光束均勻化方法及光束均勻化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光束均勻化方法，其特征在于，在入射光束的傳播路徑上設(shè)置多個分光膜，入射光束透射分光膜后形成第一光束、經(jīng)分光膜反射后形成第二光束；第一光束與第二光束成一夾角；所述第一光束方向與所述入射光束方向相同；所述多個分光膜沿所述第二光束傳輸方向排列。本發(fā)明提供的光束均勻化方法，通過設(shè)有分光面的光束均勻化裝置對入射光束進行重新分配，使其轉(zhuǎn)換為均勻分布的出射光束。
【專利說明】光束均勻化方法及光束均勻化裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學領(lǐng)域，特別涉及一種光束均勻化方法及光束均勻化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，人們對于設(shè)備的智能化要求越來越高，繼而通過機器代替人眼來做測量和判斷的機器視覺系統(tǒng)應運而生，并廣泛應用于智能交通、基于人臉識別的考勤和門禁、工業(yè)現(xiàn)場智能監(jiān)控和檢測等領(lǐng)域。機器視覺系統(tǒng)采用CCD照相機將被檢測的目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度等，再根據(jù)預設(shè)條件輸出結(jié)果，實現(xiàn)自動識別功能。為了提高識別精準度和識別靈敏度，采用CCD照相機拍攝的圖像必須具有高的對比度、亮度和低的失真度。為了實現(xiàn)這個要求，在拍攝圖像時，對目標的照明要盡可能的均勻，且具有高的抗外界干擾能力。
[0003]目前常用LED(Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)作為照明光源使用，為進一步增加抗外界干擾能力，采用LED陣列的形式，形成一個光源面來提高光源的發(fā)光強度。LED陣列排布后，各LED發(fā)射的光束存在部分疊加，導致光束的強度分布不均勻，進一步導致成像質(zhì)量下降。目前常規(guī)的光束均勻化的方法，有的使用磨砂玻璃來勻化光束，但磨砂玻璃會造成較大的光能損失，導致照明強度減弱；有的通過調(diào)節(jié)LED排布情況來得到均勻光束，但效果并不明顯。使用較多的均勻化方法，是采用蠅眼光束均勻器對光束進行均勻化處理，但蠅眼光束均勻器的結(jié)構(gòu)復雜，使用的光學鏡片較多，導致調(diào)試的難度也增加，容易產(chǎn)生誤差，影響光束均勻效果，制造成本和制造難度也相應增加，無法實現(xiàn)批量生產(chǎn)，自動化程度較低。另一方面，采用蠅眼光束均勻器對光束進行均勻化處理，對目標物的擺放位置有嚴格要求，目標物與光源需要保持指定的距離，對于表面不平整的目標物存在較大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種方便使用的光束均勻化方法。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]光束均勻化方法，其特征在于，在入射光束的傳播路徑上設(shè)置多個分光膜，入射光束透射分光膜后形成第一光束、經(jīng)分光膜反射后形成第二光束；第一光束與第二光束成一夾角；所述第一光束方向與所述入射光束方向相同；所述多個分光膜沿所述第二光束傳輸方向排列。
[0007]優(yōu)選地是，所述多個分光膜的分光率不相同。
[0008]優(yōu)選地是，所述多個分光面相互平行，沿直線排列。
[0009]優(yōu)選地是，所述夾角為90°。
[0010]優(yōu)選地是，設(shè)置至少兩組分光膜，兩組分光膜對所述入射光束反射后的光束方向相反。[0011]本發(fā)明的另一個目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的光束均勻化裝置。
[0012]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0013]光束均勻化裝置，其特征在于，包括至少一個基片；所述基片包括至少兩個分光面；當入射光束照射于所述基片時，所述入射光束透射分光面后形成第一光束、經(jīng)分光面反射后形成第二光束；所述第一光束與所述入射光束傳輸方向相同；所述第二光束與所述入射光束具有一夾角；所述至少兩個分光面按照第二光束的傳輸方向排列。
[0014]優(yōu)選地是，所述多個分光面相互平行，沿直線排列。
[0015]優(yōu)選地是，所述分光面設(shè)有分光膜。
[0016]優(yōu)選地是，所述基片由多個棱鏡組成；所述分光面位于相鄰兩個棱鏡的接觸面上；所述分光面上設(shè)置有分光膜。
