专利名称：一种出射准直平行光的光源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学机械领域，具体涉及利用点光源发光并使光线通过单负透镜和正胶合透镜相组合的光路，进而得到准直平行光的方法。
背景技术：
在科研实验中，准直平行光源的应用十分广泛。从应用和成本角度考虑，对光源的要求是体积小、重量轻、成本低、结构简单易实现。在满足以上要求基础上，光源的光线平行度要高，同时光源需可替换以满足实验中对不同类型、不同光强以及不同谱段的光线的要求。常用的简易平行光源采用如图1所示结构。光路由点光源和凸透镜组成，点光源放置在凸透镜焦点处，发出的散射光经过凸透镜汇聚成平行光。该光源的优点是结构简单易实现，但在实际应用中，由于光筒内壁的光线反射以及透镜位置误差，产生大量的杂散光以及光晕，出射光线的平 行度较低，很难满足实际应用对平行光的使用要求。
发明内容
本发明为解决现有的光源结构存在出射光线的平行度低，同时无法解决光源的散热以及存在无法消除杂散光的问题，提供一种出射准直平行光的光源装置。一种出射准直平行光的光源装置，包括散热风扇、点光源结构、连接法兰盘，和透镜光筒结构；所述点光源结构包括卤钨灯和光阑，透镜光筒结构包括单负透镜、单负透镜镜座、正胶合透镜、正胶合透镜镜座、镜筒和调整螺纹套，连接法兰盘包括光源连接法兰和光筒连接法兰；所述卤钨灯安装在密封的壳体内，在壳体的一端设置散热风扇，壳体内侧设置光阑，壳体的另一端固定光源连接法兰上，单负透镜安装在单负透镜座上，单负透镜座通过调整螺纹套与光源连接法兰连接，所述正胶合透镜安装在正胶合透镜座上，所述正胶合透镜座安装在镜筒上，镜筒通过光筒连接法兰与光源连接法兰连接。本发明的工作原理:本发明包括点光源结构和透镜光筒结构。利用卤钨灯做点光源发出射向各个方向的光线，并通过光阑过滤掉除光路方向外其余方向的光线。由于大部分光线未能进入光筒中，在结构中会产生一定的热量，影响光学器件稳定性，因此点光源结构中还包括散热风扇，增强光路中的空气流通，散出多余热量。后者利用单负透镜和正胶合透镜相组合的摄远式物镜光路，使点光源的散射光汇聚成平行光从光筒发出。该光筒缩短了普通的单一使用凸透镜所需的焦距，使结构更紧凑，同时能够有效消除杂散光和色差，提高发出的光线质量。散射光线从卤钨灯发出，经过光阑消杂光，再经过单负透镜和正胶合透镜组成的摄远式物镜光路，得到准直平行光。正胶合透镜相对于单个凸透镜，能够有效的消除光的色差，提高平行光质量。同时，单负透镜的使用可以缩短使用单个正胶合透镜的焦距，并在一定程度上消除光路中的杂散光。虽然卤钨灯不是理想的点光源，灯丝有一定体积，但由于单负透镜和正胶合透镜的组合焦深较大，能够有效的消除灯丝的影响。由于加工和装配过程中存在误差，点光源、单负透镜和正胶合透镜并不在理想位置上，可以通过调整机构调整三者相对位置，直至产生平行度较高的平行光。本发明利用点光源和特定光路实现散射光线的汇聚，产生准直平行光，并有效地消除光线传播过程中的色差，通过螺纹结构调整透镜与光源以及透镜间的距离，提高平行光质量，同时解决光源散热问题。考虑到实际应用，该光源结构紧凑，重量轻，成本低，易于更换点光源，外接方便。本发明的有益效果:一、本发明采用单负透镜和正交合透镜结合的摄远式光路，能够将点光源的散射光汇聚成平行光，在光路中消除了杂散光和色差，提高平行光质量。由于该光路有较大的焦深，可有效的消除非理想点光源对发出光线平行度的不利影响，提高光路对不同光源的适应性。同时缩短了焦距，使结构更加紧凑。二、本发明设置调整结构包括(调整螺纹套、螺纹压圈和镜座等)，可方便的调整光源、单负透镜和正胶合透镜三者的相对位置，控制光线质量。三、本发明以卤钨灯做点光源成本低，体积小、电源供电易实现。可以根据不同需求方便的更换光源进而得到不同性质的平行光。四、本发明采用散热风扇，解决了光源的散热问题，使光路更稳定。整体结构紧凑，重量轻，成本低且外接固定简单。
图1为现有单透镜平行光源结构示意图；图2为本发明所述的一种出射准直平行光的光源装置的外部结构示意图；图3为本发明所述的一种出射准直平行光的光源装置的光源内部结构示意图；图4为本发明所述的一种出射准直平行光的光源装置中由卤钨灯、正胶合透镜以及单负透镜组成的摄远式物镜光路图。图中:1、散热风扇，2、点光源结构，3、连接法兰盘，4、外接紧固圈，5、透镜光筒结构，6、卤钨灯，7、灯座，8、光源连接法兰，9、第一螺纹压圈，10、单负透镜，11、单负透镜座，12、调整螺纹套，13、第二螺纹压圈，14、正胶合透镜，15、正胶合透镜座，16、镜筒，17、光筒连接法兰，18、光阑。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图2至图4说明本实施方式，一种出射准直平行光的光源装置，该装置的总体结构包括:散热风扇1、点光源结构2、连接法兰盘3，外接紧固圈4和透镜光筒结构5，点光源结构2包括卤钨灯6和光阑18，透镜光筒结构5包括单负透镜10、单负透镜座11、正胶合透镜14和正胶合透镜座15，连接法兰盘包括光源连接法兰和光筒连接法兰；点光源结构2中卤钨灯6和灯座7连接安装在密封壳体中，在壳体尾部安装散热风扇1，壳体前端与光源连接法兰8相连。