇聚到一目标焦点5上。该目标焦点5位于照射面12上，将待检测或待照明的物品放置到目标焦点5处，则环形光源装置的从聚光镜4射出的光线大多数汇聚到目标焦点5上，从而提高了环形光源装置的照明亮度。并且，对环形光源装置的出射光的角度也实现了控制，这是通过准直镜3和聚光镜4对光线的光路的调整实现的。
本发明实施例的环形光源装置射出的光线，重叠较少，从而即可以适用于平面检测的光线照明，也适用于三维(3Dimensional，3D)检测的光线照明，对3D检测的缺陷成像精度影响较小，从而可提高成像精度。
在本发明实施例中，聚光镜4有多种具体的实现方式，例如，聚光镜4采用折射式设计，聚光镜4为球面镜、非球面镜、菲涅尔透镜、和衍射透镜中的其中之一。而聚光镜4的焦距范围为5mm-200mm。
在本发明实施例中，光源2有多种具体的实现方式，例如光源2为贴片灯珠，具体可以为大功率贴片灯珠，其中，光源2可以为LED。
在本发明实施例中，准直镜3有多种具体的实现方式，例如，准直镜3采用折射式设计，准直镜3的材质可以为玻璃或塑料，例如为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)或聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)或H-K9L(一种无色光学玻璃)等成型成本较低的材质。
可选地，第二角度的范围为0.2度-15度。换言之，光线射出准直镜3时和准直镜3的光轴之间的夹角为0.2度-15度。
另外，可选地，准直镜3的出射光的光型为高斯型，该光型的Sigma参数范围为0-3，Sigma参数表示高斯函数的方差。或者，准直镜3的光型为方波。这样，可使得聚光镜4的面积外的杂光干扰较少。其中，要实现这样的光型，可通过改变准直镜3的面型及光阑的配合得到。
为了实现环形光源装置的不同工作距离的切换，可选地，聚光镜4和壳体1为可拆卸连接。例如，聚光镜4采用螺钉和壳体1固定连接。或者，聚光镜4的侧面设有螺纹，壳体1的内侧壁设有螺纹，聚光镜4和壳体1可以通过螺纹实现可拆卸连接。或者，聚光镜4的侧面和壳体1的内侧壁为卡接。
可选地，准直镜3和壳体1通过密封胶连接。其中，密封胶可以为密封胶条的形式。这样，在准直镜3与壳体1之间可通过设置密封胶条或密封胶的方式实现IP防护的功能。
可选地，准直镜3和聚光镜4通过密封胶连接。其中，密封胶可以为密封胶条的形式。这样，可在聚光镜4与准直镜3之间设置密封胶条或密封胶的方式实现IP防护的功能。
应该理解，在本发明的一些实施例中，当采用密封胶条及密封胶密封时，为了实现聚光镜4和壳体1的可拆卸连接，可在密封胶与固定螺钉之间预留有一定的空间，这样，拆卸该固定螺钉就可方便更换聚光镜4。
可选地，如图6所示，环形光源装置还包括多个光阑6，多个光阑6设置在壳体1内，一光阑6位于一光源2和一准直镜3之间。光阑6用于调节第二角度的范围。这是因为光线穿过光阑6时，光阑6改变边缘光线的范围，从而射入准直镜3的光线和准直镜3的光轴之间的夹角范围发生改变，具体为夹角范围的最大值变小。这样，射出准直镜3的光线和准直镜3的光轴之间的夹角范围发生改变，即第二角度的范围发生改变，第二角度为光线射出准直镜3时和准直镜的光轴之间的夹角。
这样，光线从光源2射出，穿过光阑6后，光线射入准直镜3。准直镜3将该光线校正，以射出光线。
为了实现物理光学成像的照明用途，可选地，如图7所示，环形光源装置还包括目标元件10。其中，目标元件10设置在聚光镜4的远离准直镜3的一侧，目标元件10为偏振元件或相位元件。偏振元件是改变光的偏振状态的元件。由于灯泡、LED发射出的光为非偏振光，在某些场合下需要利用到光的偏振信息来检测待检测元件的缺陷。相位元件是改变光的相位的元件，偏振元件和相位元件都是属于物理光学元件。这样，光线从聚光镜4射出后，先照射到目标元件10，再从目标元件10处射到目标焦点5上。
在本发明的一些实施例中，如图2和图3所示，可选地，壳体1为圆环形结构，壳体1的中间设有贯通壳体1的内环7。
壳体1包括延伸面8，延伸面8沿内环7的侧边设置。延伸面8设有安装位9，安装位9用于和外部设备连接。
该安装位9可以为螺钉孔、卡扣等，本发明实施例对此不作具体限定。例如，如图2和图3所示，该安装位9为螺钉孔。这样，本发明实施例的环形光源装置可以通过螺钉在安装位9上的应用，实现和显微镜等外部设备的使用。具体来说，使用螺钉穿过壳体1的延伸面8的安装位9后，螺钉和显微镜等外部设备连接，从而使得本发明实施例的环形光源装置和显微镜等外部设备连接。