[0017]優(yōu)選地是，所述基片包括至少兩個分光鏡；每個所述分光鏡包括兩個直角棱鏡；所述兩個直角棱鏡的斜面接觸；所述分光膜設(shè)置于組成一個分光鏡的兩個直角棱鏡中其中一個或兩個的所述斜面上。
[0018]優(yōu)選地是，所述直角棱鏡為等腰直角棱鏡。
[0019]優(yōu)選地是，所述直角棱鏡的直角面上設(shè)置有增透膜。
[0020]優(yōu)選地是，所述兩個以上的分光面的分光率不同。
[0021]優(yōu)選地是，所述夾角為90°。
[0022]優(yōu)選地是，包括兩個所述基片；兩個所述基片對稱地設(shè)置；兩個基片上的分光面對所述入射光束的反射方向相反。
[0023]本發(fā)明提供的光束均勻化方法，通過設(shè)有分光膜的光束均勻化裝置對入射光束進行重新分配，使其轉(zhuǎn)換為均勻分布的出射光束(第一光束)；較傳統(tǒng)的光束均勻化方法，光能損失少，光能利用率> 99%，使出射光束維持入射光束的光照強度，提高了出射光束的使用性能；操作簡單，避免多個光學器件的復雜調(diào)試，提高了均勻化效果和精準度。另一方面，本發(fā)明提供的光束均勻化方法，可以在較短的距離完成對入射光束的均勻化處理，對目標物與光源之間的距離無特殊要求，提高了靈活性；同時可形成相互平行的出射光束，提高了出射光束的使用性能。
[0024]通過在入射光束傳播路徑設(shè)置至少兩組分光膜，其中兩組分光膜對入射光束反射后的第二光束方向相反。當兩組分光膜對稱設(shè)置時，對入射光束起到發(fā)散或聚焦的處理效果，使該方法適用于更多種類的非均勻入射光束，達到均勻化效果。當兩組分光膜沿入射光束傳播路徑依次設(shè)置時，可實現(xiàn)沿不同方向?qū)θ肷涔馐M行兩次均勻化處理，擴大了均勻化的出射光束的覆蓋面積，提高了均勻化效率和出射光束的使用性能。
[0025]本發(fā)明提供的光束均勻化裝置，采用直角棱鏡疊加的方法形成相互平行的分光面，較傳統(tǒng)的光束均勻器，結(jié)構(gòu)簡單，無需復雜調(diào)試即可達到均勻光束的效果。同時制造成本和制造難度也大大降低，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)，自動化程度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施例1中光束均勻化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例1中第一基片的分光鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例1中第二基片的分光鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；[0029]圖4為本發(fā)明實施例1中光束均勻化裝置的工作原理示意圖
[0030]圖5為本發(fā)明實施例2中光束均勻化裝置的結(jié)構(gòu)主視圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述:
[0032]實施例1
[0033]如圖1-3所示，光束均勻化裝置包括兩個基板，分別為第一基片I和第二基片2。其中，第一基片I和第二基片2對稱設(shè)置在同一豎直面上。
[0034]第一基片I和第二基片2的結(jié)構(gòu)相同。以第一基片I為例，第一基片I包括8個大小相等的分光鏡，從上至下分別為分光鏡11、分光鏡12、分光鏡13、分光鏡14、分光鏡15、分光鏡16、分光鏡17和分光鏡18。以分光鏡11為例，分光鏡11由兩個等腰直角棱鏡111組成，等腰直角棱鏡111相對疊加使其斜面接觸，形成分光面113。分光面113上設(shè)置分光膜(圖中未示出)。各分光鏡的分光面沿垂直于入射光束的傳播方向排列，相互平行且等距設(shè)置。各等腰直角棱鏡111的直角面上設(shè)有增透膜(圖中未示出)，并在分光面113的左側(cè)形成入射面，在分光面113的右側(cè)形成出射面，入射面和出射面相互平行。
[0035]以第二基片2為例，第二基片I包括8個大小相等的分光鏡，從下至上分別為分光鏡21、分光鏡22、分光鏡23、分光鏡24、分光鏡25、分光鏡26、分光鏡27和分光鏡28。以分光鏡21為例，分光鏡21由兩個等腰直角棱鏡211組成，等腰直角棱鏡211相對疊加使其斜面接觸，形成分光面213。分光面213上設(shè)置分光膜(圖中未示出)。各分光鏡的分光面沿垂直于入射光束的傳播方向排列，相互平行且等距設(shè)置。各等腰直角棱鏡211的直角面上設(shè)有增透膜(圖中未示出)，并在分光面213的左側(cè)形成入射面，在分光面213的右側(cè)形成出射面，入射面和出射面相互平行。