透镜光筒结构5中用第一螺纹压圈9将单负透镜10安装在单负透镜座11中，单负透镜座11通过外螺纹与调整螺纹套12的内螺纹相连接，调整螺纹套12通过外螺纹和光源连接法兰8的内螺纹配合，最终将单负透镜10与点光源结构2相连接。同样利用第二螺纹压圈13将正胶合透镜14安装在正胶合透镜座15中，通过正胶合透镜座15的外螺纹和镜筒16相连。镜筒16与光 筒连接法兰17相连接，并通过光筒连接法兰17和光源连接法兰8最终实现卤钨灯6、单负透镜6中心线和正胶合透镜中心线相重合的光路。本实施方式所述的点光源结构2中卤钨灯6使用常见标准12V直流供电灯泡，具体功率可根据使用光强要求选定。透镜光筒结构5的轴向和径向尺寸由正胶合透镜14的焦距和直径确定。所述正胶合透镜14直径为Φ53πιπι，考虑到各级螺纹连接需要的径向厚度，透镜光筒结构的直径设计为Φ60πιπι。正胶合透镜焦距为323mm，使用单负透镜10使该焦距缩短为185_，考虑到连接结构及透镜安装结构需要的轴向尺寸，透镜光筒结构的轴向尺寸设计为172_。为实现光路的可调性，正胶合透镜座15和镜筒16之间的螺纹连接预留最大可达到30mm的调节量。单负透镜10的位置对整个光路影响很大，因此设计时为单负透镜预留了两级调节，每级可实现最大10_的调节量。本实施方式所述的光源结构中所有零件的径向公差要求较高以保证组装后光学透镜光轴的同轴度。材料采用密度小、成本低的铝合金材料以降低重量和成本。零件表面进行发黑处理以减少光线在光路中的反射，减弱杂散光。在安装时，先将卤钨灯6固定在密封壳体中，再将壳体与光源连接法兰8固定在一起。将单负透镜10安装在单负透镜座11中，并通过调整螺纹套12将单负透镜座11和光源连接法兰8连接起来。同样，将正胶合透镜14安装在正胶合透镜座15中并安装在镜筒16上。通过光筒连接法兰17将镜筒16和光源连接法兰8固定在一起。使用时，开启光源，通过调整结构逐渐调整单负透镜10、正胶合透镜14及卤钨灯三者之间的距离，直至产生平行光。将外接紧固圈4调整到透镜光筒结构5外壁上合适位 置并锁紧，通过外接紧固圈4上的光孔连接到外部设备。
权利要求
1.一种出射准直平行光的光源装置，包括散热风扇(I)、点光源结构(2)、连接法兰盘(3)和透镜光筒结构(5);所述点光源结构(I)包括卤钨灯(5)和光阑(18)，透镜光筒结构(5 )包括单负透镜(IO )、单负透镜座(11)、正胶合透镜(14)、正胶合透镜座(15 )、镜筒(16 )和调整螺纹套(12)，连接法兰盘(3)包括光源连接法兰(8)和光筒连接法兰(17);其特征是，所述卤钨灯(6)安装在密封的壳体内，在壳体的一端设置散热风扇(1)，壳体内侧设置光阑(18)，壳体的另一端固定在光源连接法兰(8)上，单负透镜(10)安装在单负透镜座(11)上，单负透镜座(11)通过调整螺纹套(12)与光源连接法兰(8 )连接，所述正胶合透镜(14)安装在正胶合透镜座(15)上，所述正胶合透镜座(15)安装在镜筒(16)上，镜筒(16)通过光筒连接法兰(17)与光源连接法兰(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种出射准直平行光的光源装置，其特征在于，还包括灯座(7 )，所述卤钨灯(6 )固定在灯座(7 )上后安装在密封的壳体内。
3.根据权利要求1所述的一种出射准直平行光的光源装置，其特征在于，还包括第一螺纹压圈(9)和第二螺纹压圈(13)，所述单负透镜(10)通过第一螺纹压圈(9)固定在单负透镜座(11)上，正胶合透镜(14)通过第二螺纹压圈(13)固定在正胶合透镜座(15)上。
4.根据权利要求1所述的一种出射准直平行光的光源装置，其特征在于，还包括外接紧固圈(4)，所述外接紧固圈(4)设置在透镜光筒结构(5)的外壁上，外接紧固圈(4)上设置有光孔，通过光孔与外部 设置连接。
全文摘要
一种出射准直平行光的光源装置，涉及光学机械领域，解决现有的光源结构存在出射光线的平行度低，同时无法解决光源的散热以及存在无法消除杂散光的问题，包括点光源结构和透镜光筒结构，点光源结构包括卤钨灯及灯座、光阑、密封外框和散热风扇等。透镜光筒结构包括单负透镜及其安装和调整结构，正胶合透镜及其安装和调整结构，镜筒，连接法兰盘，外接紧固圈。单负透镜和正交合透镜分别安装在镜座中，用镜筒和连接法兰盘将镜座连接起来，通过螺纹调整单负透镜和正胶合透镜的相对位置，得到平行度很高的准直平行光。本发明解决了光源的散热问题，使光路更稳定。整体结构紧凑，重量轻，成本低且外接固定简单。
文档编号F21V5/04GK103244849SQ201310138409
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者姜明, 王玉鹏, 方伟, 夏志伟, 王凯 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所