综上所述，本发明实施例的环形光源装置包括壳体1、多个光源2、多个准直镜3、和聚光镜4。其中，多个光源2设置在壳体1内，多个光源2沿圆环形轨迹布置。多个准直镜3设置在壳体1内，一准直镜3和一光源2相对设置，从而，多个准直镜3也沿圆环形轨迹布置。聚光镜4设置在壳体1上，准直镜3位于聚光镜4和光源2之间，聚光镜4沿圆环形轨迹延伸。准直镜3用于校正从光源射入的光线后，射出该光线。其中，第一角度大于第二角度，第一角度为光线射入准直镜3时和准直镜3的光轴之间的夹角，第二角度为光线射出准直镜3时和准直镜3的光轴之间的夹角。聚光镜4用于将从准直镜3射入的光线汇聚到一目标焦点5上。这样，沿圆环形轨迹布置的多个光源2发射出光线，这些光线射入准直镜3，因准直镜3的校正作用，这些光线透过准直镜3且光路发生偏转。因聚光镜4也沿圆环形轨迹延伸，可将从多个准直镜3射入的光线汇聚到一目标焦点5上。因在该目标焦点5上汇聚了多个光源2的光线，从而在目标焦点5上的亮度较大，整体上提高了环形光源装置的亮度。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种环形光源装置，其特征在于，包括：
壳体；
多个光源，多个所述光源设置在所述壳体内，多个所述光源沿圆环形轨迹布置；
多个准直镜，多个所述准直镜设置在所述壳体内，一所述准直镜和一所述光源相对设置；
聚光镜，所述聚光镜设置在所述壳体上，所述准直镜位于所述聚光镜和所述光源之间，所述聚光镜沿所述圆环形轨迹延伸；
所述准直镜用于校正从所述光源射入的光线后，射出所述光线，其中，第一角度大于第二角度，所述第一角度为所述光线射入所述准直镜时和所述准直镜的光轴之间的夹角，所述第二角度为所述光线射出所述准直镜时和所述准直镜的光轴之间的夹角；
所述聚光镜用于将从所述准直镜射入的光线汇聚到一目标焦点上。
2.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述目标焦点和所述圆环形轨迹的圆心位于同一直线上。
3.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述环形光源装置还包括多个光阑，多个所述光阑设置在所述壳体内，一所述光阑位于一所述光源和一所述准直镜之间；
所述光阑用于调节所述第二角度的范围。
4.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述第二角度的范围为0.2度-15度。
5.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述准直镜的出射光的光型为高斯型，所述光型的Sigma参数范围为0-3，Sigma参数表示高斯函数的方差。
6.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述聚光镜和所述壳体为可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述壳体为圆环形结构，所述壳体的中间设有贯通所述壳体的内环；
所述壳体包括延伸面，所述延伸面沿所述内环的侧边设置；
所述延伸面设有安装位，所述安装位用于和外部设备连接。
8.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述环形光源装置还包括目标元件；
所述目标元件设置在所述聚光镜的远离所述准直镜的一侧，所述目标元件为偏振元件或相位元件。
9.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述准直镜和所述壳体通过密封胶连接；
所述准直镜和所述聚光镜通过密封胶连接。
10.根据权利要求1所述的环形光源装置，其特征在于，
所述聚光镜为球面镜、非球面镜、菲涅尔透镜和衍射透镜中的其中之一；
所述光源为贴片灯珠。
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CN115202133A (zh) * 2022-08-15 2022-10-18 哈尔滨瞬态加载试验设备技术开发有限公司 用于与高速相机同轴配套的高亮度环形聚光led光源

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