CN111336414B - 一种均匀光斑的设计方法和均匀光斑的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种均匀光斑的设计方法和均匀光斑的照明装置，涉及照明技术领域，通过中心光源和中心单透镜形成中心光斑，通过内层光源和内层单透镜形成内层环形光斑，并通过外层光源、外层单透镜和双自由曲面透镜形成外层环形光斑，再将中心光斑、内层环形光斑和外层环形光斑拼接在一起，从而形成均匀光斑，其中通过外层单透镜和双自由曲面透镜的透镜组合，利用二次光学设计，仅仅通过增加透镜组合即可形成尺寸相对较大的外层环形光斑，设备成本低廉，便携性高，且外层环形光斑成形质量高，并最终拼接成大尺寸的均匀光斑，且光线损失少，在能量利用效率方面大幅度提高。

Description

一种均匀光斑的设计方法和均匀光斑的照明装置
技术领域
本发明涉及照明技术领域，具体而言，涉及一种均匀光斑的设计方法和均匀光斑的照明装置。
背景技术
大面积均匀光斑属于非成像光学设计领域，可广泛应用于可见光通信、特种激励光源、医疗光源、高端照明等领域。目前实现均匀光斑主要方法仍然停留在芯片成像技术、舞台灯投影技术、幻灯机投影技术等几个方面，虽然通过上述技术进行光斑拼接，可以实现大面积均匀光斑，但是其产生的成本高、能量利用率低等特征，同时其照明设备不利于光源携带空间有限的应用场景。
有鉴于此，设计出一种成本低、能量利用率高且使用设备利于携带的新的均匀光斑的设计方法就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种均匀光斑的设计方法，其使用设备成本低，便于携带，同时能量利用率高，光斑的成形质量高。
本发明的另一目的在于提供一种均匀光斑的照明装置，成本低、便于携带，同时能量利用率高，光斑的成形质量高。
本发明是采用以下的技术方案来实现的。
在一方面，本发明提供了一种均匀光斑的设计方法，包括以下步骤：
利用沿同一直线依次排布的中心光源和中心单透镜形成中心光斑；
利用沿同一直线依次排布的内层光源和内层单透镜形成内层环形光斑；
利用沿同一直线依次排布的外层光源、外层单透镜和双自由曲面透镜形成外层环形光斑；
将所述中心光斑、所述内层环形光斑和所述外层环形光斑同心拼接在一起，以形成均匀光斑，其中所述内层环形光斑环设在所述中心光斑外，所述外层环形光斑环设在所述内层环形光斑外。
进一步地，所述内层光源包括第一光源、第二光源和第三光源，所述内层单透镜包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述利用沿同一直线依次排布的内层光源和内层单透镜形成内层环形光斑的步骤，包括：
利用沿同一直线依次排布的第一光源和第一透镜形成第一环形光斑；
利用沿同一直线依次排布的第二光源和第二透镜形成第二环形光斑；
利用沿同一直线依次排布的第三光源和第三透镜形成第三环形光斑；
将所述第一环形光斑、所述第二环形光斑和所述第三环形光斑同心拼接在一起，以形成所述内层环形光斑，其中所述第二环形光斑环设在所述第一环形光斑外，所述第三环形光斑环设在所述第二环形光斑外。
进一步地，所述双自由曲面透镜的上下表面分别为第一自由曲面和第二自由曲面，且第一自由曲面和第二自由曲面的面形数据满足以下关系：
Figure BDA0002413454330000031
Figure BDA0002413454330000032
Figure BDA0002413454330000033
Figure BDA0002413454330000034
其中，所述外层光源设置在所述第二自由曲面的下方，O1、O2为所述外层光源的端点，所述外层光源的边缘光线的入射向量
Figure BDA0002413454330000041
Figure BDA0002413454330000042
分别经入射面S2折射后形成出射光的出射向量
Figure BDA0002413454330000043
法向量分别为
