CN204422856U - 一种光线聚焦的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及机器视觉领域的三维特征检测,具体涉及一种光线聚焦的光学系统,所述光学系统包括散热器、固定于散热器一侧的基板、以及固定于基板一侧的LED芯片,基板与散热器通过螺钉固定连接,螺钉的螺帽位于基板的一侧,LED芯片发出的光线经一反光镜反射后汇聚到一焦点。本实用新型的LED芯片发出的光线能经反光镜反射后汇聚到一焦点,以实现机器视觉领域的三维特征检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器视觉领域的三维特征检测,具体涉及一种光线聚焦的光学系统。
背景技术
现有的用于机器视觉领域的检测灯具,通过一个条形的LED灯来实现,条形的LED灯发出的光线为一条直线,只能用于机器视觉领域的二维特征检测,检测效果不佳。因此,有必要研发一种用于机器视觉领域的三维特征检测的光学系统。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本实用新型的目的在于提供一种光线聚焦的光学系统,该光学系统的LED芯片发出的光线能经反光镜反射后汇聚到一焦点,以实现机器视觉领域的三维特征检测。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现:一种光线聚焦的光学系统,所述光学系统包括散热器、固定于散热器一侧的基板、以及固定于基板一侧的LED芯片,基板与散热器通过螺钉固定连接,螺钉的螺帽位于基板的一侧,LED芯片发出的光线经一反光镜反射后汇聚到一焦点。
进一步的,所述光学系统的焦距为A,所述芯片的宽度为B,所述螺钉的螺帽的直径为I,所述LED芯片的安全距离为J,所述基板边缘与焦点之间的距离为F,其中, 。
进一步的,所述散热器、基板和LED芯片的厚度之和为C,所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点、散热器底部所在的平面之间的夹角为E,其中,。
进一步的,所述焦点与所述散热器底部之间的距离为H,其中,。
进一步的,所述散热器底部与所述焦点之间的纵向距离为D,所述焦点、散热器底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为K,其中,。
进一步的,所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为G,其中,。
进一步的,所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角G为32.6°。
进一步的,所述光学系统包括还包括设置于所述LED芯片一侧的反光镜,反光镜包括多个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,多个椭圆形离轴反光镜单体将LED芯片发出的光线聚焦到一个焦点,每个椭圆形离轴反光镜单体的反射面均为曲面,所述曲面均符合二次曲面公式:,其中,K为二次曲面系数,R为曲率半径,C 2=X2+Y2,X,Y,Z是以焦点为坐标原点的坐标。
进一步的,所述曲面选自:
二次曲面系数K为-0.64、曲率半径R为18的第一曲面;
二次曲面系数K为-0.640862447,曲率半径R为17.97842589的第二曲面;
二次曲面系数K为-0.615645193,曲率半径R为19.61477887的第三曲面;
二次曲面系数K为-0.580721926,曲率半径R为22.0179688的第四曲面;
二次曲面系数K为-0.548697201,曲率半径R为24.37035116的第五曲面;
二次曲面系数K为-0.501037454,曲率半径R为28.18639421的第六曲面;
二次曲面系数K为-0.475262431,曲率半径R为30.42428424的第七曲面;
二次曲面系数K为-0.451207087,曲率半径R为32.63122659的第八曲面;
二次曲面系数K为-0.428531802,曲率半径R为34.81498553的第九曲面;
二次曲面系数K为-0.403004239,曲率半径R为37.55103339的第十曲面。
进一步的,所述反光镜包括三个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,三个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意三个;
或者,所述反光镜包括四个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,四个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意四个;
或者,所述反光镜包括五个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,五个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意五个;
或者,所述反光镜包括六个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,六个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意六个;
或者,所述反光镜包括七个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,七个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意七个;
或者,所述反光镜包括八个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,八个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意八个;
或者,所述反光镜包括九个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意九个曲面;
或者,所述反光镜包括十个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,十个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面。
本实用新型的有益效果在于:本实用新型的LED芯片发出的光线能经反光镜反射后汇聚到一焦点,以实现机器视觉领域的三维特征检测。
附图说明
图1是本实用新型的工作原理图。
图2是本实用新型所述曲面的分布示意图。
图3是本实用新型所述反光镜的工作原理图。
附图标记为:2—光学系统、20—LED芯片、21—散热器、22—基板、23—螺钉、4—反光镜、41—第一曲面、42—第二曲面、43—第三曲面、44—第四曲面、45—第五曲面、46—第六曲面、47—第七曲面、48—第八曲面、49—第九曲面、410—第十曲面。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例及附图1-3对本实用新型作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
