CN110778934B - 一种基于一维衍射的超薄平行光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于一维衍射的超薄平行光源，该平行光源包括依次平行设置的发光光源、周期性狭缝光阑和第一周期性一维菲涅尔区相位修正平面。相对现有双远心结构的平行光源，本发明的基于一维衍射的超薄平行光源的轴向距离小、重量轻、成本低，且易于装配大面积平行光源，可以用于大尺寸物体的一维高精度测量。

Description

一种基于一维衍射的超薄平行光源
技术领域
本发明涉及平行光源，具体涉及一种基于一维衍射的超薄平行光源。
背景技术
平行光源可以应用在众多场合中，例如工业微结构检测等。现今市面上的平行光源，大都采用双远心等光学结构来制造平行光源，这样的结构在体积方面光轴的轴向距离较长，如图1所示，携带、装配都不方便。且存在光源面积做不大的问题，因为当光源面积变大，凸透镜的直径，曲率半径以及装配的轴向距离也要相应增大，这样大尺寸的透镜生产难度、生产成本、装校成本都会陡增。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于一维衍射的超薄平行光源，该平行光源的轴向厚度小，同时易于生产低成本、大面积的平行光源。具体技术方案如下：
一种基于一维衍射的超薄平行光源，该平行光源包括依次平行设置的发光光源、周期性狭缝光阑和第一周期性一维菲涅尔区相位修正平面，即第一周期性一维FZP，
其中所述的周期性狭缝光阑和第一周期性一维FZP的周期一一对应，即它们的周期数、每个周期的长度都相同，且周期性狭缝光阑的每个狭缝的中心线与一维FZP每个周期的中心线构成的平面与FZP平面相互垂直；
当所述的发光光源为点光源、漫射型面光源、MiniLED时，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
当所述的发光光源为MicroLED，分为以下两种情况：
(1)当周期性狭缝光阑的每个狭缝的宽度大于MicroLED的发光点尺寸时，则MicroLED的发光平面位于FZP的焦平面上；
(2)当周期性狭缝光阑的每个狭缝的宽度小于等于MicroLED的发光点的尺寸时，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
当所述的发光光源为侧入射光源和导光板的组合时，所述的导光板和所述的周期性狭缝光阑平行或贴合，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
第一周期性一维FZP的每个周期的条纹的分布从每个FZP周期中心线向两侧延伸，每个条纹透过率依次以0、1、0、1交替，每个透过率交替的边界距中心线的距离分别为R1，R2，R3，...,Rj,
Figure BDA0002266258650000011
其中F为FZP的设计焦距，λ为发光光源1的中心波长，j为边界序数；
发光光源发出的光向各个方向漫射，从所述的周期性狭缝光阑的狭缝透出，形成线光源阵列，线光源出射的光经过所述的第一周期性一维FZP后形成平行光。
进一步地，还包括第二周期性一维FZP，设置在所述的周期性狭缝光阑和发光光源之间，所述的第二周期性一维FZP和第一周期性一维FZP对称分布在所述的周期性狭缝光阑的两侧，所述的第二周期性一维FZP和第一周期性一维FZP结构完全相同。
进一步地，当所述的发光光源为点光源、漫射型面光源、MiniLED以及侧入射光源和导光板的组合时，所述的周期性狭缝光阑的狭缝的宽度范围为50um-300um。
本发明的有益效果如下：
相对现有双远心结构的平行光源，本发明的基于一维衍射的超薄平行光源的轴向距离小、重量轻、成本低，且易于装配大面积平行光源，可以用于大尺寸物体的一维高精度测量。
附图说明
图1为现有的双远心结构平行光源的结构示意图；
图2为本发明的基于一维衍射的超薄平行光源的3D结构示意图；
图3为本发明的基于一维衍射的超薄平行光源中的一维FZP单个周期的结构示意图；
图4为本发明的基于一维衍射的超薄平行光源的实施例一的结构示意图；
图5为本发明的基于一维衍射的超薄平行光源的实施例二的结构示意图；
图6为本发明的基于一维衍射的超薄平行光源的实施例三的结构示意图；
图7为本发明的基于一维衍射的超薄平行光源用于高精度测量的结构示意图；
