CN218455806U - 透光结构、光源装置和三维打印设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种透光结构、光源装置和三维打印设备，其中，透光组件包括：透光结构本体，透光结构本体包括入射面和折射面；多个凹槽，形成于折射面上；其中，入射面的平整度小于或等于透光结构本体的厚度与凹槽深度的差值。本申请实施例提供的透光结构通过凹槽的形成可以对平行光起到聚光作用，结合光线可逆原理，在光线经由入射面投入时，能够使透光结构投出的光线准直度更高；另一方面，入射面的平整度是基于透光结构本体的高度和凹槽确定的，以便于在透光结构本体之上加工形成多个凹槽，能够保障多个凹槽的加工精度，避免凹槽出现齿状面破损，能够减少杂散光的形成。

Description

透光结构、光源装置和三维打印设备

技术领域

本申请实施例涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种透光结构、一种光源装置和一种三维打印设备。

背景技术

在光固化3D技术中，准直度是光线模组的重要参数，准直度值越大经过LCD屏幕所有区域的整体光线越都趋于平行光，打印的模型精度和打印效果越好。但是传统技术中的透光结构准直度较差，且存在较多的杂散光，导致三维打印过程中容易产生多料或者层纹。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的第一方面提供了一种透光结构。

本实用新型的第二方面提供了一种光源装置。

本实用新型的第三方面提供了一种三维打印设备。

有鉴于此，根据本申请实施例的第一方面提出了为此，本实用新型的第一方面提供了一种透光结构，用于3D打印机，包括：

透光结构本体，所述透光结构本体包括入射面和折射面；

多个凹槽，形成于所述折射面上；

其中，所述入射面的平整度小于或等于所述透光结构本体的厚度与所述凹槽深度的差值。

在一种可行的实施方式中，所述凹槽包括：第一槽壁和第二槽壁，所述第一槽壁和所述第二槽壁之间形成有过渡段；

其中，所述过渡段的曲率半径为0mm至0.1mm；和/或

所述第一槽壁与所述第二槽壁的夹角大于或等于20°，且小于90°；和/或

所述凹槽的深度与所述透光结构本体的厚度的比值小于0.4。

在一种可行的实施方式中，所述第一槽壁与所述透光结构本体的光轴方向的夹角小于所述第二槽壁与所述光轴方向的夹角；

相邻两个凹槽的第二槽壁之间的最短距离大于0.2mm且小于透光结构本体的厚度；和/或

所述第一槽壁与所述光轴方向的夹角θ满足如下公式：

θ＝A+Bδ

其中，A和B均为预设常数、δ为第一槽壁与透光结构本体的光轴之间的最短距离。

在一种可行的实施方式中，相邻两个所述第二槽壁的曲率半径相同，且所述第二槽壁的曲率半径与三维打印设备的显示屏的显示外径的比值为0.1至30；或

多个所述第二槽壁之间至少有两个第二槽壁的曲率半径不同，且所述第二槽壁的曲率半径与三维打印设备的显示屏的显示外径的比值为0.1至30。

在一种可行的实施方式中，所述入射面的曲率半径与三维打印设备的显示屏的显示外径的比值大于或等于0.1；和/或

所述透光结构本体的厚度为0.5mm至50mm。

根据本申请实施例的第二方面提出了一种光源装置，包括：

如上述任一技术方案所述的透光结构；

曲面透光结构；

发光组件，所述曲面透光结构设置在所述透光结构和所述发光组件之间。

在一种可行的实施方式中，所述曲面透光结构背离于所述发光组件的一侧为凸面，所述凸面为球面或非球面；

其中，在所述凸面为非球面的情况下，所述非球面满足如下公式：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，n为大于等于1的正整数；和/或

所述曲面透光结构由高硼硅玻璃制成。

在一种可行的实施方式中，光源装置还包括：

遮光件，位于所述曲面透光结构和所述透光结构之间；和/或

所述遮光件朝向于所述曲面透光结构的一侧设置有吸光层；和/或

所述遮光件的厚度小于100mm；和/或

所述遮光件与所述透光结构之间的距离小于或等于10mm；和/或

所述遮光件可以为框状，所述遮光件的中空区域为透光区域，所述透光区域的形状与三维打印设备的显示屏的大小相同。

根据本申请实施例的第三方面提出了一种三维打印设备，包括：

如上述任一技术方案所述的光源装置；

显示屏，设置在所述光源装置背离于所述发光组件的一侧。

在一种可行的实施方式中，所述透光结构的焦距与所述显示屏的显示外径的比值为0.2至2；和/或

所述曲面透光结构的焦距f1满足如下公式：

0.1(b+c)≤f1≤1.5(b+c)