见图1-3,一种光线聚焦的光学系统,所述光学系统2包括散热器21、固定于散热器21一侧的基板22、以及固定于基板22一侧的LED芯片20,基板22与散热器21通过螺钉固定连接,螺钉的螺帽23位于基板22的一侧,LED芯片20发出的光线经一反光镜反射后汇聚到一焦点。所述基板22为铜制的基板22。
本实用新型的反光镜能将LED芯片发出的光线从多个角度汇聚到一焦点,以实现机器视觉领域的三维特征检测,且采用非球面镜能实现高的能源利用率。
本实施例中,所述光学系统2的焦距为A,所述芯片的宽度为B,所述螺钉的螺帽23的直径为I,所述LED芯片20的安全距离为J,所述基板22边缘与焦点之间的距离为F,其中,。在本实施例中,所述光学系统2的焦距A为40mm,所述芯片的宽度B为1.7mm,所述螺钉的螺帽23的直径I为4mm,所述LED芯片20的安全距离J为2.5mm,经公式计算可知,所述基板22边缘与焦点之间的距离F为72.15mm。
本实施例中,所述散热器21、基板22和LED芯片20的厚度之和为C,所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点、散热器21底部所在的平面之间的夹角为E,其中,。在本实施例中,所述散热器21、基板22和LED芯片20的厚度之和C为10.56mm,经公式计算可知,所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点、散热器21底部所在的平面之间的夹角E为8.3°。
本实施例中,所述焦点与所述散热器21底部之间的距离为H,其中,。经公式计算可知,所述焦点与所述散热器21底部之间的距离H为72.92mm。
本实施例中,所述散热器21底部与所述焦点之间的纵向距离为D,所述焦点、散热器21底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为K,其中,。所述散热器21底部与所述焦点之间的纵向距离(即照明产品的工作距离)可以根据客户的需求进行设定,在本实施例中,工作距离D为30mm,经公式计算可知,所述焦点、散热器21底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角K为24.3°。
本实施例中,所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为G,其中,。
本实施例中,所述焦点、LED芯片20所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角G为32.6°。
本实施例中,所述光学系统2包括还包括设置于所述LED芯片20一侧的反光镜4,反光镜4包括多个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,多个椭圆形离轴反光镜单体将LED芯片20发出的光线聚焦到一个焦点,每个椭圆形离轴反光镜单体的反射面均为曲面,所述曲面均符合二次曲面公式:,其中,K为二次曲面系数,R为曲率半径,C 2=X2+Y2,X,Y,Z是以焦点为坐标原点的坐标。
本实施例中,所述曲面选自:
二次曲面系数K 1为-0.64、曲率半径R 1为18的第一曲面41;
二次曲面系数K为-0.64、曲率半径R为18的第一曲面41;
二次曲面系数K为-0.640862447,曲率半径R为17.97842589的第二曲面42;
二次曲面系数K为-0.615645193,曲率半径R为19.61477887的第三曲面43;
二次曲面系数K为-0.580721926,曲率半径R为22.0179688的第四曲面44;
二次曲面系数K为-0.548697201,曲率半径R为24.37035116的第五曲面45;
二次曲面系数K为-0.501037454,曲率半径R为28.18639421的第六曲面46;
二次曲面系数K为-0.475262431,曲率半径R为30.42428424的第七曲面47;
二次曲面系数K为-0.451207087,曲率半径R为32.63122659的第八曲面48;
二次曲面系数K为-0.428531802,曲率半径R为34.81498553的第九曲面49;
二次曲面系数K为-0.403004239,曲率半径R为37.55103339的第十曲面410。
本实用新型的曲面还可以选自其它不同二次曲面系数和曲率半径的曲面,只要符合二次曲面公式:即可,在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
本实施例中,所述反光镜4包括九个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意九个曲面。在本实施例中,九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面具体为第一曲面41至第九曲面49。每个曲面的长度可以根据需要进行合理的设置,所述九个曲面之间设置有八个连接面,即相邻两个曲面的首位连接处设置一个连接面,八个连接面分别与所述焦点共面。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为:所述反光镜4包括三个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,三个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意三个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为:所述反光镜4包括四个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,四个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意四个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为:所述反光镜4包括五个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,五个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意五个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为:所述反光镜4包括六个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,六个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意六个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为:所述反光镜4包括七个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,七个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意七个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为:所述反光镜4包括八个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,八个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410中的任意八个。
