一种远心平行光源的制作方法

本发明涉及视觉检测和影像测量技术领域，尤其是视觉检测和影像测量仪用的一种远心平行光源。

背景技术：

平行光又称为方向光(directionallight)，是一组平行的光线，无论成像面到光源的距离如何变化，在成像面上的光斑的形状和大小仍然保持一致。在视觉检测和影像测量仪技术领域里，平行光源有其独特的应用方式，因而使用极其广泛。现有技术中，平行光源都是用一个点光源加凸透镜做成，点光源位于凸透镜的焦点处，利用凸透镜的折射原理产生平行光。这种平行光没有任何处理措施，导致光源均匀性差、难以去除像差且视场边缘不够清晰、锐利。

技术实现要素：

本发明提供一种远心平行光源，解决现有远心平行光源产生的平行光效果差的问题。

本发明提供一种远心平行光源，包括沿光路顺次设置的光源、第一离轴椭球面集光器、第二离轴椭球面集光器、复眼透镜组、第一光阑、双胶合透镜和准直透镜；所述光源位于第一离轴椭球面集光器的光线入射端的焦点上，第一离轴椭球面集光器的光线出射端的焦点和第二离轴椭球面集光器的光线入射端的焦点位于同一位置，所述复眼透镜组位于第二离轴椭球面集光器的光线出射端的焦点上；所述复眼透镜组、第一光阑、双胶合透镜和准直透镜同轴设置，经第二离轴椭球面集光器反射的光线的中心光轴与复眼透镜组同轴；第一光阑设有贯穿的通孔，透过复眼透镜组的光线仅通过所述第一光阑的通孔射向双胶合透镜。

优选的，所述光源的主光轴l4以及所述第一离轴椭球面集光器的集光角a满足主光轴l4为集光角a的角平分线的条件。

优选的，所述第一离轴椭球面集光器的汇聚角为b，汇聚角b的角平分线为l1，所述第二离轴椭球面集光器的汇聚角为c，汇聚角c的角平分线为l2，平分线l1与第一离轴椭球面集光器的交点为a，光源的发光中心与交点a的连线为l3，所述角平分线l2与所述连线l3平行。

优选的，所述第二离轴椭球面集光器和复眼透镜组之间的光路上设有第二光阑。

优选的，所述第一离轴椭球面集光器和第二离轴椭球面集光器之间的光路上设有第三光阑。

优选的，所述光源的外侧还设有第四光阑。

优选的，所述光源包括底板和固定在底板上的点光源。

优选的，所述复眼透镜组的复眼形状为四方形或六边形。

优选的，所述双胶合透镜和准直透镜之间的光路上还设有反射镜，所述双胶合透镜的光轴与反射镜形成预定夹角。

优选的，所述准直透镜为正弯月形透镜。

本发明中，离轴椭球面集光器将光源的光线集中，可以增加整体亮度，光阑可以遮挡散射的光线，使光线仅从胶合透镜的入射端口通过，复眼透镜组可以有效提升光源的均匀性，同时，胶合透镜可以消除光源像差，且可保持视场边缘清晰、锐利。因此，本发明所生成的平行光均匀性好、去除了像差且视场边缘清晰、锐利。

附图说明

图1为本发明一种实施例的远心平行光源的结构示意图；

图2为图1中远心平行光源的光路示意图；

图3为本发明一种实施例的光源和离轴椭球面集光器的光路示意图；

图4为本发明另一种实施例的远心平行光源的结构示意图；

图5为图4中远心平行光源的光路示意图；

图6为本发明一种实施例的复眼透镜组的结构示意图。

具体实施方式

本发明所称的“相等”或“相同”是指在考虑到合理误差的情况下的相等或相同，而非绝对意义上的相等或相同。本发明所确定的光线照射角度、反射角度或者折射角度均是在考虑到光线在介质中存在一定损耗以及存在合理误差情况下所作出的，也并非绝对意义上的角度值。下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种远心平行光源，如图1和图2所示，包括沿光路顺次设置的光源1、第一离轴椭球面集光器2、第二离轴椭球面集光器3、复眼透镜组4、第一光阑51、双胶合透镜6和准直透镜7。第一离轴椭球面集光器2和第二离轴椭球面集光器3具有离轴椭球形的反射面，该反射面形成的完整椭球形具有两个焦点，光线从一个焦点射出，经过反射面反射后，会在另一个焦点汇集射出，将光线入射端的焦点称为入射焦点，将光线射出端的焦点称为射出焦点。

光源1位于第一离轴椭球面集光器2的入射焦点上，光源1向第一离轴椭球面集光器2的反射面投射光线，经过第一离轴椭球面集光器2反射的光线将汇集到射出焦点上，再经过射出焦点散射出去。第一离轴椭球面集光器2的射出焦点和第二离轴椭球面集光器3的入射焦点位于同一位置，从第一离轴椭球面集光器2射出的光线将从第二离轴椭球面集光器3的入射焦点射向第二离轴椭球面集光器3的反射面，经第二离轴椭球面集光器3反射后，光线将从第二离轴椭球面集光器3的射出焦点射出。

