CN220749883U - 照明光源和图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种照明光源和图像传感器。照明光源包括：光源架体，光源架体的内部具有型腔，型腔沿照明光源的出光方向被分为相互连通的第一腔体和第二腔体；光源结构，至少部分光源结构设置在第一腔体中；导光结构，导光结构设置在第二腔体中，导光结构的侧壁沿出光方向呈弧面状，导光结构的出光面由一个球面和多个平面组成，球面的至少两侧设置有平面。本实用新型解决了现有技术中的照明光源存在高亮度和小型化难以同时兼顾的问题。

Description

照明光源和图像传感器

技术领域

本实用新型涉及图像传感设备技术领域，具体而言，涉及一种照明光源和图像传感器。

背景技术

图像传感器在工业检测领域对条码状物品、带状物品进行检测时，通常需要采用线性的照明光源对待测物品进行照射，现有的应用在图像传感器中的照明光源仍存在光源亮度不够的问题，会造成检测信息不准确的问题。同时，受制于图像传感器空间的限制，照明光源的体积需要进一步的小型化。

也就是说，现有技术中的照明光源存在高亮度和小型化难以同时兼顾的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种照明光源和图像传感器，以解决现有技术中的照明光源存在高亮度和小型化难以同时兼顾的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种照明光源，包括：光源架体，光源架体的内部具有型腔，型腔沿照明光源的出光方向被分为相互连通的第一腔体和第二腔体；光源结构，至少部分光源结构设置在第一腔体中；导光结构，导光结构设置在第二腔体中，导光结构的侧壁沿出光方向呈弧面状，导光结构的出光面由一个球面和多个平面组成，球面的至少两侧设置有平面。

进一步地，光源架体在出光方向上的高度大于等于7mm且小于等于10mm。

进一步地，导光结构的入光面的中心部分朝向远离光源结构的方向凹入，球面沿远离光源结构的方向凸出，入光面与球面中心对齐。

进一步地，导光结构呈条状，条状的导光结构具有中心线，导光结构沿中心线呈轴对称设置，多个平面包括第一平面和第二平面，第一平面、球面和第二平面顺次连接，第一平面远离球面的一侧与导光结构的一侧的侧壁连接，第二平面远离球面的一侧与导光结构的另一侧的侧壁连接。

进一步地，第一平面和第二平面均与光源结构平行，且第一平面和第二平面处于同一平面内。

进一步地，第一腔体与光源结构形状适配，第二腔体与导光结构形状适配，第一腔体与光源架体的一组相对两端中的一端间隔设置，第二腔体与光源架体的一组相对两端中的另一端连通。

进一步地，第二腔体远离第一腔体的一侧的壁面具有限位凸台，限位凸台向内伸出以将导光结构限位在第二腔体中。

进一步地，球面的直径小于等于5mm；和/或导光结构的入光面由一个凹面和两个端面组成，凹面的两侧分别连接有一个端面。

进一步地，光源结构包括基板和搭载在基板上的发光件，第一腔体沿出光方向被分为第一子腔和第二子腔，第二子腔在第一子腔上的投影落入第一子腔中，基板容置在第一子腔中，至少部分发光件容置在第二子腔中。

进一步地，导光结构的侧壁沿出光方向由多个直面段顺次连接组成，多个直面段中的相邻两个直面段呈角度连接，且多个直面段与导光结构的中心线的夹角沿出光方向逐渐减小。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种图像传感器，包括上述的照明光源，图像传感器具有待扫描面，照明光源发射的光倾斜照射在待扫描面上。

应用本实用新型的技术方案，照明光源包括光源架体、光源结构和导光结构，光源架体的内部具有型腔，型腔沿照明光源的出光方向被分为相互连通的第一腔体和第二腔体；至少部分光源结构设置在第一腔体中；导光结构设置在第二腔体中，导光结构的侧壁沿出光方向呈弧面状，导光结构的出光面由一个球面和多个平面组成，球面的至少两侧设置有平面。

光源架体具有型腔，且型腔分为第一腔体和第二腔体，使得第一腔体为光源结构提供了容置空间，第二腔体为导光结构提供了容置空间，有利于保证光源结构和导光结构的相对位置稳定性，以保证照明光源的使用可靠性。通过合理规划导光结构的侧壁以及出光面的形状，设置导光结构的侧壁沿出光方向呈弧面状，导光结构的出光面由一个球面和多个平面组成，球面的至少两侧设置有平面，使得不用增加导光结构高度即可增加导光结构的聚光效果，使得经导光结构的光线更加集中，有利于提高待扫描面上的光照亮度，同时实现了照明光源小型化，有利于照明光源应用在空间不足的图像传感器中。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的一个可选实施例的照明光源的结构示意图；

