CN201680205U - 一种用于产生点阵光的光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于产生点阵光的光源，包括发光源，其中，还包括通过抛光处理使所述发光源发出的光在棱柱内发生全反射，包括所述光射入的入口端和所述光射出的出口端的棱柱；以及设置在所述出口端，聚焦从所述出口端射出的光使之形成点阵光的透镜。所述发光源为使所述光全部从所述出口端射出的发光源。所述透镜的尺寸大于等于所述出口端的端面尺寸。所述棱柱为三棱柱、四棱柱或六棱柱。采用本实用新型的用于产生点阵光的光源产生的点阵光能量分部均匀，能量利用率高；同时不受发光源波长的影响，不会因为发光源颜色的改变引起点阵位置的偏移。

Description

一种用于产生点阵光的光源

技术领域

本实用新型涉及一种光源，更具体地说，涉及一种用于产生点阵光的光源。

背景技术

在装饰照明和机器视觉领域，经常要用到点阵光源。这种点阵光源，通常是由相干光源通过一个或多个衍射光学元件进行分光而得到的。

这种方案的缺点在于，光源只能是单色光。而且由于衍射光学元件对光源波长非常敏感，改变光源的颜色将引起点阵位置的偏移。

普通工艺制造出的衍射光学元件，其点阵中的能量分布不均匀，大部分能量集中在点阵的中心，能量的利用率不高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述能量分布不均，易受发光源波长影响的缺陷，提供一种能量分布均匀，点阵位置不受发光源波长影响的用于产生点阵光的光源。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于产生点阵光的光源，包括发光源，其中，还包括使所述发光源发出的光在棱柱内侧面发生全反射，包括所述光射入的入口端和所述光射出的出口端的棱柱；以及设置在所述出口端，聚焦从所述出口端射出的光使之形成点阵光的透镜。

本实用新型所述的用于产生点阵光的光源，其中，所述发光源为使所述光全部从所述出口端射出的发光源。

本实用新型所述的用于产生点阵光的光源，其中，所述透镜的尺寸大于等于所述出口端的端面尺寸。

本实用新型所述的用于产生点阵光的光源，其中，所述棱柱为三棱柱、四棱柱或六棱柱。

本实用新型所述的用于产生点阵光的光源，其中，所述发光源紧贴所述入口端的外侧或所述发光源设置在所述棱柱内靠近所述入口端的一端。

本实用新型所述的用于产生点阵光的光源，其中，所述透镜紧贴所述出口端的外侧或所述透镜设置在所述棱柱内靠近所述出口端的一端。

本实用新型所述的用于产生点阵光的光源，其中，所述发光源为发光二极管或激光二级管。

本实用新型所述的用于产生点阵光的光源，其中，所述棱柱为玻璃棱柱或透明塑胶棱柱。

实施本实用新型的用于产生点阵光的光源，具有以下有益效果：采用发光源、棱柱和透镜的结构组合，利用光在棱柱内的全发射的方向和次数通过透镜形成点阵光中的点，这样形成的光点阵的均匀度取决于发光源的在一定光发散角度内的均匀性，不会由于该结构组合自身的性质影响点阵光的能量分布，因此该光源产生的点阵光能量分布均匀，能量利用率高。同时点阵的相对位置主要取决与发光源、棱柱和透镜的参数和相对位置关系，受发光源的波长影响很小，因此改变光源的颜色基本不会引起点阵位置的偏移。

通过控制发光源的光发散角使发光源发出的所有的光从出口端射出而不会从棱柱侧面折射出来，提高了能量的利用效率。所述透镜的尺寸大于等于所述出口端的端面尺寸，使得所有从出口端出来的光都可以形成点阵光，提高了能量的利用效率。所述棱柱为三棱柱、四棱柱或六棱柱，可以形成不同形状的点阵光，满足不同的需求。所述发光源的位置可以紧贴所述入口端的外侧或设置在所述棱柱内靠近所述入口端的一端，这样可以使发光源发出的光不受经过空气的影响，使得计算更加方便，发光源的安装也更加简单。所述透镜可以紧贴所述出口端的外侧或设置在所述棱柱内靠近所述出口端的一端，这样的设计可以最小化透镜的尺寸，并且方便透镜的安装。所述发光源为发光二极管或激光二极管，所述棱柱为玻璃棱柱或透明塑胶棱柱，可以给出多种发光源和棱柱的选择，其他适合的均匀的光源或适合的其他材料的棱柱也可使用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型用于产生点阵光的光源的较佳实施例的立体结构示意图；