其中，b为所述发光组件与所述透光结构的折射面之间的最短距离，c为所述折射面与所述显示屏之间的最短距离；和/或

所述曲面透光结构的顶点与所述发光组件之间的最短距离为5mm至100mm；和/或

所述发光组件的发光面与所述透光结构的折射面之间的最短距离与所述显示屏的显示外径的比值为0.2至5；和/或

所述折射面与所述显示屏之间的距离与所述发光组件与所述透光结构的折射面之间的最短距离的比值小于或等于0.5。

相比现有技术，本实用新型至少包括以下有益效果：

本申请实施例提供的透光结构包括了透光结构本体和形成于折射面的多个凹槽，且入射面的平整度小于或等于透光结构本体的厚度与凹槽深度的差值，基于此光线可以通过入射面进入到透光结构，而后经由折射面上的凹槽的槽壁进行折射后经由透光结构投出，本申请实施例提供的入射面的平整度是基于透光结构本体的高度和凹槽确定的，通过凹槽的形成可以对平行光起到聚光作用，而平整度小于或等于透光结构本体的厚度与凹槽深度的差值，能够减少入射面对透光结构的聚光性能的影响，进一步结合光线可逆原理，在光线经由入射面投入时，能够使透光结构投出的光线准直度更高；另一方面，通过平整度小于或等于透光结构本体的厚度与凹槽深度的差值的选取，以便于在透光结构本体之上加工形成多个凹槽，能够保障多个凹槽的加工精度，避免凹槽出现齿状面破损，能够减少杂散光的形成。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请提供的一种实施例的透光结构的第一个角度的示意性结构图；

图2为本申请提供的一种实施例的透光结构的第二个角度的示意性结构图；

图3为本申请提供的一种实施例的透光结构的第三个角度的示意性结构图；

图4为本申请提供的一种实施例的透光结构的第四个角度的示意性结构图；

图5为本申请提供的一种实施例的透光结构的第五个角度的示意性结构图；

图6为本申请提供的另一种实施例的透光结构的示意性结构图；

图7为图6中A处的局部放大示意图；

图8为本申请提供的又一种实施例的透光结构的示意性结构图；

图9为本申请提供的一种实施例的光源装置的示意性结构图；

图10为本申请提供的一种实施例的光源装置的曲面透光结构示意性结构图；

图11为本申请提供的另一种实施例的光源装置的发光组件和曲面透光结构示意性结构图；

图12为本申请提供的第一种实施例的光源装置的曲面透光结构一个角度的示意性结构图；

图13为本申请提供的第一种实施例的光源装置的曲面透光结构另一个角度的示意性结构图；

图14为本申请提供的第一种实施例的光源装置的曲面透光结构又一个角度的示意性结构图；

图15为图14中A-A方向的剖面图；

图16为图14中B-B方向的剖面图；

图17为本申请提供的第二种实施例的光源装置的曲面透光结构的示意性结构图；

图18为本申请提供的第三种实施例的光源装置的曲面透光结构的示意性结构图；

图19为本申请提供的第四种实施例的光源装置的曲面透光结构的示意性结构图；

图20为本申请提供的一种实施例的三维打印设备的示意性结构图；

图21为本申请提供的一种实施例的三维打印设备的光路示意图。

其中，图1至图21中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100透光结构；

110透光结构本体、120凹槽；

111入射面、112折射面、121第一槽壁、122第二槽壁、123过渡段；

200光源装置；

210曲面透光结构、220发光组件、230遮光件；

221、UV光源；222光板；

300三维打印设备、310显示屏。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

如图1至图8所示，本实用新型的第一方面提供了一种透光结构100，应用于3D打印机，包括：透光结构本体110，透光结构本体110包括入射面111和折射面112；多个凹槽120，形成于折射面112上；其中，入射面111的平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值。

本申请实施例提供的透光结构100包括了透光结构本体110和形成于折射面112的多个凹槽120，且入射面111的平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值，基于此光线可以通过入射面111进入到透光结构100，而后经由折射面112上的凹槽120的槽壁进行折射后经由透光结构100投出，本申请实施例提供的入射面111的平整度是基于透光结构本体110的高度和凹槽120确定的，通过凹槽120的形成可以对平行光起到聚光作用，而平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值，能够减少入射面111对透光结构100的聚光性能的影响，进一步结合光线可逆原理，在光线经由入射面111投入时，能够使透光结构100投出的光线准直度更高；另一方面，通过平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值的选取，以便于在透光结构本体110之上加工形成多个凹槽120，能够保障多个凹槽120的加工精度，避免凹槽120出现齿状面破损，能够减少杂散光的形成。