图2示出了图1中的照明光源的光源架体和散热齿的配合关系图；

图3示出了图1中的导光结构的一个角度的示意图；

图4示出了图1中的导光结构的另一个角度的示意图；

图5示出了本实用新型的照明光源的光路图；

图6示出了本实用新型的照明光源的模拟光斑效果图；

图7示出了本实用新型的一个可选实施例的图像传感器的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、光源架体；11、第一腔体；111、第一子腔；112、第二子腔；12、第二腔体；13、限位凸台；21、基板；22、发光件；30、导光结构；31、球面；32、第一平面；33、第二平面；34、凹面；35、端面；41、第一直面段；42、第二直面段；43、第三直面段；44、第四直面段；45、第五直面段；46、第六直面段；50、中心线；60、散热齿；70、透镜；80、光电转换芯片；90、待扫描面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为了解决现有技术中的照明光源存在高亮度和小型化难以同时兼顾的问题，本实用新型提供了一种照明光源和图像传感器。

如图1至图6所示，照明光源包括光源架体10、光源结构和导光结构30，光源架体10的内部具有型腔，型腔沿照明光源的出光方向被分为相互连通的第一腔体11和第二腔体12；至少部分光源结构设置在第一腔体11中；导光结构30设置在第二腔体12中，导光结构30的侧壁沿出光方向呈弧面状，导光结构30的出光面由一个球面31和多个平面组成，球面31的至少两侧设置有平面。

光源架体10具有型腔，且型腔分为第一腔体11和第二腔体12，使得第一腔体11为光源结构提供了容置空间，第二腔体12为导光结构30提供了容置空间，有利于保证光源结构和导光结构30的相对位置稳定性，以保证照明光源的使用可靠性。通过合理规划导光结构30的侧壁以及出光面的形状，设置导光结构30的侧壁沿出光方向呈弧面状，导光结构30的出光面由一个球面31和多个平面组成，球面31的至少两侧设置有平面，使得不用增加导光结构30高度即可增加导光结构30的聚光效果，使得经导光结构30的光线更加集中，有利于提高待扫描面90上的光照亮度，同时实现了照明光源小型化，有利于照明光源应用在空间不足的图像传感器中。

具体的，光源结构的光轴与导光结构30的光轴重合，光源结构与导光结构30在光轴上的距离可为0，以使得光源结构的发光件22表面与导光结构30的凹面34贴合，同时约束光源架体10在出光方向上的高度大于等于7mm且小于等于10mm，这样设置有利于压缩照明光源的高度，有利于实现小型化；同时能够保证光源结构发射的大部分光能够进入导光结构30中，增加光效。

如图3所示，导光结构30的入光面的中心部分朝向远离光源结构的方向凹入，球面31沿远离光源结构的方向凸出，入光面与球面31中心对齐。这样设置使得光源结构中心发射的光束能够顺次经过入光面凹入的部分、出光面的聚光垂直出射至待扫描面90上，使得中心光束的光更加集中。同时导光结构30的入光面的凹入部分能够形成一个腔体以用于光源结构的至少部分容置在其中，保证导光结构30与光源结构的配合紧密性，保证聚光效果，缩小占用空间。

如图3所示，导光结构30呈条状，条状的导光结构30具有中心线50，导光结构30沿中心线50呈轴对称设置，多个平面包括第一平面32和第二平面33，第一平面32、球面31和第二平面33顺次连接，第一平面32远离球面31的一侧与导光结构30的一侧的侧壁连接，第二平面33远离球面31的一侧与导光结构30的另一侧的侧壁连接。导光结构30的出光面由一个凸状的球面31和两个平面组成，两个平面分别与凸状的球面31的两侧连接，通过合理优化导光结构30的出光面，结合侧壁面，优化导光结构30的形状，有利于导光结构30对光源结构发出的光线进行汇聚，提高光照亮度，在不增加导光结构30高度的前提下增加聚光效果，有利于实现照明光源体积的小型化。其中，导光结构30的材料可以选择PC或者PMMA等材质。

具体的，第一平面32和第二平面33均与光源结构平行，且第一平面32和第二平面33处于同一平面内，以使得第一平面32与第二平面33平齐，同时第一平面32与第二平面33尺寸相同。