Figure BDA0002413454330000044
然后分别以出射光的出射向量
Figure BDA0002413454330000045
作为出射面S1的入射向量，再次折射后形成出射光的出射向量
Figure BDA0002413454330000046
两出射光的出射向量呈中心轴对称，法向量为
Figure BDA0002413454330000047
n0为空气折射系数，n为透镜材料折射系数。
进一步地，所述内层光源为环形LED光源，且所述外层光源为环形LED光源。
进一步地，所述外层环形光斑的内径为1500mm-1700mm，所述外层环形光斑的外径为2500mm-2700mm。
进一步地，所述中心光斑的直径为500mm-800mm。
进一步地，所述中心单透镜、所述内层单透镜和所述外层单透镜均为球面透镜。
进一步地，所述均匀光斑为均匀圆形光斑。
在另一方面，本发明提供了一种均匀光斑的照明装置，包括中心光源、中心单透镜、内层光源、内层单透镜、外层光源、外层单透镜和双自由曲面透镜，所述中心光源和所述中心单透镜沿同一直线依次排布，用于形成中心光斑；所述内层光源和所述内层单透镜沿同一直线依次排布，用于形成内层环形光斑；所述外层光源、所述外层单透镜和所述双自由曲面透镜沿同一直线依次排布，用于形成外层环形光斑；其中所述内层环形光斑环设在所述中心光斑外，所述外层环形光斑环设在所述内层环形光斑外。
进一步地，所述内层光源包括第一光源、第二光源和第三光源，所述内层单透镜包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一光源和所述第一透镜沿同一直线依次排布，用于形成第一环形光斑；所述第二光源和所述第二透镜沿同一直线依次排布，用于形成第二环形光斑；所述第三关于和所述第三透镜沿同一直线依次排布，用于形成第三环形光斑，其中所述第二环形光斑环设在所述一环形光斑外，所述第三环形光斑环设在所述第二环形光斑外，以形成所述内层环形光斑。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种均匀光斑的设计方法和装置，通过中心光源和中心单透镜形成中心光斑，通过内层光源和内层单透镜形成内层环形光斑，并通过外层光源、外层单透镜和双自由曲面透镜形成外层环形光斑，再将中心光斑、内层环形光斑和外层环形光斑拼接在一起，从而形成均匀光斑，其中通过外层单透镜和双自由曲面透镜的透镜组合，利用二次光学设计，仅仅通过增加透镜组合即可形成尺寸相对较大的外层环形光斑，设备成本低廉，便携性高，且外层环形光斑成形质量高，并最终拼接成大尺寸的均匀光斑，且光线损失少，在能量利用效率方面大幅度提高。相较于现有技术，本发明提供的均匀光斑的设计方法和装置，其不仅能够实现大尺寸均匀光斑的照明，且设备成本低，便携性好，同时能量利用效率高，成形、照明质量高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的均匀光斑的照明装置的结构示意图；
图2为图1中中心光源、内层光源和外层光源的分布结构示意图；
图3为图1中均匀光斑的分布图；
图4为图1中双自由曲面透镜的光路图；
图5为本发明提供的均匀光斑的设计方法的步骤框图。
图标：100-均匀光斑的照明装置；110-中心光源；111-中心单透镜；113-中心光斑；130-内层光源；130a-第一光源；130b-第二光源；130c-第三光源；131-内层单透镜；133-内层环形光斑；133a-第一环形光斑；133b-第二环形光斑；133c-第三环形光斑；150-外层光源；151-外层单透镜；153-双自由曲面透镜；155-外层环形光斑；170-均匀光斑。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