本实用新型的另一种较佳的实施方式为:所述反光镜4包括十个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,十个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面41、第二曲面42、第三曲面43、第四曲面44、第五曲面45、第六曲面46、第七曲面47、第八曲面48、第九曲面49和第十曲面410。
本实用新型的反光镜4还可以包括一个、两个、或大于十个的不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
上述实施例为本实用新型较佳的实现方案,除此之外,本实用新型还可以其它方式实现,在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述光学系统包括散热器、固定于散热器一侧的基板、以及固定于基板一侧的LED芯片,基板与散热器通过螺钉固定连接,螺钉的螺帽位于基板的一侧,LED芯片发出的光线经一反光镜反射后汇聚到一焦点。
2.根据权利要求1所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述光学系统的焦距为A,所述芯片的宽度为B,所述螺钉的螺帽的直径为I,所述LED芯片的安全距离为J,所述基板边缘与焦点之间的距离为F,其中, 。
3.根据权利要求2所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述散热器、基板和LED芯片的厚度之和为C,所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点、散热器底部所在的平面之间的夹角为E,其中,。
4.根据权利要求3所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述焦点与所述散热器底部之间的距离为H,其中,。
5.根据权利要求4所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述散热器底部与所述焦点之间的纵向距离为D,所述焦点、散热器底部所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为K,其中,。
6.根据权利要求5所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角为G,其中,。
7.根据权利要求6所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述焦点、LED芯片所在的平面与焦点所在的横向平面之间的夹角G为32.6°。
8.根据权利要求1所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述光学系统包括还包括设置于所述LED芯片一侧的反光镜,反光镜包括多个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,多个椭圆形离轴反光镜单体将LED芯片发出的光线聚焦到一个焦点,每个椭圆形离轴反光镜单体的反射面均为曲面,所述曲面均符合二次曲面公式:,其中,K为二次曲面系数,R为曲率半径,C 2=X2+Y2,X,Y,Z是以焦点为坐标原点的坐标。
9.根据权利要求8所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述曲面选自:
二次曲面系数K为-0.64、曲率半径R为18的第一曲面;
二次曲面系数K为-0.640862447,曲率半径R为17.97842589的第二曲面;
二次曲面系数K为-0.615645193,曲率半径R为19.61477887的第三曲面;
二次曲面系数K为-0.580721926,曲率半径R为22.0179688的第四曲面;
二次曲面系数K为-0.548697201,曲率半径R为24.37035116的第五曲面;
二次曲面系数K为-0.501037454,曲率半径R为28.18639421的第六曲面;
二次曲面系数K为-0.475262431,曲率半径R为30.42428424的第七曲面;
二次曲面系数K为-0.451207087,曲率半径R为32.63122659的第八曲面;
二次曲面系数K为-0.428531802,曲率半径R为34.81498553的第九曲面;
二次曲面系数K为-0.403004239,曲率半径R为37.55103339的第十曲面。
10.根据权利要求9所述的一种光线聚焦的光学系统,其特征在于:所述反光镜包括三个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,三个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意三个;
或者,所述反光镜包括四个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,四个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意四个;
或者,所述反光镜包括五个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,五个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意五个;
或者,所述反光镜包括六个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,六个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意六个;
或者,所述反光镜包括七个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,七个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意七个;
或者,所述反光镜包括八个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,八个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意八个;
或者,所述反光镜包括九个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,九个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面中的任意九个曲面;
或者,所述反光镜包括十个不同曲率半径的椭圆形离轴反光镜单体,十个椭圆形离轴反光镜单体的反射面所在的曲面选自所述第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面和第十曲面。
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Granted publication date: 20150624 |