具体的，第一腔体11与光源结构形状适配，第二腔体12与导光结构30形状适配，也就是说，第一腔体11的形状与光源结构的外形相匹配，以使得第一腔体11不仅为光学结构提供容置空间，同时对光源结构形成限位；导光结构30的外形与第二腔体12的形状相匹配，以使得第二腔体12不仅为导光结构30提供了容置空间，同时对导光结构30形成限位，以保证在使用过程中光源结构与导光结构30的位置不会发生变化，保证相对位置稳定性，进而保证聚光光路的稳定性。第一腔体11与光源架体10的一组相对两端中的一端间隔设置，第二腔体12与光源架体10的一组相对两端中的另一端连通，参考图2，第一腔体11的底端与光源架体10的背光侧的一端间隔设置，第二腔体12与光源架体10的出光侧的一端连通，也就是说第二腔体12与外部空间连通。

如图2所示，照明光源呈条状，即光源架体10也呈条状，第二腔体12远离第一腔体11的一侧的内壁面具有限位凸台13，限位凸台13向内伸出以将导光结构30限位在第二腔体12中。限位凸台13为两个，两个限位凸台13均光源架体10的延伸方向进行连续延伸，两个限位凸台13分别位于第二腔体12的两侧的侧壁上，两个限位凸台13朝向发光结构的一侧表面分别与第一平面32和第二平面33部分抵接，通过第二腔体12和限位凸台13将导光结构30进行限位固定，以保证导光结构30的稳定性。

具体的，球面31的直径小于等于5mm；在本申请中，出光面的球面31的直径为4.5mm。

如图1和图3所示，导光结构30的入光面由一个凹面34和两个端面35组成，凹面34的两侧分别连接有一个端面35，两个端面35位于同一平面内。凹面34朝向远离光源结构的方向凹入以形成一个容纳腔，至少部分发光件22容置在容纳腔中，此容纳腔的尺寸可以根据发光件22的尺寸具体确定，本实施例中，容纳腔的直径<4mm，放置发光件22时，应让发光件22的中心与入光面中心对准，发光件22的最低发光位置与端面35平行并在端面35的下方。

如图1所示，光源结构包括基板21和搭载在基板21上的发光件22，第一腔体11沿出光方向被分为第一子腔111和第二子腔112，第二子腔112在第一子腔111上的投影落入第一子腔111中，基板21容置在第一子腔111中，至少部分发光件22容置在第二子腔112中。发光件22为多个，多个发光件22线性等间隔设置在基板21上，发光件22发出的光线通过凹面34进入导光结构30，发光件22发出的中心光线依次通过凹面34、球面31的聚光输出，发光件22发射的边缘光线经凹面34入射至导光结构30的侧壁上，经全反射后由第一平面32和第二平面33进行汇聚输出。基板21用于为发光件22提供电路，优选为铝材质，有利于散热，有效保护发光件22；发光件22具体为半球状的LED，以此进一步的达到聚光的效果。

具体的，导光结构30的侧壁为全反射面，侧壁沿出光方向由多个直面段顺次连接组成，多个直面段中的相邻两个直面段呈角度连接，且多个直面段与导光结构30的中心线50的夹角沿出光方向逐渐减小。在本实施例中，导光结构30的一侧的侧壁由六个直面段组成，六个直面段沿出光方向依次为第一直面段41、第二直面段42、第三直面段43、第四直面段44、第五直面段45和第六直面段46，第一直面段41与中心线50的夹角为28.9°；第二直面段42与中心线50的夹角为22.45°；第三直面段43与中心线50的夹角为17.8°；第四直面段44与中心线50的夹角为14.8°；第五直面段45与中心线50的夹角为11.7°；第六直面段46与中心线50的夹角为9.4°。

如图1所示，照明光源还包括散热齿60，散热齿60设置在光源架体10的外壁面上，且位于光源架体10的背光侧。散热齿60可以采用金属材质，通过散热齿60可以让光源结构发光产生的热量快速的散失，达到快速散热的效果；可选地，也可以采用风扇进行散热。

参考图5，为本申请的照明光源的光路图，以其中一个发光件22为例进行阐述，发光件22发出的大角度的光线，以发光件22发出光线到中心线50的角度进行定义，55°以上的光线，照射到侧壁上，进一步照射到第一平面32和第二平面33，当然还有部分光线通过侧壁的全反射之后，光线经过球面31进行汇聚。而另外一侧部分光线，34.5°到55°之间光线，则通过侧壁的全反射之后，主要通过第三直面段43至第六直面段46的全反射，光线由端面35射出，光线会经过端面35的折射，向待扫描面90进行汇聚。而18.5°到34.5°之间的光线，会通过凹面34和球面31进行汇聚，汇聚到待扫描面90，进一步提高光照亮度。

如图3所示，导光结构30的横向宽度小于8mm，该横向宽度即为垂直于出光方向上的宽度，这样设置实现了照明光源的小型化。

如图6所示，是本申请的照明光源的模拟光斑效果图，通过导光结构30的这种汇聚方案，使得各部分角度的光线都起到一定的汇聚作用，以此在待扫描面90上形成一定宽度的均匀光斑的效果。此光斑呈长条形形状。