正如背景技术中所公开的，现有的实现大尺寸均匀光斑的方式都存在成本高、能量利用率低等特征，同时设备体积庞大，难以运输和携带。而仅仅将现有的通过光源和单透镜实现小尺寸均匀光斑的方法直接照搬到大尺寸光斑上时，则会使得大尺寸光斑的边缘呈发散状，无法实现均匀照射，本发明创造性地引入双自由曲面透镜配合常规的单透镜来避免了大尺寸光斑的边缘发散，即光斑越大，单透镜越无法实现较好的光斑，而采用球面透镜与双自由曲面透镜组合的方式，却可以实现比较好的光斑，使得大尺寸光斑同样能够实现均匀照射，同时改进成本低廉，能量利用效率高。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。
具体实施例
结合参见图1至图3，本实施例提供了一种均匀光斑的照明装置100，其能够实现大尺寸均匀的光斑，同时成本低廉，便携性好，且能量利用效率高，成形、照明质量好。
本实施例提供的均匀光斑的照明装置100，包括中心光源110、中心单透镜111、内层光源130、内层单透镜131、外层光源150、外层单透镜151和双自由曲面透镜153，中心光源110和中心单透镜111沿同一直线依次排布，用于形成中心光斑113；内层光源130和内层单透镜131沿同一直线依次排布，用于形成内层环形光斑133；外层光源150、外层单透镜151和双自由曲面透镜153沿同一直线依次排布，用于形成外层环形光斑155；其中内层环形光斑133环设在中心光斑113外，外层环形光斑155环设在内层环形光斑133外。
在本实施例中，中心光源110和中心单透镜111沿竖直方向设置，中心单透镜111设置在中心光源110的正下方，从而能够在下方的成形板上形成中心光斑113，其中成形板为校准测定时所使用的检测光斑质量的装置，在实际使用过程中，成形板会被替换成实际照射对象，例如舞台、病床等需要大尺寸均匀的光斑的对象。本实施例中内层光源130和内层单透镜131设置在中心光源110和中心单透镜111的旁边，其与竖直方向具有微小的夹角，当照射距离足够远时，该夹角可以忽略不计，同时也可以通过改进内层光源130或内层单透镜131的排布方向和结构，从而实现最终照射形成的内层环形光斑133完整、均匀。本实施例中外侧光源和外层单透镜151设置在中心光源110和中心单透镜111的旁边，其同样与竖直方向具有微小的夹角，照射原理与内层光源130和内层单透镜131类似，在此不再复述。当然，此处仅仅是举例说明了各个光源和各个透镜的排布形式，但并不仅仅限于此，在其他实施例中也可以是其他分布方式，但凡是能够实现分别形成中心光斑113、内层环形光斑133和外层环形光斑155的光源分布方式，均在本发明的保护范围之内。
进一步地，本实施例中中心光源110、内层光源130和外层光源150以及各自对应的透镜均集成在一光源基板上，使得结构更加稳固。当然，在较佳的实施例中，各个透镜还设置有距离调节装置，从而调节光源和透镜之间的距离，进而调节光斑的大小或者成形质量，距离调节装置可参见现有技术，在此不再赘述。
在本实施例中，中心光源110为点阵LED光源，内层光源130为环形LED光源，且外层光源150为环形LED光源。通过环形LED光源和透镜形成环形光斑，方便最后进行光斑的拼接。
需要说明的是，本实施例中各个光源和对应透镜之间的距离均可实现光斑大小的条孔，同时可通过控制LED光源的电流或者PWM中电流的占空比来实现亮度的条孔，并且可通过LED光源芯片的排布来进行光斑过渡性调控。
在本实施例中，内层光源130包括第一光源130a、第二光源130b和第三光源130c，内层单透镜131包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一光源130a和第一透镜沿同一直线依次排布，用于形成第一环形光斑133a；第二光源130b和第二透镜沿同一直线依次排布，用于形成第二环形光斑133b；第三关于和第三透镜沿同一直线依次排布，用于形成第三环形光斑133c，其中第二环形光斑133b环设在一环形光斑外，第三环形光斑133c环设在第二环形光斑133b外，以形成内层环形光斑133。本实施例中通过将内层光源130分解成多个子光源，并通过多个环形光斑拼接形成较宽的内层环形光斑133，使得内层环形光斑133的均匀性更好。