复眼透镜组4位于第二离轴椭球面集光器3的射出焦点上，则光线将集中照射在复眼透镜组4上，复眼透镜组4用于匀光，使透射复眼透镜组4的光线更加均匀。其中，所述复眼透镜组4、第一光阑51、双胶合透镜6和准直透镜7具有同一中心轴。经第二离轴椭球面集光器3反射的光线呈椎体状聚集在其射出焦点，该锥体形的中心轴为经第二离轴椭球面集光器3反射的光线的中心光轴，该中心光轴与复眼透镜组4同轴，对应也与第一光阑51、双胶合透镜6和准直透镜7具有同一中心轴。第一光阑51设有贯穿的通孔，双胶合透镜6即设置在该通孔位置，透过复眼透镜组4的光线仅通过所述第一光阑51的通孔射向双胶合透镜6，透过双胶合透镜6的光线将射向准直透镜7，经过准直透镜7准直后，形成平行光。第一光阑51可以遮挡散射的光线，双胶合透镜6可以消除光源像差，且可保持视场边缘清晰、锐利。

在一种实施例中，如图3所示，焦点1和焦点2分别为第一离轴椭球面集光器的入射焦点和射出焦点，焦点2和焦点3分别为第二离轴椭球面集光器的入射焦点和射出焦点，第一离轴椭球面集光器的射出焦点和第二离轴椭球面集光器的入射焦点共焦点，均为焦点2。光源则位于焦点1位置。

光源的主光轴l4以及所述第一离轴椭球面集光器2的集光角a满足主光轴l4为集光角a的角平分线的条件。集光角是指以光源为中心，照射到物面上的位于边界的光线所形成的夹角，汇聚角是指经物面反射的位于边界的光线所形成的夹角。主光轴l4为集光角a的角平分线，使光线相对更加均匀地射出。

可设置第一离轴椭球面集光器和第二离轴椭球面集光器的形状相似，其尺寸则可以相同或者不同，如图中所示，第一离轴椭球面集光器的尺寸相对大于第二离轴椭球面集光器的尺寸。

进一步的，所述第一离轴椭球面集光器的汇聚角为b，汇聚角b的角平分线为l1，所述第二离轴椭球面集光器的汇聚角为c，汇聚角c的角平分线为l2，平分线l1与第一离轴椭球面集光器的交点为a，光源的发光中心与交点a的连线为l3，所述角平分线l2与所述连线l3满足平行的位置关系。最终经过第二离轴椭球面集光器反射的光线更加均匀地辐射出去。

在一种实施例中，所述第二离轴椭球面集光器3和复眼透镜组4之间的光路上设有第二光阑52，第二光阑52也具有仅供经第二离轴椭球面集光器3反射的光线穿过的通孔，从而滤除散射的光线。

进一步的，所述第一离轴椭球面集光器1和第二离轴椭球面集光器2之间的光路上设有第三光阑53。第三光阑53也设置有通孔，该通孔位于第一离轴椭球面集光器1的射出焦点位置，进一步起到滤除散射光线的作用。

更进一步的，在所述光源1的外侧还设有第四光阑54，第四光阑54罩设在光源1的外侧，起到灯罩的作用，使光线主要透射向第一离轴椭球面集光器2，防止其他散射光线射向第二离轴椭球面集光器3。上述的第一光阑51、第二光阑52、第三光阑53和第四光阑54均可以是消杂散光光阑，以保持光线的纯净。

在一种实施例中，所述光源1包括底板和固定在底板上的点光源，该点光源可以是半球形光源，则光源发出光线的主光轴为经过点光源圆心并垂直底板的轴线。同时，光源可以采用led光源，使光源更加稳定，延长使用寿命。

本发明实施例还提供一种远心平行光源，如图4和5所示，在上述实施例的基础上，本实施例进一步包括了反射镜8，反射镜8用于将光线反射，反射镜8具体设置在双胶合透镜6和准直透镜7之间的光路，从双胶合透镜6射出的光线经过反射镜8的发射，再射向准直透镜7。双胶合透镜6的光轴与反射镜8形成预定夹角，使得最终射出的平行光不与双胶合透镜6同轴，通过调节反射镜8和双胶合透镜6的位置，使平行光可以多角度射出，以方便实际使用。所述预定夹角可以为45度，此时双胶合透镜6和准直透镜7轴向彼此垂直。

其中，上述各实施例中，准直透镜7可以为正弯月形透镜或者其他透镜。复眼透镜组的复眼形状可以为四方形或六边形，如图6所示，复眼透镜组的复眼形状为四方形。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。