可以理解的是，本申请实施例提供的透光结构100可以由透明材料制成，透光结构100可以通过注塑、刻蚀或切割进行制备，以透光结构100通过热塑性塑料材注入模具进行制备为例透光结构100的透光结构本体110的入射面111的平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值，一方面便于模具的制备，利于降低透光结构100生产加工的成本；另一方面，能够保障摸具的制备精度，较比传统技术中入射面111为凸面的设计方案，利于控制模具的精度，在液态的热塑性塑料注入到模具之内时，热塑性塑料能够更好地贴合于模具，利于凹槽120的形成，能够避免凹槽120出现齿面破损，能够提高透光结构100对杂散光的抑制效果；再以凹槽120通过刻蚀加工形成，通过入射面111的平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值，使得透光结构100的摆放更加平整，在刻蚀过程中，透光结构本体110不会出现非预期性的位移，能够保障刻蚀精度，进而提高凹槽120的加工精度，能够对杂散光进行抑制。

如图1至图8所示，在一种可行的实施方式中，凹槽120包括：第一槽壁121和第二槽壁122，第一槽壁121和第二槽壁122之间形成有过渡段123；其中，过渡段123的曲率半径为0mm至0.1mm；和/或第一槽壁121与第二槽壁122的夹角为大于或等于20°，且小于90°；和/或凹槽120的深度与透光结构本体110的厚度的比值小于0.4。

在该技术方案中，凹槽120包括了第一槽壁121和第二槽壁122，第一槽壁121和第二槽壁122之间形成有过渡段123，过渡段123的曲率半径为0mm至0.1mm，即在最优加工状态下，凹槽120仅包括第一槽壁121和第二槽壁122，这种情况下光线经过凹槽120进行折射后准直度高，且杂散光很少，但是在实际生产加工过程中，很难在透光结构本体110之上直接形成第一槽壁121和第二槽壁122，第一槽壁121和第二槽壁122之间会形成有过渡段123，在本申请实施例中过渡段123的曲率半径为0mm至0.1mm，能够对杂散光进行很好地抑制，避免因过渡段123的曲率半径过大而导致杂散光的产生，可以理解的是，如若过渡段123的曲率半径大于0.1mm，则极容易产生较多的杂散光，容易降低三维打印的打印效果。

如图6和图8中所示，其中标记r即为过渡段123的曲率半径，该过渡段123是加工需要自然形成的，该面的半径r越大，经透光结构100后的光线越容易在过渡的作用下变成大角度光线，形成杂散光，其半径r的值越小越好，为0≤r≤0.1mm。

在该技术方案中，凹槽120包括了第一槽壁121和第二槽壁122，第一槽壁121与第二槽壁122的夹角大于或等于20°，且小于90°，基于此本申请实施例提供了第一槽壁121和第二槽壁122两个壁面之间的夹角关系，为了保障光线的准直度，第一槽壁121与第二槽壁122的夹角需要为锐角，而为了对杂散光进行抑制该夹角的取值越大越佳，故而本申请实施例提供了20°至90°的角度范围，在该角度范围内，能够保障光线的准直度，同时能够最大限度地抑制杂散光。可以理解的是，如若第一槽壁121与第二槽壁122的夹角小于20°，则容易产生杂散光，如若第一槽壁121与第二槽壁122的夹角大于90°，也容易产生更多杂散光。

可以理解的是，如图6和图8中所示，其中标记β即为第一槽壁121与第二槽壁122的夹角，该值越大越好加工，该值的锐角范围为90＞β≥20°

在该技术方案中，凹槽120包括了第一槽壁121和第二槽壁122，且凹槽120的深度与透光结构本体110的厚度的比值小于0.4，基于此进一步对槽深进行了限定，在能够满足加工需求的情况下，槽深的深度取值越小对杂散光的抑制效果越佳，通过凹槽120的深度与透光结构本体110的厚度的比值小于0.4可以对杂散光进行很好地抑制，同时便于透光结构100的生产加工。

可以理解的是，凹槽120为多个，而多个凹槽120之间的槽深可以相同也可以不同，如图6和图8中所示，其中h即为槽深，e即为透光结构本体110的厚度，凹槽120的深度h可等距也可不等距根据设计需要调整，h的值在满足加工情况下越大越好，对应形成的杂散光越小，h值范围为0＜h＜0.4e。

如图1至图8所示，在一种可行的实施方式中，第一槽壁121与透光结构100的光轴方向的夹角小于第二槽壁122与光轴方向的夹角；相邻两个凹槽120的第一槽壁121之间的最短距离大于0.2mm且小于透光结构本体110的厚度；和/或第一槽壁121与光轴方向的夹角θ满足如下公式：