图2是本实用新型用于产生点阵光的光源的较佳实施例的不经过任何反射的光路图；

图3是本实用新型用于产生点阵光的光源的较佳实施例的经过一次全反射的光路图；

图4是本实用新型用于产生点阵光的光源的较佳实施例的经过两次全反射的光路图。

具体实施方式

下面结合图示，对本实用新型的优选实施例作详细介绍。

图1是本实用新型用于产生点阵光的光源的较佳实施例的立体结构示意图。如图1所示，在本实用新型的用于产生点阵光的光源包括发光源1、棱柱2以及透镜3，棱柱2包括发光源1发出的光射入的入口端和发光源1发出的光射出的出口端，棱柱2可通过玻璃抛光加工或塑胶注塑成型，使发光源1发出的光在棱柱2内侧面发生全反射以改变部分光的光路。透镜3设置在棱柱2的出口端，用于聚焦从所述出口端射出的光，使之按照全反射次数和方向聚集形成点阵光。具体使用时，发光源1发出光线，光线从棱柱2的入口端进入棱柱2内部，并直接或经过数次全反射之后从棱柱2的出口端穿出，透镜3焦距被配置成能将沿直线通过棱柱2的光线汇聚成平行光，光线穿出后经过透镜3的聚焦作用形成光斑点阵。沿直线不经过全反射通过棱柱2的光线形成的光斑位于光斑点阵的中心，经一次全反射的光线形成的光斑位于中心光斑的四个相邻位置，经多次全反射的光线形成的光斑位于更外围的位置。

作为本实用新型的优选实施例，发光源1为使所述光全部从所述出口端射出的发光源。通过控制发光源1的光发散角使发光源1的光从棱柱2的出口端直接射出或经过数次全反射之后从棱柱2的出口端的射出，而不会从棱柱2的侧面折射出来，这种设计充分利用了发光源1发出的所有的光，提高了能量的利用效率。

作为本实用新型的优选实施例，透镜3的尺寸大于等于棱柱2的出口端的端面尺寸。这种设计使得所有从棱柱2的出口端出来的光都可以形成点阵光，提高了能量的利用效率。

作为本实用新型的优选实施例，棱柱2可以使三棱柱、四棱柱或六棱柱，三棱柱、四棱柱和六棱柱的横截面分别为等边三角形、正方形和正六边形。所形成的点阵分别为蜂窝状的点阵、正方形点阵和三角形点阵，可以根据需要采用不同横截面的棱柱，当然也可以根据需要采用其他适合的横截面形状的棱柱。

作为本实用新型的优选实施例，发光源1紧贴棱柱2的入口端的外侧或设置在棱柱2内靠近所述入口端的一端。这种设计可以使发光源1发出的光不受经过空气的影响，使得计算光路更加方便，发光源1的安装也更加简单。当然也可以根据需要安装在棱柱2入口端侧的其他位置。

作为本实用新型的优选实施例，透镜3紧贴棱柱2的出口端的外侧或设置在棱柱2内靠近所述出口端的一端。这种设计可以最小化透镜的尺寸，方便透镜的安装，当然也可以根据聚焦以提高精度或其他的要求安装在棱柱2出口端侧的其他位置。

作为本实用新型的优选实施例，发光源1为发光二极管或激光二级管，棱柱2为玻璃棱柱或透明塑胶棱柱。发光二极管或激光二级管的光发散角小，发光均匀，可以使得产生的点阵光光源更加均匀，玻璃棱柱或透明塑胶棱柱也是常用的透光棱柱，便于抛光加工或塑胶注塑成型，当然其他适合的均匀光源或适合的其他材料的棱柱也可使用。

