CN113031368A - 一种集成式高均匀性光源及采用该光源的成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式高均匀性光源及采用该光源的成像装置，光源包括同轴光部、表面光组件和光源箱架，所述表面光组件通过光源箱架集成的设置在所述同轴光部视野的外周，其中，表面光组件中的每个表面光的光路效果相同，且组合四表光的亮度均匀性≥65％。本方案通过在同轴光部的视野周围设计多个光路效果相同的表面光，以达到在视野范围内亮度均匀的效果。同时该光源高度集成、轻薄，方便与镜头模组集成一体化，以此节省成像装置的机台空间，光源和装置可广泛应用于机器视觉及光学检测领域，便于推广。

Description

一种集成式高均匀性光源及采用该光源的成像装置
技术领域
本发明属于光学成像领域，尤其涉及光源技术，具体涉及一种集成式高均匀性光源及采用该光源的成像装置。
背景技术
外置同轴光光源可比传统光源提供更加均匀的光照，但外置同轴光光源的缺点是光源利用率低，视野内光照亮度和均匀性还需进一步提高。
因此，增加外围表光可以提高视野中心内亮度的均匀性，在机器视觉工业领域，尤其对小物件定位方面有巨大帮助。
同时由于机台的空间有限，镜头模组和光源模组一般是独立设置，这不仅占据空间，重量也增加。
因此，亟需一种集成一体化、可拆卸的镜头模组和光源模组，以缩减空间尺寸和重量，通过精致的一体化模组、高均匀性的视野范围来提升产品的综合性能和在业界的竞争力。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成式高均匀性光源及采用该光源的成像装置，其能解决前述问题。
设计原理：通过初步设计四个表光的物理结构和初步光路图，确定四个表光的位置；通过模拟四个表光的均匀性效果，调整光路设计使其达到最理想的效果；结合同轴光模拟效果，给出最终光路仿真结果图；设计机械结构，测试成品效果。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种集成式高均匀性光源，光源包括同轴光部、表面光组件和光源箱架，所述表面光组件通过光源箱架集成的设置在所述同轴光部视野的外周，其中，表面光组件中的每个表面光的光路效果相同，且组合的表面光组件的亮度均匀性≥65％。
优选的，所述同轴光部包括同轴用LED灯组、漫反射板、分光镜和同轴用散热件；所述漫反射板设置在同轴用LED灯组和分光镜之间，所述分光镜反射出光方向与同轴用LED灯组至分光镜的光传递方向垂直，对应出光方向在所述光源箱架上开设出光口，所述同轴用散热件临近所述同轴用LED灯组设置。
优选的，所述同轴用LED灯组包括主LED阵列、主电路板和主电源线，所述主LED阵列采用LED灯珠矩形阵列或圆形阵列，所述主LED阵列由所述主电路板控制供电的灯珠和供电顺序，所述主电路板背面贴装在硅胶散热片上以提高散热效果，所述主电源线与所述主电路板电讯连接提供电源。
优选的，在所述硅胶散热片处的光源箱架上开设通风孔，并在所述通风孔处设置主散热风扇。
优选的，所述表面光组件的每个表面光包括表面LED灯组和棱镜，所述棱镜设置在所述表面LED灯组的出光端；其中，所述表面LED灯组的每个LED灯珠可更换，在LED灯珠的背板及外壳采用散热设计。
优选的，每个表面光的表面LED灯组的灯珠布置成矩形阵列。
优选的，所述棱镜设计为转角棱镜，其转角角度范围为45°～70°。
优选的，所述表面光组件包括设置在所述光源箱架的出光口临近处外周的第一表面光、第二表面光、第三表面光和设置在同轴光部底部的第四表面光，其中，所述第一表面光和第三表面光相对的竖直设置在所述出光口两侧，所述第二表面光竖直的设置在所述出光口前端，所述第四表面光临近所述出光口后边沿设置。
优选的，所述第一表面光、第二表面光、第三表面光和第四表面光的出光方向均朝向所述出光口偏折，其中，所述第一表面光、第二表面光和第三表面光的偏折角度相同。
本发明还提供了一种成像装置，所述成像装置包括前述光源、镜头和相机。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过在同轴光部的视野周围设计多个光路效果相同的表面光，以达到在视野范围内亮度均匀的效果。同时该光源高度集成、轻薄，方便与镜头模组集成一体化，以此节省成像装置的机台空间。
附图说明
图1为集成式高均匀性光源的正视示意图；
图2为集成式高均匀性光源的俯视示意图；
图3为集成式高均匀性光源的左视示意图；
图中：
10、同轴光部；11、同轴用LED灯组；12、漫反射板；13、分光镜；
20、表面光组件；21、第一表面光；22、第二表面光；23、第三表面光；24、第四表面光；
30、光源箱架。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。
一种集成式高均匀性光源，参见图1～图3，光源包括同轴光部10、表面光组件20和光源箱架30。
连接关系：所述表面光组件20通过光源箱架30集成的设置在所述同轴光部10视野的外周。
布置效果：通过表面光组件20的设计及布局，使得每个表面光的光路效果相同，且组合的表面光组件的亮度均匀性≥65％，考虑到成本、技术限制等考虑，优选为75％的。
同轴光部
其中，所述同轴光部10包括同轴用LED灯组11、漫反射板12、分光镜13和同轴用散热件(图未示)。所述漫反射板12设置在同轴用LED灯组11和分光镜13之间，所述分光镜13反射出光方向与同轴用LED灯组11至分光镜13的光传递方向垂直，对应出光方向在所述光源箱架30上开设出光口，所述同轴用散热件临近所述同轴用LED灯组11设置。
进一步的，所述同轴用LED灯组11包括主LED阵列、主电路板和主电源线，所述主LED阵列采用LED灯珠矩形阵列或圆形阵列，所述主LED阵列由所述主电路板控制供电的灯珠和供电顺序，所述主电路板背面贴装在硅胶散热片上以提高散热效果，所述主电源线与所述主电路板电讯连接提供电源。
其中，灯珠颜色包括白、红、蓝等可选。
在所述硅胶散热片处的光源箱架30上开设通风孔，并在所述通风孔处设置主散热风扇。
表面光组件
表面光组件20的每个表面光包括表面LED灯组和棱镜，所述棱镜设置在所述表面LED灯组的出光端；其中，所述表面LED灯组的每个LED灯珠可更换，在LED灯珠的背板及外壳采用散热设计。
进一步的，每个表面光的表面LED灯组的灯珠布置成矩形阵列，优选为两排或三排设置，以保证表面光的宽度。
进一步的，所述棱镜设计为转角棱镜，其转角角度范围为45°～70°。
一个实施例中，所述表面光组件20包括四个表面光。具体为：设置在所述光源箱架30的出光口临近处外周的第一表面光21、第二表面光22和第三表面光23，以及设置在同轴光部10底部的第四表面光24。
其中，所述第一表面光21和第三表面光23相对的竖直设置在所述出光口两侧，所述第二表面光22竖直的设置在所述出光口前端，所述第四表面光24临近所述出光口后边沿设置。
进一步的，所述第一表面光21、第二表面光22、第三表面光23和第四表面光24的出光方向均朝向所述出光口偏折，其中，所述第一表面光21、第二表面光22和第三表面光23的棱镜具有相同的转角角度，优选45°，从而是的输出光的偏折角度相同。而第四表面光24的棱镜转角角度不同，但同样使得其输出光朝向出光口偏折，优选实施例中采用70°转角。
其中，第一表面光21、第二表面光22、第三表面光23和第四表面光24的表面LED灯组的灯珠布置成两排阵列，以保证整体结构的小型化和模块化设计。
另一实施例中，在同轴光部10出光口处相邻的设置三个表面光，由同轴光部10和表面光组件20的三个表面光构成围绕中间出光孔构成矩形布置，优选为“口”字形布置。
一种成像装置(图未示)，所述成像装置包括光源、镜头和相机，所述光源采用前述集成式高均匀性光源。应用该光源的成像装置可广泛应用于检测设备中。
综上所述，该光源可根据实际需求更换不同颜色单色灯珠或多色灯珠，巧妙的一体化模组、高均匀性的视野范围、便捷的安装方法可大大提升产品在业界的竞争力，极大提高了各类检测装置的光源适配选用，便于推广。
最后应说明的是：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)