需要说明的是，第一环形光斑133a的内径与中心光斑113的直径相同，第二环形光斑133b的内径与第一环形光斑133a的外径相同，第三环形光斑133c的内径与第二环形光斑133b的额外径相同，且外层环形光斑155的内径与第三环形光斑133c的外径相同，从而使得最后无缝拼接成均匀光斑170，提高光斑成形和照明质量。
还需要说明的是，本实施例中，第一光源130a、第二光源130b以及第三光源130c分别设置在中心光源110的左侧、前侧和后侧，而外层光源150设置在中心光源110的右侧。当然，这仅仅是一种举例说明的排布方式。
在本发明其他较佳的实施例中，通过单个内层光源130和单个内层单透镜131，同样能够实现单个内层环形光斑133，其外径与外层环形光斑155的内径相同，内径与中心光斑113的直径相同，最终拼接形成均匀光斑170。
在本实施例中，通过均匀光斑的照明装置100照射形成的均匀光斑170，为圆形均匀光斑170，其通过各个光源上的LED芯片的排布方式确定，当然，此处也可以通过其他不同的LED芯片的排布方式以及透镜的形状形成不同形状的均匀光斑170，在此不作具体限定。
在本实施例中，第一单透镜、第二单透镜以及第三单透镜均为球面准直透镜，双自由曲面透镜153也为准直透镜，从而能够分别形成对应的光斑。
本实施例对均匀光斑170的具体尺寸进行举例说明，在本实施例中，外层环形光斑155的内径为1500mm-1700mm，外层环形光斑155的外径为2500mm-2700mm，中心光斑113的直径为500mm-800mm。当然，此处仅仅是举例说明，并不起到限定作用。对于大尺寸均匀的光斑来说，通常意义上大尺寸，指的是直径大于或等于1500mm，在这个尺寸下，但靠单透镜进行照射成形，会使得光斑略微呈发散状，并随着尺寸的增加，发散现象越严重，影响成形和照明质量。
本实施例的双自由曲面透镜153，其上下表面分别具有第一自由曲面S1和第二自由曲面S2，S1、S2的面型设计过程如下：
首先，基于非成像光学中的边缘光线理论对初始曲线的离散点进行迭代求解，然后通过曲线法矢修正反馈算法，对离散点进行反馈优化，进而实现了一款双自由曲面的准直透镜设计。具体计算过程可参见现有的双自由曲面透镜153的设计过程。
具体地，参见图4，在S2的下方设定光源，该光源为假定LED光源，光源的两侧端点分别为O1、O2，以O1为原点建立直角坐标系，LED光源的边缘光线
Figure BDA0002413454330000121
分别经入射面S2折射后形成出射光
Figure BDA0002413454330000122
法向量分别为
Figure BDA0002413454330000123
然后分别以出射光
Figure BDA0002413454330000124
作为出射面S1入射光，再次折射后形成出射光
Figure BDA0002413454330000125
两出射光呈中心轴对称，法向量为
Figure BDA0002413454330000126
其中n0为空气折射系数，n为透镜材料折射系数。
S1、S2的面形数据满足以下关系：
Figure BDA0002413454330000127
Figure BDA0002413454330000128
Figure BDA0002413454330000129
Figure BDA0002413454330000131
在得出上述面形数据关系后，带入初始值，A1、B1、B2坐标，A1、B1、B2单位法矢量，通过偏微分的数值迭代求解，可获得曲线离散点链，然后将离散点数据导入建模软件形成3D结构。
本实施例中仅仅列举了一种双自由曲面透镜153的面形关系数据，但并不限于此，只要是能够结合单透镜实现大尺寸均匀的光斑即可。
参见图5，本实施例还提供了一种均匀光斑170的设计方法，包括以下步骤：
S100：利用沿同一直线依次排布的中心光源110和中心单透镜111形成中心光斑113。