图中，1-发光光源，2-周期性狭缝光阑，3-第一周期性一维FZP，4-第二周期性一维FZP，5为凸透镜，6数字图像传感器，7待测物体，101-侧入射光源，102-导光板。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明的基于一维衍射的超薄平行光源，其包括依次平行设置的发光光源1、周期性狭缝光阑2和第一周期性一维FZP3，其中周期性狭缝光阑2和第一周期性一维FZP3的周期一一对应，即它们的周期数、每个周期的长度都相同，且周期性狭缝光阑2的每个狭缝的中心线与一维FZP的每个周期的中心线构成的平面与FZP平面相互垂直；
当所述的发光光源为点光源、漫射型面光源、MiniLED时，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
当所述的发光光源为MicroLED，分为以下两种情况：
(1)当周期性狭缝光阑的每个狭缝的宽度大于MicroLED的发光点尺寸时，则MicroLED的发光平面位于FZP的焦平面上；
(2)当周期性狭缝光阑的每个狭缝的宽度小于等于MicroLED的发光点的尺寸时，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
当所述的发光光源为侧入射光源和导光板的组合时，所述的导光板和所述的周期性狭缝光阑平行或贴合，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
如图3所示，周期性FZP的每个周期的条纹的分布从每个FZP周期中心线向两侧延伸，每个条纹透过率依次以0、1、0、1交替，每个透过率交替的边界距中心线的距离分别为R1，R2，R3，...,Rj,
Figure BDA0002266258650000031
其中F为FZP的设计焦距，λ为发光光源1的中心波长，j为边界序数，j的最大值可根据实际需要进行设计，j值越大，平行光源的分辨率越高，同时加工难度和成本也越高。
发光光源1发出的光向各个方向漫射，从周期性狭缝光阑2的狭缝透出，形成一个线光源阵列，因为周期性狭缝光阑2的每个狭缝的中心线与每个一维FPZ周期的中心线构成的平面与FZP平面相互垂直，光源出射的光经过所述的周期性一维FZP后形成平行光。
如图4所示，发光光源1为侧入射光源101和导光板102，小孔光阑阵列2与导光板102平行并贴合在导光板102上表面。侧入射光源101发出的光在导光板102中传输并从周期性狭缝光阑2中的狭缝出射，在每个狭缝处形成线光源。这些线光源的出射光线经过各自对应的一维FZP后都会发生衍射并以平行光的形式出射。将这样的结构进行延展和拼接，即可获得低成本、轴向距离超短的大面积平行光源。
为了更好地控制杂散光，得到准直度更高的平行光源，该平行光源还包括第二周期性一维FZP 4，设置在周期性狭缝光阑2和发光光源1之间，且第二周期性一维FZP 4和第一周期性一维FZP 1沿周期性狭缝光阑2对称分布，且两者结构完全相同。如图5所示。
如图6所示，发光光源选自MicroLED。此时，狭缝宽度可相对较宽，因为MicroLED本身的发光点尺寸小于80um，经过周期性一维FZP后的出射光能保持较高的平行度。但根据奈奎斯特采样定理，狭缝宽度不应大于MicroLED发光点横向间距(与狭缝垂直的方向)的1/4，MicroLED发光点纵向间距(与狭缝平行的方向)应尽可能的小(光源是MiniLED的情况也应满足这一条件)，即如果发光点横向间距为2mm，周期性狭缝光阑的每个狭缝的宽度应不大于500um。否则发光点发出的光会进入邻近周期的FZP，影响出光的平行度。并且此时为保证出光平行度，应将MicroLED发光平面置于FZP的焦平面处且每一纵列的发光点、狭缝中心线以及对应周期的一维FZP中心线位于同一平面。该实施例中更小的发光点尺寸配合相对较宽的狭缝光阑能够得到更高平行度和出光效率的平行光源。
图7为利用本发明的基于一维衍射的超薄平行光源进行高精度测量的示意图，平行光源照射在不透明的待测物体7上，待测的长度与平行光源中的狭缝垂直，如图7所示，待测物体6为圆柱体，待测长度为该圆柱形的物体的直径，故该圆柱体的高与狭缝平行，圆柱体的直径被投影到数字图像传感器上，测量人员通过传感器传送到计算机上的数据得到待测长度的数值。其中，光源的平行度越高，数字图像传感器的分辨率越高，测量精度越高。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例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。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于一维衍射的超薄平行光源，其特征在于，该平行光源包括依次平行设置的发光光源、周期性狭缝光阑和第一周期性一维菲涅尔区相位修正平面，即第一周期性一维FZP，