1.一种集成式高均匀性光源，其特征在于：光源包括同轴光部(10)、表面光组件(20)和光源箱架(30)，所述表面光组件(20)通过光源箱架(30)集成的设置在所述同轴光部(10)视野的外周，其中，表面光组件中的每个表面光的光路效果相同，且组合的表面光组件的亮度均匀性≥65％。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于：所述同轴光部包括同轴用LED灯组(11)、漫反射板(12)、分光镜(13)和同轴用散热件；所述漫反射板(12)设置在同轴用LED灯组(11)和分光镜(13)之间，所述分光镜(13)反射出光方向与同轴用LED灯组(11)至分光镜(13)的光传递方向垂直，对应出光方向在所述光源箱架(30)上开设出光口，所述同轴用散热件临近所述同轴用LED灯组(11)设置。
3.根据权利要求2所述的光源，其特征在于：所述同轴用LED灯组(11)包括主LED阵列、主电路板和主电源线，所述主LED阵列采用LED灯珠矩形阵列或圆形阵列，所述主LED阵列由所述主电路板控制供电的灯珠和供电顺序，所述主电路板背面贴装在硅胶散热片上以提高散热效果，所述主电源线与所述主电路板电讯连接提供电源。
4.根据权利要求3所述的光源，其特征在于：在所述硅胶散热片处的光源箱架(30)上开设通风孔，并在所述通风孔处设置主散热风扇。
5.根据权利要求3所述的光源，其特征在于：所述表面光组件的每个表面光包括表面LED灯组和棱镜，所述棱镜设置在所述表面LED灯组的出光端；其中，所述表面LED灯组的每个LED灯珠可更换，在LED灯珠的背板及外壳采用散热设计。
6.根据权利要求5所述的光源，其特征在于：每个表面光的表面LED灯组的灯珠布置成矩形阵列。
7.根据权利要求5所述的光源，其特征在于：所述棱镜设计为转角棱镜，其转角角度范围为45°～70°。
8.根据权利要求5所述的光源，其特征在于：所述表面光组件(20)包括设置在所述光源箱架(30)的出光口临近处外周的第一表面光(21)、第二表面光(22)、第三表面光(23)和设置在同轴光部(10)底部的第四表面光(24)，其中，所述第一表面光(21)和第三表面光(23)相对的竖直设置在所述出光口两侧，所述第二表面光(22)竖直的设置在所述出光口前端，所述第四表面光(24)临近所述出光口后边沿设置。
9.根据权利要求8所述的光源，其特征在于：所述第一表面光(21)、第二表面光(22)、第三表面光(23)和第四表面光(24)的出光方向均朝向所述出光口偏折，其中，所述第一表面光(21)、第二表面光(22)和第三表面光(23)的偏折角度相同。
10.一种成像装置，所述成像装置包括光源、镜头和相机，其特征在于：所述光源采用权利要求1-9任一项所述的集成式高均匀性光源。
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