具体而言，中心光源110和中心单透镜111提前架设好，且中心光源110应正对照射对象，使得照射对象上呈现圆形的实心光斑，中心光源110采用点阵LED光源，可在通电后通过调节中心单透镜111的距离来调节中心光斑113的大小，并通过调节中心光源110的电流来控制中心光斑113的亮度。本实施例中，将中心光斑113调节至直径为500mm-800mm即可。
S200：利用沿同一直线依次排布的内层光源130和内层单透镜131形成内层环形光斑133。
具体而言，内层光源130包括第一光源130a、第二光源130b和第三光源130c，内层单透镜131包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，利用沿同一直线依次排布的内层光源130和内层单透镜131形成内层环形光斑133的步骤，包括以下步骤：
利用沿同一直线依次排布的第一光源130a和第一透镜形成第一环形光斑133a；
利用沿同一直线依次排布的第二光源130b和第二透镜形成第二环形光斑133b；
利用沿同一直线依次排布的第三光源130c和第三透镜形成第三环形光斑133c；
将第一环形光斑133a、第二环形光斑133b和第三环形光斑133c同心拼接在一起，以形成内层环形光斑133，其中第二环形光斑133b环设在第一环形光斑133a外，第三环形光斑133c环设在第二环形光斑133b外。
S300：利用沿同一直线依次排布的外层光源150、外层单透镜151和双自由曲面透镜153形成外层环形光斑155。
具体而言，外层光源150、外层单透件和双自由曲面透镜153之间的排布距离需要满足一定关系，具体距离可根据实验敲定。
在步骤S300之前，需要设计、制造出双自由曲面透镜153，其具体设计过程可参见前述有关双自由曲面透镜153的描述。
需要说明的是，本实施例中步骤S100、步骤S200以及步骤S300之间没有先后关系，可依次进行，也可以同步进行。本实施例以步骤S100、步骤S200和步骤S300依次进行为例进行说明。
在执行完步骤S100、步骤S200和步骤S300之后，再执行步骤S400：将中心光斑113、内层环形光斑133和外层环形光斑155同心拼接在一起，以形成均匀光斑170。
其中内层环形光斑133环设在中心光斑113外，外层环形光斑155环设在内层环形光斑133外。具体而言，拼接步骤可通过调节各个光源的角度、位置以及与对应透镜之间的距离来实现，最终形成的均匀光斑170为圆形均匀光斑170，且其直径在2500mm左右。
本实施例提供的一种均匀光斑的照明装置100和均匀光斑的照明装置100，通过中心光源110和中心单透镜111形成中心光斑113，通过内层光源130和内层单透镜131形成内层环形光斑133，并通过外层光源150、外层单透镜151和双自由曲面透镜153形成外层环形光斑155，再将中心光斑113、内层环形光斑133和外层环形光斑155拼接在一起，从而形成均匀光斑170，其中通过外层单透镜151和双自由曲面透镜153的透镜组合，利用二次光学设计，仅仅通过增加透镜组合即可形成尺寸相对较大的外层环形光斑155，设备成本低廉，便携性高，且外层环形光斑155成形质量高，并最终拼接成大尺寸的均匀光斑170，且光线损失少，在能量利用效率方面大幅度提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种均匀光斑的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用沿同一直线依次排布的中心光源和中心单透镜形成中心光斑；
利用沿同一直线依次排布的内层光源和内层单透镜形成内层环形光斑；
利用沿同一直线依次排布的外层光源、外层单透镜和双自由曲面透镜形成外层环形光斑；
将所述中心光斑、所述内层环形光斑和所述外层环形光斑同心拼接在一起，以形成均匀光斑，其中所述内层环形光斑环设在所述中心光斑外，所述外层环形光斑环设在所述内层环形光斑外。
