一种将面光源转化为平行光源的装置

技术领域

本公开涉及光学技术领域，具体涉及一种将面光源转化为平行光源的装置。

背景技术

光源是机器视觉系统中非常重要的一部分，光源的选择直接影响成像效果，合适的光源能够提供稳定的、高对比度的图像，使系统处理图像时更简单。平行光又称为方向光(Directional Light)，是一组没有衰减的平行的光线，在视觉检测和影像测量仪技术领域里，平行光有其独特的应用方式，因而使用极其广泛。

相关技术中，平行光源通常由一个点光源例如金属-卤素灯或短弧氙灯，以及一个抛物面反射器或一个椭球面反射器，再加一聚光凸透镜组成。该平行光源可以产生良好的平行光，但是成本高，且这些点光源的寿命都不长，导致平行光源的使用寿命较短，且除此之外，由于点光源亮度不均匀，导致平行光源的亮度也不均匀，在应用上有很大的局限性。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种将面光源转化为平行光源的装置。

第一方面，本公开实施例中提供了一种将面光源转化为平行光源的装置。

具体地，所述装置包括：

面光源；

输入透镜，用于汇聚所述面光源发射的发散光线；

挡板，所述挡板上设置有小孔，所述小孔位于所述输入透镜的焦点处，其中，所述输入透镜将所述面光源发射的发散光线中的平行光线聚焦至所述小孔处，从所述小孔处通过；

输出透镜，用于将从所述小孔处通过的光线转换为平行光线。

在一种可能的实施方式中，所述输入透镜和所述输出透镜均为凸透镜，

在一种可能的实施方式中，所述输入透镜和所述输出透镜的焦点重合。

在一种可能的实施方式中，所述面光源、所述输入透镜、所述挡板和所述输出透镜平行设置。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

反射镜，用于将从所述小孔处通过的光线反射至所述输出透镜；

所述输出透镜，用于将所述反射镜反射的光线转换为平行光。

在一种可能的实施方式中，所述输出透镜的轴向和所述输入透镜轴向形成预定夹角。

在一种可能的实施方式中，所述预定夹角为90度。

在一种可能的实施方式中，所述小孔的直径为1mm～3mm。

在一种可能的实施方式中，所述面光源为LED面光源。

根据本公开实施例提供的技术方案，该装置包括面光源、输入透镜、挡板和输出透镜，通过输入透镜将所述面光源发射的发散光线中的平行光线聚焦至所述挡板的小孔处，从所述小孔处通过后，使用输出透镜将从所述小孔处通过的光线转换为平行光线，如此使用两个凸透镜和一个带小孔的挡板就可以将面光源转换为平行光源，成本低，而且面光源的使用寿命较长，可以增加平行光源的使用寿命，而且面光源的亮度均匀，转换成的平行光源的亮度也较均匀，可以应用到更多高精度的场景中。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出根据本公开的实施例的一种将面光源转化为平行光源的装置的示意图；

图2示出根据本公开的实施例的将面光源转化为平行光源的装置的光线线路示意图；

图3示出根据本公开的实施例的反射式的转换装置在一种角度下的示意图；

图4示出根据本公开的实施例的反射式的转换装置在另一种角度下的示意图；

图5示出根据本公开的实施例的反射式的转换装置在又一种角度下的示意图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。

在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开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公开。

如上文所述，相关技术中，平行光源通常由一个点光源例如金属-卤素灯或短弧氙灯，以及一个抛物面反射器或一个椭球面反射器，再加一聚光凸透镜组成。该平行光源可以产生良好的平行光，但是成本高，且这些点光源的寿命都不长，导致平行光源的使用寿命较短，且除此之外，由于点光源亮度不均匀，导致平行光源的亮度也不均匀，在应用上有很大的局限性。

本公开提供了一种将面光源转化为平行光源的装置，该装置通过两个凸透镜和一个带有孔的挡板将面光源发射的发散光转换成平行光线，解决了现有平行光源成本高、寿命短，应用局限的问题。

图1示出根据本公开的实施例的一种将面光源转化为平行光源的装置的示意图。如图1所示，所述装置包括面光源1、输入透镜2、挡板3和输出透镜4。

图2示出根据本公开的实施例的将面光源转化为平行光源的装置的光线线路示意图，如图2所示，该面光源1可以发射出发散光线，这些发散光线包括平行光线以及非平行光线(图2中面光源1输出的虚线)，输入透镜2用于汇聚所述面光源1发射的发散光线，此时，平行于该输入透镜2主光轴的平行光线会被该输入透镜2汇聚至该输入透镜2的焦点处，而非平行性光线会被该输入透镜2汇聚至非焦点处。挡板3上设置有小孔31，所述小孔31位于所述输入透镜2的焦点处，该挡板3与该输入透镜2之间的间距为该输入透镜2的焦距；所述面光源1发射的发散光线中的平行光线会被输入透镜2聚焦至焦点也即小孔31处从所述小孔31处通过，而面光源1发射的发散光线中的非平行光线被输入透镜2汇聚至非焦点处会被该挡板3遮挡。从小孔31处通过的光线会被该输出透镜4进一步汇聚，该输出透镜4将从所述小孔31处通过的光线转换为平行光线进行输出。