θ＝A+Bδ

其中，A和B均为预设常数、δ为第一槽壁121与透光结构本体110的光轴之间的最短距离。

在该技术方案中，进一步提供了第一槽壁121和第二槽壁122的位置关系，以及相邻两个凹槽120之间的距离关系，将垂直折射面112的方向作为光轴方向，第一槽壁121与光轴方向的夹角小于第二槽壁122与光轴方向的夹角；相邻两个凹槽120的第一槽壁121之间的最短距离大于0.2mm且小于透光结构本体110的厚度，在第一凹槽120之间的距离即为相邻两个凹槽120之间的距离，该距离越小，则对杂散光的抑制效果越佳，但是随着两个第一凹槽120之间距离的减小，在三维打印过程中，在屏幕上的光斑均匀性将会降低，本申请实施例相邻两个凹槽120的第一槽壁121之间的最短距离大于0.2mm且小于透光结构本体110的厚度，在保障了对杂散光进行有效抑制的前提下，能够确保光斑的均匀性；可以理解的是，如若两个凹槽120的第一槽壁121之间的最短距离小于0.2mm，则在屏幕上的光斑均匀性将会降低，如若两个凹槽120的第一槽壁121之间的最短距离大于透光结构本体110的厚度，则有可能产生过多的杂散光。

可以理解的是，如图6和图8所示，其中标记i即为相邻两个第一槽壁121之间的最小距离，即为相邻两个凹槽120的距离，e即为透光结构本体110的厚度。距离i可等距也可不等距，i的值越大杂散光越小，但到屏幕的光斑均匀性越差，根据设计需要调整，i值范围为0.2＜i＜e。

在该技术方案中，第一槽壁121与光轴方向的夹角θ满足如下公式：

θ＝A+Bδ

其中，A和B均为预设常数、δ为第一槽壁121与透光结构本体110的光轴之间的最短距离。如此设置，进一步提供了第一槽壁121的设置角度，为了提高准直度和对杂散光的抑制效果，第一槽壁121与光轴方向的夹角θ优选为0°，但是实际加工过程中很难能够加工形成，通过θ＝A+Bδ，便于凹槽120的加工形成，能够避免因机械加工的误差而导致凹槽120形成折射误差，能够更好地保障准直度，A和B的具体取值根据加工需要进行设定，A和B的取值在满足加工需要的基础上越小越好，以保证光线的有效准直。

可以理解的是，如图6和图8所示，其中标记θ为第一槽壁121与光轴方向的夹角，理想的θ为0，但在实际生产中不可能实现，需要一定角度才能成型。

如图1至图8所示，在一种可行的实施方式中，相邻两个第二槽壁122的曲率半径相同。

在该技术方案中，第二槽壁122是该透光结构100的主要进光面，每个第二槽壁122可根据需要单独设计，相邻两个第二槽壁122的曲率半径相同。

在一种可行的实施方式中，多个第二槽壁122之间至少有两个第二槽壁122的曲率半径不同。

在该技术方案中，第二槽壁122是该透光结构100的主要进光面，每个第二槽壁122可根据需要单独设计，多个第二槽壁122之间的曲率半径可以不同，但是多个多个第二槽壁122可以统一用一个函数式来表达便于凹槽120的加工。

在一种可行的实施方式中，第二槽壁122的曲率半径与三维打印设备300的显示屏310的显示外径的比值为0.1至30。

可以理解的是，显示外径为显示屏的外接圆的半径或直径，如在显示屏为矩形时，显示外径可以为矩形的四个角的外接圆的半径。

在该技术方案中，进一步提供了第二槽壁122的曲率半径，第二槽壁122的曲率半径与三维打印设备300的显示屏310的显示外径的比值为0.1至30如此设置能够保障光线有效进入到凹槽120之内，进一步再对光线进行折射，能够保障光线的准直度。

在一些示例中，显示外径可以标记为τ(附图中并未显示)，第二槽壁122的曲率半径的取值范围为0.1τ-30τ。

如图1至图8所示，在一种可行的实施方式中，入射面111的曲率半径与三维打印设备300的显示屏310的显示外径的比值大于或等于0.1。

在本申请实施例提供的透光结构100应用在三维打印设备300之中时，入射面111朝向于光源设置，入射面111可以为平面或凸面，只需要满足入射面111的平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值即可，入射面111的曲率半径与三维打印设备300的显示屏310的显示外径的比值大于或等于0.1能够保障光线经过透光结构本体110之后的准直度。

如图1至图8所示，在一种可行的实施方式中，透光结构本体110的厚度为0.5mm至50mm。

在该技术方案中，进一步提供了透光结构本体110的厚度，厚度为0.5mm至50mm，便于将透光结构100应用到光源装置200之中，同时便于透光结构100的生产加工。

如图9所示，根据本申请实施例的第二方面提出了一种光源装置200，包括：如上述任一技术方案的透光结构100；曲面透光结构210；发光组件220，曲面透光结构210设置在透光结构100和发光组件220之间。