2.根据权利要求1所述的均匀光斑的设计方法，其特征在于，所述内层光源包括第一光源、第二光源和第三光源，所述内层单透镜包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述利用沿同一直线依次排布的内层光源和内层单透镜形成内层环形光斑的步骤，包括：
利用沿同一直线依次排布的第一光源和第一透镜形成第一环形光斑；
利用沿同一直线依次排布的第二光源和第二透镜形成第二环形光斑；
利用沿同一直线依次排布的第三光源和第三透镜形成第三环形光斑；
将所述第一环形光斑、所述第二环形光斑和所述第三环形光斑同心拼接在一起，以形成所述内层环形光斑，其中所述第二环形光斑环设在所述第一环形光斑外，所述第三环形光斑环设在所述第二环形光斑外。
3.根据权利要求1所述的均匀光斑的设计方法，其特征在于，所述双自由曲面透镜的上下表面分别为第一自由曲面和第二自由曲面，且第一自由曲面和第二自由曲面的面形数据满足以下关系：
Figure FDA0003491800250000021
Figure FDA0003491800250000022
Figure FDA0003491800250000023
Figure FDA0003491800250000024
其中，所述外层光源设置在所述第二自由曲面的下方，O1、O2为所述外层光源的端点，所述外层光源的边缘光线的入射向量
Figure FDA0003491800250000031
Figure FDA0003491800250000032
分别经入射面S2折射后形成出射光的出射向量
Figure FDA0003491800250000033
法向量分别为
Figure FDA0003491800250000034
然后分别以出射光的出射向量
Figure FDA0003491800250000035
作为出射面S1的入射向量，再次折射后形成出射光的出射向量
Figure FDA0003491800250000036
两出射光的出射向量呈中心轴对称，法向量为
Figure FDA0003491800250000037
n0为空气折射系数，n为透镜材料折射系数。
4.根据权利要求1所述的均匀光斑的设计方法，其特征在于，所述内层光源为环形LED光源，且所述外层光源为环形LED光源。
5.根据权利要求1所述的均匀光斑的设计方法，其特征在于，所述外层环形光斑的内径为1500mm-1700mm，所述外层环形光斑的外径为2500mm-2700mm。
6.根据权利要求1或5所述的均匀光斑的设计方法，其特征在于，所述中心光斑的直径为500mm-800mm。
7.根据权利要求1所述的均匀光斑的设计方法，其特征在于，所述中心单透镜、所述内层单透镜和所述外层单透镜均为球面透镜。
8.根据权利要求1所述的均匀光斑的设计方法，其特征在于，所述均匀光斑为均匀圆形光斑。
9.一种均匀光斑的照明装置，其特征在于，包括中心光源、中心单透镜、内层光源、内层单透镜、外层光源、外层单透镜和双自由曲面透镜，所述中心光源和所述中心单透镜沿同一直线依次排布，用于形成中心光斑；所述内层光源和所述内层单透镜沿同一直线依次排布，用于形成内层环形光斑；所述外层光源、所述外层单透镜和所述双自由曲面透镜沿同一直线依次排布，用于形成外层环形光斑；其中所述内层环形光斑环设在所述中心光斑外，所述外层环形光斑环设在所述内层环形光斑外。
10.根据权利要求9所述的均匀光斑的照明装置，其特征在于，所述内层光源包括第一光源、第二光源和第三光源，所述内层单透镜包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一光源和所述第一透镜沿同一直线依次排布，用于形成第一环形光斑；所述第二光源和所述第二透镜沿同一直线依次排布，用于形成第二环形光斑；所述第三光源和所述第三透镜沿同一直线依次排布，用于形成第三环形光斑，其中所述第二环形光斑环设在所述第一环形光斑外，所述第三环形光斑环设在所述第二环形光斑外，以形成所述内层环形光斑。
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