如图7所示，本实用新型还提供了一种图像传感器，图像传感器包括上述的照明光源，图像传感器具有待扫描面90，照明光源发射的光倾斜照射在待扫描面90上。图像传感器至少还包括壳体和设置在壳体中的透镜70、光电转换芯片80，照明光源倾斜设置在透镜70的外周侧，光电转换芯片80在透镜70的光轴方向上。

在使用小体积的图像传感器的时候，大尺寸的照明光源，无法靠近待扫描面90，使得光照亮度不足，也就是说，这样会造成背景和识别物的信息无法得到区分，从而增加后续图像识别算法的难度。图像传感器使用本申请的高效聚光、小型化的照明光源，由于导光结构30的优化，可以使得光源能够进一步的靠近待扫描面90，同时利用其有效的聚光，达到了体积小型化的同时，增加了照明光源的照射亮度。

图像传感器的工作原理：照明光源发出的光照射到待扫描面90，反射回来的光线经过透镜70，照射到光电转换芯片80上，光电转换芯片80将光信号转换成电信号进行输出，通过后续的图像处理等进一步的得到待扫描面90上的图像信息。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述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 (11)

1.一种照明光源，其特征在于，包括：

光源架体(10)，所述光源架体(10)的内部具有型腔，所述型腔沿所述照明光源的出光方向被分为相互连通的第一腔体(11)和第二腔体(12)；

光源结构，至少部分所述光源结构设置在所述第一腔体(11)中；

导光结构(30)，所述导光结构(30)设置在所述第二腔体(12)中，所述导光结构(30)的侧壁沿所述出光方向呈弧面状，所述导光结构(30)的出光面由一个球面(31)和多个平面组成，所述球面(31)的至少两侧设置有所述平面。

2.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于，所述光源架体(10)在所述出光方向上的高度大于等于7mm且小于等于10mm。

3.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于，所述导光结构(30)的入光面的中心部分朝向远离所述光源结构的方向凹入，所述球面(31)沿远离所述光源结构的方向凸出，所述入光面与所述球面(31)中心对齐。

4.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于，所述导光结构(30)呈条状，条状的所述导光结构(30)具有中心线(50)，所述导光结构(30)沿所述中心线(50)呈轴对称设置，

多个所述平面包括第一平面(32)和第二平面(33)，所述第一平面(32)、所述球面(31)和所述第二平面(33)顺次连接，所述第一平面(32)远离所述球面(31)的一侧与所述导光结构(30)的一侧的侧壁连接，所述第二平面(33)远离所述球面(31)的一侧与所述导光结构(30)的另一侧的侧壁连接。

5.根据权利要求4所述的照明光源，其特征在于，所述第一平面(32)和所述第二平面(33)均与所述光源结构平行，且所述第一平面(32)和所述第二平面(33)处于同一平面内。

6.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于，所述第一腔体(11)与所述光源结构形状适配，所述第二腔体(12)与所述导光结构(30)形状适配，所述第一腔体(11)与所述光源架体(10)的一组相对两端中的一端间隔设置，所述第二腔体(12)与所述光源架体(10)的一组相对两端中的另一端连通。

7.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于，所述第二腔体(12)远离所述第一腔体(11)的一侧的壁面具有限位凸台(13)，所述限位凸台(13)向内伸出以将所述导光结构(30)限位在所述第二腔体(12)中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明光源，其特征在于，

所述球面(31)的直径小于等于5mm；和/或

所述导光结构(30)的入光面由一个凹面(34)和两个端面(35)组成，所述凹面(34)的两侧分别连接有一个所述端面(35)。

9.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于，所述光源结构包括基板(21)和搭载在所述基板(21)上的发光件(22)，所述第一腔体(11)沿所述出光方向被分为第一子腔(111)和第二子腔(112)，所述第二子腔(112)在所述第一子腔(111)上的投影落入所述第一子腔(111)中，所述基板(21)容置在所述第一子腔(111)中，至少部分所述发光件(22)容置在所述第二子腔(112)中。

10.根据权利要求1所述的照明光源，其特征在于，所述导光结构(30)的侧壁沿所述出光方向由多个直面段顺次连接组成，多个所述直面段中的相邻两个所述直面段呈角度连接，且多个所述直面段与所述导光结构(30)的中心线(50)的夹角沿所述出光方向逐渐减小。

11.一种图像传感器，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的照明光源，所述图像传感器具有待扫描面(90)，所述照明光源发射的光倾斜照射在所述待扫描面(90)上。