本申请实施例提供的光源装置200，因包括了上述计算方案的透光结构100，因此该光源装置200具备上述计算方案的透光结构100的全部有益效果。

本申请实施例提供的光源装置200，可以应用到三维打印设备300之中，在使用过程中，发光组件220发出光线，光线经过曲面透光结构210之后再经过透光结构100的入射面111进入透光结构100，最后经由透光结构100的折射面112进行折射之后输出，经由发光组件220发出的光，可以通过曲面透光结构210校正得到均匀的光斑，再通过透光结构100的准直作用，最终在三维打印设备300的接受面LCD显示屏310上得到准直、均匀的光斑。且本通过透光结构100的使用，可以对杂散光进行抑制，能够提高三维打印的效果。

可以理解的是，均匀度，是指紫外光到接收面LCD屏幕上的最小光强与最大光强的比值。值越大，LCD屏幕接收到的紫外光辐射能量偏差越小，在打印3D模型时，同等时间下，使同一平面内达到比较一致的固化效果，打印效果越好。准直度，是指紫外光线与LCD屏幕所在平面法线的夹角。值越小，经过LCD屏幕所有区域的整体光线越都趋于平行光，打印的模型精度和打印效果越好。

可以理解的是，光源装置200可以包括UV光源221和光板222，光源装置200的光源可以包括COB光源、集成式光源、点光源、面光源、激光光源、汞灯。而光源装置200的封装可以为倒装或正装，光源装置200的具体封装方式本申请并不做限定。

如图9至图19所示，在一种可行的实施方式中，曲面透光结构210背离于发光组件220的一侧为凸面，凸面为球面或非球面；

其中，在凸面为非球面的情况下，非球面满足如下公式：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，如图7中点(x，y)相对中心点M在竖直方向上的距离，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，A2n、B2n的绝对值范围在0≤A2n＜1、0≤B2n＜1，n为大于1的正整数，如n＝2，3，4……，具体参数视对应场景调整其准确数值，在此不再详述。

可通过调整上述非球面的曲率半径调整非球面面型，曲率半径用于描述曲面的弯曲程度，可以近似的理解为，曲率半径越大，曲面的弯曲程度越小，曲率半径影响非球面的基本性质，如非球面的焦距，通过调整非球面的曲率半径可以使非球面达到最佳的光学效果。

在该技术方案中，曲面透光结构210背离于发光组件220的一侧为凸面，通过该凸面的选择，可以在光线经过曲面透光结构210指示可以形成均匀的光斑，能够提高光线的均匀度，进一步地，凸面可以为球面，如此设置便于曲面透光结构210的生产加工。

在一些示例中，曲面透光结构210由高硼硅玻璃制成，如此设置可以提高曲面透光结构210的透光性。

可以理解的是，用于制备曲面透光结构210的材料还可以为PMMA、PC等塑料材料，高硼硅玻璃、石英玻璃、H-K9、H-K51等玻璃材料中的一者。

如图9所示，在一种可行的实施方式中，光源装置200还包括：遮光件230，位于曲面透光结构210和透光结构100之间；和/或遮光件230朝向于曲面透光结构210的一侧设置有吸光层；和/或遮光件230的厚度小于100mm；和/或遮光件230与透光结构100之间的距离小于或等于10mm。

在该技术方案中，光源装置200还可以包括遮光件230，通过遮光件230的设置可以遮挡经过曲面透光结构210之后的多余的光，能够对杂散光起到吸收的作用，避免过多的杂散光经由透光结构100射出。

在该技术方案中，遮光件230朝向于曲面透光结构210的一侧设置有吸光层，便于通过吸光件充分吸收多余的光，吸光层可以由吸光材料制成，如吸光层可以是涂覆在遮光件230上的吸光涂料制成，优选地，为了提高吸光效率，吸光层可以为黑色吸光涂层。

在该技术方案中，遮光件230的厚度小于100mm，如此设置能够避免因遮光件230的厚度过大而影响光线的传播。

在该技术方案中，遮光件230与所述透光结构100之间的距离小于或等于10mm。如此设置使得遮光件230能够靠近于透光结构100设置，能够避免经由发光组件220传出的光通过曲面透光结构210之后的杂散光进入到透光结构100之内。

如图9和图20所示，其中标记d为遮光件230的厚度。

在一些示例中，遮光件230可以为框状，遮光件230的中空区域为透光区域，透光区域的形状与三维打印设备300的显示屏310的大小相同。

在一些示例中，遮光件230可以铝、铁等金属材料及其合金材料，也可以有PMMA、PC、玻璃等非金属材料制成，并表面处理为氧化黑色或者其他吸光处理。

在一些示例中，为了提高光线的准直度、均匀度和抑制杂散光，发光组件220、曲面透光结构210和透光结构100的中心轴重合设置，遮光件230与三维打印设备300的显示屏310的中心轴重合设置，显示屏310的中心轴与发光组件220最佳相对位置是处于同一中心轴，但是显示屏310与发光模块之间也可以存在一定的中心轴偏离，在偏离10mm的情况下也可以具备有益的打印效果。