下面将结合图2、3、4详细的介绍一种可行的方案。

棱柱2选用玻璃作为材料，对589nm波长的光线的折射率为1.5。棱柱2长100mm，其截面为3×3mm的正方形。棱柱2的四个侧面被抛光以反射光线。发光源1选用LED，发出589nm波长的光线。LED紧贴棱柱2入口端的端面，LED内部发光芯片到棱柱2端面的距离忽略不计。透镜3选用一个平凸透镜，材料与棱柱2相同。其平面紧贴并完全覆盖棱柱2的出口端的端面。其凸面为球面，球面半径根据球面折射成像公式计算。

$\frac{n^{\′}}{s^{\′}}+\frac{n}{s}=\frac{n^{\′}-n}{r}$

其中物方折射率n为1.5，像方折射率n′为1(空气)。物距s为棱柱长度100mm。由于出射光线为平行光，所以像距s′为∞。则计算得球面半径r为33.33mm。

LED发出光线的角度大于60度。其中有一部分光线进入透镜3之后没有经过任何反射就从另一端面射出。经过透镜3之后变为与棱柱2同轴的平行光。如图2所示。

LED发出的光线中，有一部分经过了一次全反射，然后经过透镜3射出。这部分的光线相当于是由LED经过棱柱2侧面一次反射的虚像发出的，经过透镜3变为平行光。平行光与棱柱2轴线的夹角为棱柱2宽度与长度比值的反正切值，度。如图3所示。

LED发出的光线中，经过相对的镜面两次反射的，等效于LED经两次反射形成的虚像发出的光线。其从透镜3射出后的效果如图4所示。

由此可以看出，每一束从透镜3射出的平行光(除与棱镜共轴的一束)，与LED的虚像是一一对应的。棱柱3的四个侧面成正方形排列，LED在正方形的中心，经过多次反射，理论上会形成一个无穷大的LED虚像的阵列。但实际应用中，这个阵列的大小受限于LED发光的发散角和玻璃折射率所允许的最大角度，并不会是无穷大的。

LED虚像阵列中的每一个像，对应了一条出射的平行光，当这些平行光照射到与棱柱2轴线垂直的屏上时，就会形成一个光斑的阵列。如图1所示。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于产生点阵光的光源，包括发光源(1)，其特征在于，该光源还包括：

使所述发光源(1)发出的光在棱柱(2)内侧面发生全反射，包括所述光射入的入口端和所述光射出的出口端的棱柱(2)；以及

设置在所述出口端，聚焦从所述出口端射出的光使之形成点阵光的透镜(3)。

2.根据权利要求1所述的用于产生点阵光的光源，其特征在于，所述发光源(1)为使所述光全部从所述出口端射出的发光源。

3.根据权利要求1所述的用于产生点阵光的光源，其特征在于，所述透镜(3)的尺寸大于等于所述出口端的端面尺寸。

4.根据权利要求1所述的用于产生点阵光的光源，其特征在于，所述棱柱(2)为三棱柱、四棱柱或六棱柱。

5.根据权利要求1-4中任一所述的用于产生点阵光的光源，其特征在于，所述发光源(1)紧贴所述入口端的外侧或所述发光源(1)设置在所述棱柱(2)内靠近所述入口端的一端。

6.根据权利要求1-4中任一所述的用于产生点阵光的光源，其特征在于，所述透镜(3)紧贴所述出口端的外侧或所述透镜(3)设置在所述棱柱(2)内靠近所述出口端的一端。

7.根据权利要求1所述的用于产生点阵光的光源，其特征在于，所述发光源(1)为发光二极管或激光二级管。

8.根据权利要求1所述的用于产生点阵光的光源，其特征在于，所述棱柱(2)为玻璃棱柱或透明塑胶棱柱。

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