[0036]如圖2-4所示，上述光束均勻化裝置的使用方法，即光束均勻化方法:將入射光束5經(jīng)入射面垂直射入第一基片I，并射向第一基片I的分光鏡11，經(jīng)分光鏡11的分光面113透射形成第一光束51,經(jīng)分光鏡11的分光面113反射形成第二光束52。第一光束51與第二光束52成90°。第一光束51方向與入射光束5方向相同，穿透第一基片I從出射面射出。第二光束52方向與入射光束5方向垂直,射向位于分光鏡11下方的分光鏡12。經(jīng)分光鏡12的分光面123的分光處理,第二光束52 —部分的光束形成第一光束6,其余部分光束穿透分光面123繼續(xù)射向分光鏡12下方的分光鏡。射向分光鏡12下方分光鏡的光束經(jīng)各分光面的層層分光處理，光強越來越弱，當傳播至分光鏡18時，經(jīng)分光鏡18的分光面183全反射，形成第一光束51,而無光束穿透分光面183繼續(xù)向下傳播。到此,完成入射光束5向數(shù)個第一光束51的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)對入射光束5的再分配處理。
[0037]上述過程中，可通過分光面上設(shè)置的分光膜來控制入射光束5或第二光束52在分光面上的分光率，即調(diào)節(jié)每個分光面上產(chǎn)生的第一光束51的強度。入射面和出射面上設(shè)置的增透膜將入射光束5的能量損失降到1%以內(nèi)，較傳統(tǒng)的磨砂玻璃，大大提高了光束的轉(zhuǎn)換效率，起到均勻化作用的同時，將光照強度的損失降到最低。
[0038]一條平行于入射光束5，且與入射光束5無重疊部分的入射光束6經(jīng)入射面垂直射入第二基片2，并射向第二基片2的分光鏡21，經(jīng)分光鏡21的分光面213透射形成第一光束61,經(jīng)分光鏡21的分光面213反射形成第二光束62。第一光束61與第二光束62成90°。第一光束61方向與入射光束6方向相同，穿透第二基片2從出射面射出。第二光束62方向與入射光束6方向垂直,且與第一基片I產(chǎn)生的第二光束52方向相反。第二光束62射向位于分光鏡21上方的分光鏡22。經(jīng)分光鏡22的分光面223的分光處理,第二光束62 一部分的光束形成第一光束61，其余部分光束穿透分光面223繼續(xù)射向分光鏡22上方的分光鏡。射向分光鏡22上方的光束經(jīng)各分光面的層層處理,光強越來越弱,但傳播至分光鏡28時,經(jīng)分光鏡28的分光面283全反射,形成第一光束61,而無光束穿透分光面283繼續(xù)向上傳播。到此，完成入射光束6向數(shù)個第一光束61的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)對入射光束6的再分配處理。
[0039]上述過程中，可通過分光面上設(shè)置的分光膜來控制入射光束6或第二光束62在分光面上的分光率，即調(diào)節(jié)每個分光面上產(chǎn)生的第一光束61的強度。入射面和出射面上設(shè)置的增透膜將入射光束6的能量損失降到1%以內(nèi)，較傳統(tǒng)的磨砂玻璃，大大提高了光束的轉(zhuǎn)換效率，起到均勻化作用的同時，將光照強度的損失降到最低。
[0040]第一基片I轉(zhuǎn)換得到的第一光束51和第二基片2轉(zhuǎn)換得到的第一光束61平行且等距設(shè)置，組成了均勻分布的第一出射光束7。第二基片2轉(zhuǎn)換得到的第二光束62與第一基片I轉(zhuǎn)換得到的第二光束52的相向傳播，將光束部分分配到入射光束5和入射光束6之間的空隙，填補了空隙無照明的缺陷，起到了光束均勻化的作用。當入射光束5和入射光束6部分重疊時，重疊部分的光照強度大于未重疊部分的光照強度，這時，可通過改變第一基片I和第二基片2的擺放位置，使第二基片2轉(zhuǎn)換得到的第二光束62與第一基片I轉(zhuǎn)換得到的第二光束52的相背傳播，將重疊部分的光束部分分配到未重疊部分，使光照強度均勻分布。
[0041]各基片的分光鏡大小可以不等，即在保持同一基片中的分光面相互平行的情況下，可根據(jù)入射光束的分布情況調(diào)節(jié)分光面之間的間距，以完成光束勻化處理。
[0042]各基片的分光鏡數(shù)量可調(diào)，即可根據(jù)入射光束的光強和需要轉(zhuǎn)換得到的出射光束的覆蓋面積增減各基片的分光鏡的數(shù)量，提高了光束均勻化裝置的靈活性，擴大了其應用范圍。
[0043]實施例2
[0044]如圖5所示，光束均勻化裝置包括四個基板，分別為第一基片1、第二基片2、第三基片3和第四基片4。其中，第一基片I和第二基片2對稱設(shè)置在同一平面上。第三基片3和第四基片4對稱設(shè)置在同一平面上。第一基片1、第二基片2、第三基片3和第四基片4的結(jié)構(gòu)相同。