如图20和图21所示，根据本申请实施例的第三方面提出了一种三维打印设备300，包括：如上述任一技术方案的光源装置200；显示屏310，设置在光源装置200背离于发光组件220的一侧。

本申请实施例提供的三维打印设备300，因包括了上述技术方案的光源装置200，因此本申请实施例提供的三维打印设备300具备上述技术方案的光源装置200的全部有益效果。

在一些示例中，三维打印设备300还包括底座和料槽，底座上设置有显示屏310，显示屏310用于显示图像，以使光源装置200发出光线以特定轮廓通过显示屏310后固化树脂。料槽和光源装置200分别设置在显示屏310相反的两侧，以使光线可以穿过显示屏310以固化树脂，如显示屏310可以设置在底座顶端，料槽放置在显示屏310上，光源装置200设置在底座内，即位于显示屏310下方，光源装置200的光线由下至上投射。或者，还可以是光源装置200位于显示屏310上方，料槽位于显示屏310下方，光源装置200的光线由上至下投射。本实施方式中，以光源装置200的光线由下至上投射的方式为例。

光源装置200包括发光组件220，发光组件220发出的光线以光束的形式传播，光束具有如下性质：光束中的光线以中心光线为轴，呈近似的圆锥状逐渐向外发散，越靠近光束边缘的光线的传播角度与中心光线的夹角越大，光线的疏密程度由中心光线到边缘逐渐稀疏。在没有外部干预的情况下，发光组件220的光束在目标面上的投影将呈现由中心向外逐渐变暗的投影光斑。这样的光束如果直接用于树脂固化，一方面将导致模型边缘固化慢，容易发生脱模失败，另一方面，边缘的光线与显示屏310或者说离型膜的角度过大，将导致模型成形精度下降，如成形面积相较预设轮廓扩大等情况。为避免上述问题，本实施方式中，在发光组件220和显示屏310之间依次设置有曲面透光结构210和透光结构100，曲面透光结构210对发光组件220发出的光线进行第一次折射，如根据光束中不同位置的光线进行不同程度的折射，使得光线穿过曲面透光结构210的传播方向发生变化，进而使得光线稀疏的区域的光线逐渐相互靠近，实现稀疏区域光线的密集化处理，进而可以实现光线在经过曲面透光结构210后变为较均匀的光线。一些实施方式中，经过曲面透光结构210处理后的光线仍以光束的形式进行传播，继续通过透光结构100，透光结构100对光线起到第二次折射作用，使得光线汇聚，将光线的传播角度调整为同一方向，即光线的准直化，同时可以对杂散光进行抑制。

本申请实施例提供的三维打印设备300，主要通过曲面透光结构210进行光线的均匀化，透光结构100进行光线的准直化和杂散光的抑制，使得投射到显示屏310的光线能精准固化打印树脂。现有技术中，为保证投射光的准直度，通常采用如筒状挡板等滤光装置将大角度的光线过滤，将导致投射光的光强减弱，投影面积将受限，如单一光源的投射光无法覆盖整个显示区域，也无法保证投射光的均匀程度。与现有技术相比，本申请文件中，曲面透光结构210通过对光线的折射改变光线的传播角度，调整光线的疏密程度，经均匀化后的光线经过透光结构100的折射，进一步改变光线的传播角度，使得光线延同一方向传播，即光线经过均匀化和准直化后投射到显示屏310上，保证打印树脂均匀固化以及提高固化的精准程度。

如图20和图21所示，在一些示例中，显示屏310可以为长方形，而透光结构100的长度方向可以沿着显示屏310的长度方向布置。

如图20和图21所示，在一种可行的实施方式中，透光结构100的焦距与显示屏310的显示外径的比值为0.2至2。

在该技术方案中，进一步提高了透光结构100的焦距与显示屏310之间的比例关系，透光结构100的焦距与显示屏310的显示外径的比值为0.2至2，能够确保投射在显示屏310之上的光线均匀、准直，能够提高打印效果。

可以理解的是，显示外径为显示屏的外接圆的半径或直径，如在显示屏为矩形时，显示外径可以为矩形的四个角的外接圆的半径。

在一些示例中，透光结构100的焦距可以计为f2，显示外径可以计为τ，透光结构100的焦距f2的取值范围为0.2τ≤f2≤2τ。

在一种可行的实施方式中，曲面透光结构210的焦距f1满足如下公式：

0.1(b+c)≤f1≤1.5(b+c)