其中所述的周期性狭缝光阑和第一周期性一维FZP的周期一一对应，即它们的周期数、每个周期的长度都相同，且周期性狭缝光阑的每个狭缝的中心线与每个一维FPZ周期的中心线构成的平面与FZP平面相互垂直；
当所述的发光光源为点光源、漫射型面光源时，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
当所述的发光光源为MicroLED，分为以下两种情况：
（1）当周期性狭缝光阑的每个狭缝的宽度大于MicroLED的发光点尺寸时，则MicroLED的发光平面位于FZP的焦平面上；
（2）当周期性狭缝光阑的每个狭缝的宽度小于等于MicroLED的发光点的尺寸时，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
当所述的发光光源为侧入射光源和导光板的组合时，所述的导光板和所述的周期性狭缝光阑平行或贴合，所述的周期性狭缝光阑位于第一周期性一维FZP的焦平面上；
第一周期性一维FZP的每个周期的条纹的分布从每个FZP周期中心线向两侧延伸，每个条纹透过率依次以0、1、0、1交替，每个透过率交替的边界距中心线的距离分别为R1，R2，R3，...,Rj,
Figure 649288DEST_PATH_IMAGE002
，其中F为FZP的设计焦距，λ为发光光源1的中心波长，j为边界序数；
发光光源发出的光向各个方向漫射，从所述的周期性狭缝光阑的狭缝透出，形成线光源阵列，线光源出射的光经过所述的第一周期性一维FZP后形成平行光。
2.根据权利要求1所述的基于一维衍射的超薄平行光源，其特征在于，还包括第二周期性一维FZP，设置在所述的周期性狭缝光阑和发光光源之间，所述的第二周期性一维FZP和第一周期性一维FZP对称分布在所述的周期性狭缝光阑的两侧，所述的第二周期性一维FZP和第一周期性一维FZP结构完全相同。
3.根据权利要求1所述的基于一维衍射的超薄平行光源，其特征在于，当所述的发光光源为点光源、漫射型面光源以及侧入射光源和导光板的组合时，所述的周期性狭缝光阑的狭缝的宽度范围为50um-300um。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1091167A3 (de) * 1999-10-08 2006-02-08 SWARCO FUTURIT Verkehrssignalsysteme Ges.m.b.H. Signalgeber mit LED-Reihen
GB201114709D0 (en) * 2011-08-25 2011-10-12 Dongguan Jindian Bright Corp An led projector
CN105179980A (zh) * 2015-10-22 2015-12-23 湖南科技大学 一种大面积平行离散光束发射装置
CN208124006U (zh) * 2018-03-21 2018-11-20 杭州维勘科技股份有限公司 准直光源发生装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7136227B2 (en) * 2004-08-06 2006-11-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fresnel zone plate based on elastic materials
CN203299456U (zh) * 2012-12-28 2013-11-20 上海天狼星电器有限公司 能实现远距离投射的准平行细光束的光学系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1091167A3 (de) * 1999-10-08 2006-02-08 SWARCO FUTURIT Verkehrssignalsysteme Ges.m.b.H. Signalgeber mit LED-Reihen
GB201114709D0 (en) * 2011-08-25 2011-10-12 Dongguan Jindian Bright Corp An led projector
CN105179980A (zh) * 2015-10-22 2015-12-23 湖南科技大学 一种大面积平行离散光束发射装置
CN208124006U (zh) * 2018-03-21 2018-11-20 杭州维勘科技股份有限公司 准直光源发生装置

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