[0045]第三基片3和第四基片4設(shè)置于第一出射光束7的傳播路徑上，第一出射光束7垂直射入第三基片3和第四基片4后進行第二次分光處理。第三基片3轉(zhuǎn)換得到的第二光束(圖中未示出)和第四基片4轉(zhuǎn)換得到的第二光束(圖中未示出)相向傳播。第三基片3轉(zhuǎn)換得到的第二光束(圖中未不出)和第一基片I轉(zhuǎn)換得到的第二光束52的傳播方向相互垂直。通過第三基片3和第四基片4對第一出射光束7進行二次勻化，進一步轉(zhuǎn)換為第二出射光束8。較第一出射光束7，第二出射光束8的覆蓋面積進一步擴大，提高了均勻化效率和均勻化光束的使用性能。
[0046]除上述結(jié)構(gòu)外，本實施例的其他結(jié)構(gòu)均與實施例1相同。
[0047]本發(fā)明中的上、下、左、右均以圖1為參考，為清楚地說明本發(fā)明而使用的相對概念。
[0048]本發(fā)明中的實施例僅用于對本發(fā)明進行說明，并不構(gòu)成對權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以想到的其他實質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.光束均勻化方法，其特征在于，在入射光束的傳播路徑上設(shè)置多個分光膜，入射光束透射分光膜后形成第一光束、經(jīng)分光膜反射后形成第二光束；第一光束與第二光束成一夾角；所述第一光束方向與所述入射光束方向相同；所述多個分光膜沿所述第二光束傳輸方向排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束均勻化方法，其特征在于，所述多個分光膜的分光率不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束均勻化方法，其特征在于，所述多個分光面相互平行，沿直線排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束均勻化方法，其特征在于，所述夾角為90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束均勻化方法，其特征在于，設(shè)置至少兩組分光膜，兩組分光膜對所述入射光束反射后的光束方向相反。
6.光束均勻化裝置，其特征在于，包括至少一個基片；所述基片包括至少兩個分光面；當入射光束照射于所述基片時，所述入射光束透射分光面后形成第一光束、經(jīng)分光面反射后形成第二光束；所述第一光束與所述入射光束傳輸方向相同；所述第二光束與所述入射光束具有一夾角；所述至少兩個分光面按照第二光束的傳輸方向排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述多個分光面相互平行，沿直線排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述分光面設(shè)有分光膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述基片由多個棱鏡組成；所述分光面位于相鄰兩個棱鏡的接觸面上；所述分光面上設(shè)置有分光膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述基片包括至少兩個分光鏡；每個所述分光鏡包括兩個直角棱鏡；所述兩個直角棱鏡的斜面接觸；所述分光膜設(shè)置于組成一個分光鏡的兩個直角棱鏡中其中一個或兩個的所述斜面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述直角棱鏡為等腰直角棱鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述直角棱鏡的直角面上設(shè)置有增透膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述兩個以上的分光面的分光率不同。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束均勻化裝置，其特征在于，所述夾角為90°。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束均勻化裝置，其特征在于，包括兩個所述基片；兩個所述基片對稱地設(shè)置；兩個基片上的分光面對所述入射光束的反射方向相反。
【文檔編號】G02B27/10GK103955063SQ201410161296
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】羅新華, 湯兆勝, 曾麗, 金永軍, 孫玉琴 申請人:上海兆九光電技術(shù)有限公司