其中，b为发光组件220与透光结构100的折射面112之间的最短距离，c为折射面112与显示屏310之间的最短距离。

在该技术方案中，进一步提供了曲面透光结构210的焦距f1。曲面透光结构210的焦距是基于发光组件220与透光结构100之间的位置关系，以及透光结构100与显示屏310之间的位置关系确定的，能够提高光线经过曲面透光结构210之后的均匀度。

如图20所示，设LCD显示屏310的显示外径值为τ；a为发光组件220与曲面透光结构210的顶点的距离，a值的范围可为5mm-100mm；b为发光组件220到透光结构100最高点的垂直距离，该值的范围为0.2τ≤b≤5τ；c为透光结构100最高点与显示屏310最高点的距离，该值的范围为0＜c＜0.5b；遮光件230与透光结构100的最佳距离是0mm，但其距离不超过10mm。

在一种可行的实施方式中，曲面透光结构210的顶点与发光组件220之间的最短距离为5mm至100mm。

在该技术方案中，进一步提供了曲面透光结构210的顶点与发光组件220之间的距离，通过5mm至100mm的选取，控制了光线经过发光组件220进入到曲面透光结构210的传播路径，可以提高经由曲面透光结构210输出的光线的均匀度。

在一种可行的实施方式中，发光组件220的发光面与透光结构100的折射面112之间的最短距离与显示屏310的显示外径的比值为0.2至5。

在该技术方案中，进一步提供了发光组件220与透光结构100之间的位置关系，发光组件220的发光面与透光结构100的折射面112之间的最短距离与显示屏310的显示外径的比值为0.2至5，如此设置能够控制光线经由透光组件投出的路线，能够保障准直度、均匀性，同时可以对杂散光进行高效抑制。

在一种可行的实施方式中，折射面112与显示屏310之间的距离与发光组件220与透光结构100的折射面112之间的最短距离的比值小于或等于0.5。

在该技术方案中，进一步提供了折射面112与显示屏310之间的位置关系，入场设置能够合理控制光线进入到透光组件内的路径和光线经由透光组件射出投射到显示屏310之上的光线路径，可以在显示屏310之上准确成像，可以提高三维打印的效果。

一方面，本实用新型实施例提供了

1.一种透光结构100，包括：

透光结构本体110，透光结构本体110包括入射面111和折射面112；

多个凹槽120，形成于折射面112上；

其中，入射面111的平整度小于或等于透光结构本体110的厚度与凹槽120深度的差值。

2.根据1所述的透光结构100，凹槽120包括：第一槽壁121和第二槽壁122，第一槽壁121和第二槽壁122之间形成有过渡段123；其中，过渡段123的曲率半径为0mm至0.1mm；和/或第一槽壁121与第二槽壁122的夹角大于或等于20°，且小于90°；和/或凹槽120的深度与透光结构本体110的厚度的比值小于0.4。

3.根据2所述的透光结构100，将垂直折射面112的方向作为光轴方向，第一槽壁121与光轴方向的夹角小于第二槽壁122与光轴方向的夹角；相邻两个凹槽120的第一槽壁121之间的最短距离大于0.2mm且小于透光结构本体110的厚度；和/或第一槽壁121与光轴方向的夹角θ满足如下公式：

θ＝A+Bδ

其中，A和B均为预设常数、δ为第一槽壁121与透光结构本体110的光轴之间的最短距离。

4.根据2所述的透光结构100，相邻两个第二槽壁122的曲率半径相同，第二槽壁122的曲率半径与三维打印设备300的显示屏310的显示外径的比值为0.1至30；或多个第二槽壁122之中至少两个第二槽壁122的曲率半径不同，第二槽壁122的曲率半径与三维打印设备300的显示屏310的显示外径的比值为0.1至30。

5.根据1至4中任一项所述的透光结构100，入射面111的曲率半径与三维打印设备300的显示屏310的显示外径的比值大于或等于0.1；和/或透光结构本体110的厚度为0.5mm至50mm。

另一方面，本实用新型还提供

6.一种光源装置200，包括：如1至5中任一项所述的透光结构100；曲面透光结构210；发光组件220，曲面透光结构210设置在透光结构100和发光组件220之间。

7.根据6所述的光源装置200，曲面透光结构210背离于发光组件220的一侧为凸面，凸面为球面或非球面；

其中，在凸面为非球面的情况下，非球面满足如下公式：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，n为大于等于1的正整数；和/或

曲面透光结构210由高硼硅玻璃制成。

8.根据6所述的光源装置200，还包括：遮光件230，位于曲面透光结构210和透光结构100之间；和/或遮光件230朝向于曲面透光结构210的一侧设置有吸光层；和/或遮光件230的厚度小于100mm；和/或遮光件230与透光结构100之间的距离小于或等于10mm；和/或遮光件可以为框状，遮光件的中空区域为透光区域，透光区域的形状与三维打印设备的显示屏的大小相同。