在一种可能的实施方式中，可以根据实际场景中光照明亮度的需要，调整输入透镜2和输出透镜4的口径，凸透镜的口径越大,光通量越多,光越亮。

本实施方式提供的装置包括面光源1、输入透镜2、挡板3和输出透镜4，通过输入透镜2将所述面光源1发射的发散光线中的平行光线聚焦至所述挡板3的小孔31处，从所述小孔31处通过后，使用输出透镜4将从所述小孔31处通过的光线转换为平行光线，如此使用两个凸透镜和一个带小孔31的挡板3就可以将面光源1转换为平行光源，成本低，而且面光源1的使用寿命较长，可以增加平行光源的使用寿命，而且面光源1的亮度均匀，转换成的平行光源的亮度也较均匀，可以应用到更多高精度的场景中。

在一种可能的实施方式中，所述输入透镜2和所述输出透镜4均为凸透镜。

在一种可能的实施方式中，所述输入透镜2和所述输出透镜4的焦点重合。

在该实施方式中，由于从凸透镜的焦点处发射向凸透镜的光线，通过凸透镜后会变成平行光线，故输出透镜4为了能够实现将从所述小孔31处通过的光线转换为平行光线，需要将该小孔31与该输出透镜4的焦点重合，也即输入透镜2和所述输出透镜4的焦点重合。

在一种可能的实施方式中，如图1所示，该面光源1、输入透镜2、挡板3和输出透镜4是平行设置的。如图1所示，该面光源1、输入透镜2、挡板3和输出透镜4可以沿着光路依次安装在安装板上，形成直筒式装置，此时，该挡板3与该输入透镜2之间的间距为该输入透镜2的焦距，该挡板3与该输出透镜4之间的间距为该输出透镜4的焦距。

在一种可能的实施方式中，为了节省装置空间，可以将图1所示的直筒式装置转变为反射式装置，图3-图5示出根据本公开的实施例的反射式的转换装置的三种角度的示意图，如图3-图5所示，该装置还包括反射镜5，该反射镜5的作用是将从所述小孔31处通过的光线反射至所述输出透镜4，所述输出透镜4可以将所述反射镜5反射的光线转换为平行光，这样，该输出透镜4可以借助该反射镜5将从所述小孔31处通过的光线转换为平行光。

在一种可能的实施方式中，所述输出透镜4的轴向和所述输入透镜2轴向形成预定夹角。

在该实施方式中，为了减少装置的体积空间，在使用反射镜5将该从所述小孔31处通过的光线反射至输出透镜4时，该输出透镜4与该输入透镜2可以不平行设置，该输出透镜4的轴向和所述输入透镜2轴向形成预定夹角，如图3-图5所示，该输入透镜2与该面光源1、挡板3可以平行设置，与该输出透镜4之间形成有夹角，如此形成的装置的结构更紧凑，体积空间更小。

在一种可能的实施方式中，所述预定夹角为90度，此时，反光镜与输出透镜4的轴向可以呈45度角，反光镜与输入透镜2的轴向呈45度角；如此可以使装置的体积空间更小。

在一种可能的实施方式中，该小孔31的直径为1mm～3mm。

在一种可能的实施方式中，该面光源1可以是LED(Light Emitting Diode，发光二极管)面光源。

在该实施方式中，该LED面光源主要包括LED灯珠以及反光片、导光片，价格低廉，易于获取，节能且是使用寿命长，可以根据需要选择LED面光源的颜色、光亮等。

在其他可能的实施方式中，可以通过在表面或者特殊导光材料内执行漫反射的方式来实现均匀面光源。

示例的，本公开可以提供以下两种将面光源转化为平行光源的装置：

1、直筒式装置：

如图1所示，该直筒式装置包括：面光源1，所述面光源1为LED面光源；输入透镜2，用于汇聚所述面光源1发射的发散光线；挡板3，所述挡板3上设置有小孔(图1中未显示)，该小孔的直径为1mm～3mm；所述小孔位于所述输入透镜2的焦点处，其中，所述输入透镜2将所述面光源1发射的发散光线中的平行光线聚焦至所述小孔31处，从所述小孔31处通过；输出透镜4，用于将从所述小孔31处通过的光线转换为平行光线；所述输入透镜2和所述输出透镜4均为凸透镜，所述输入透镜2和所述输出透镜4的焦点重合，所述面光源1、所述输入透镜2、所述挡板3和所述输出透镜4平行设置。

2、反射式装置：

如图3-图5所示，该反射式装置包括：面光源1，所述面光源1为LED面光源；输入透镜2，用于汇聚所述面光源1发射的发散光线；挡板3，所述挡板3上设置有小孔31，该小孔31的直径为1mm～3mm；所述小孔31位于所述输入透镜2的焦点处，其中，所述输入透镜2将所述面光源1发射的发散光线中的平行光线聚焦至所述小孔31处，从所述小孔31处通过；反射镜5，用于将从所述小孔31处通过的光线反射至所述输出透镜4；所述输出透镜4，用于将所述反射镜5反射的光线转换为平行光。所述输入透镜2和所述输出透镜4均为凸透镜，所述输出透镜4的轴向和所述输入透镜2轴向形成预定夹角90度。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。