又一方面，本实用新型还提供

9.一种三维打印设备300，包括：

如6至8中任一项所述的光源装置200；

显示屏310，设置在光源装置200背离于发光组件220的一侧。

10.根据9所述的三维打印设备300，

透光结构100的焦距与显示屏310的显示外径的比值为0.2至2；和/或

曲面透光结构210的焦距f1满足如下公式：

0.1(b+c)≤f1≤1.5(b+c)

其中，b为发光组件220与透光结构100的折射面112之间的最短距离，c为折射面112与显示屏310之间的最短距离；和/或

曲面透光结构210的顶点与发光组件220之间的最短距离为5mm至100mm；和/或

发光组件220的发光面与透光结构100的折射面112之间的最短距离与显示屏310的显示外径的比值为0.2至5；和/或

折射面112与显示屏310之间的距离与发光组件220与透光结构100的折射面112之间的最短距离的比值小于或等于0.5。

在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透光结构，用于3D打印机，其特征在于，包括：

透光结构本体，所述透光结构本体包括入射面和折射面；

多个凹槽，形成于所述折射面上；

其中，所述入射面的平整度小于或等于所述透光结构本体的厚度与所述凹槽深度的差值。

2.根据权利要求1所述的透光结构，其特征在于，

所述凹槽包括：第一槽壁和第二槽壁，所述第一槽壁和所述第二槽壁之间形成有过渡段；

其中，所述过渡段的曲率半径为0mm至0.1mm，和/或，所述第一槽壁与所述第二槽壁的夹角大于或等于20°，且小于90°，和/或，所述凹槽的深度与所述透光结构本体的厚度的比值小于0.4。

3.根据权利要求2所述的透光结构，其特征在于，

所述第一槽壁与所述透光结构本体的光轴方向的夹角小于所述第二槽壁与所述光轴方向的夹角；

相邻两个凹槽的第一槽壁之间的最短距离大于0.2mm且小于透光结构本体的厚度；和/或

所述第一槽壁与所述光轴方向的夹角θ满足如下公式：

θ＝A+Bδ

其中，A和B均为预设常数、δ为第一槽壁与透光结构本体的光轴之间的最短距离。

4.根据权利要求2所述的透光结构，其特征在于，

相邻两个第二槽壁的曲率半径相同，且所述第二槽壁的曲率半径与三维打印设备的显示屏的显示外径的比值为0.1至30；或

多个第二槽壁之间至少有两个第二槽壁的曲率半径不同，且所述第二槽壁的曲率半径与三维打印设备的显示屏的显示外径的比值为0.1至30。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的透光结构，其特征在于，

所述入射面的曲率半径与三维打印设备的显示屏的显示外径的比值大于或等于0.1；和/或

所述透光结构本体的厚度为0.5mm至50mm。

6.一种光源装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任一项所述的透光结构；

曲面透光结构；

发光组件，所述曲面透光结构设置在所述透光结构和所述发光组件之间。

7.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，

所述曲面透光结构背离于所述发光组件的一侧为凸面，所述凸面为球面或非球面；

其中，在所述凸面为非球面的情况下，所述非球面满足如下公式：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，n为大于等于1的正整数；和/或

所述曲面透光结构由高硼硅玻璃制成。

8.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，还包括：

遮光件，位于所述曲面透光结构和所述透光结构之间；和/或

所述遮光件朝向于所述曲面透光结构的一侧设置有吸光层；和/或

所述遮光件的厚度小于100mm；和/或

所述遮光件与所述透光结构之间的距离小于或等于10mm；和/或

所述遮光件可以为框状，所述遮光件的中空区域为透光区域，所述透光区域的形状与三维打印设备的显示屏的大小相同。

9.一种三维打印设备，其特征在于，包括：

如权利要求6至8中任一项所述的光源装置；

显示屏，设置在所述光源装置背离于所述发光组件的一侧。

10.根据权利要求9所述的三维打印设备，其特征在于，

所述透光结构的焦距与所述显示屏的显示外径的比值为0.2至2；和/或

所述曲面透光结构的焦距f1满足如下公式：

0.1(b+c)≤f1≤1.5(b+c)

其中，b为所述发光组件与所述透光结构的折射面之间的最短距离，c为所述折射面与所述显示屏之间的最短距离；和/或

所述曲面透光结构的顶点与所述发光组件之间的最短距离为5mm至100mm；和/或

所述发光组件的发光面与所述透光结构的折射面之间的最短距离与所述显示屏的显示外径的比值为0.2至5；和/或

所述折射面与所述显示屏之间的距离与所述发光组件与所述透光结构的折射面之间的最短距离的比值小于或等于0.5。

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