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1、(10)申请公布号 CN 103955063 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103955063 A (21)申请号 201410161296.5 (22)申请日 2014.04.21 G02B 27/10(2006.01) (71)申请人 上海兆九光电技术有限公司 地址 201600 上海市松江区施惠路 111 弄 5 号 (72)发明人 罗新华 汤兆胜 曾丽 金永军 孙玉琴 (74)专利代理机构 上海脱颖律师事务所 31259 代理人 李强 (54) 发明名称 光束均匀化方法及光束均匀化装置 (57) 摘要 本发明公开了一种光束均匀化方法， 其特征 在于， 在入射光束的。
2、传播路径上设置多个分光膜， 入射光束透射分光膜后形成第一光束、 经分光膜 反射后形成第二光束 ； 第一光束与第二光束成一 夹角 ； 所述第一光束方向与所述入射光束方向相 同 ； 所述多个分光膜沿所述第二光束传输方向排 列。 本发明提供的光束均匀化方法， 通过设有分光 面的光束均匀化装置对入射光束进行重新分配， 使其转换为均匀分布的出射光束。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103955063 A CN 103955063 A 1/。
3、1 页 2 1. 光束均匀化方法， 其特征在于， 在入射光束的传播路径上设置多个分光膜， 入射光束 透射分光膜后形成第一光束、 经分光膜反射后形成第二光束 ； 第一光束与第二光束成一夹 角 ； 所述第一光束方向与所述入射光束方向相同 ； 所述多个分光膜沿所述第二光束传输方 向排列。 2. 根据权利要求 1 所述的光束均匀化方法， 其特征在于， 所述多个分光膜的分光率不 相同。 3. 根据权利要求 1 所述的光束均匀化方法， 其特征在于， 所述多个分光面相互平行， 沿 直线排列。 4. 根据权利要求 1 所述的光束均匀化方法， 其特征在于， 所述夹角为 90。 5. 根据权利要求 1 所述的光束。
4、均匀化方法， 其特征在于， 设置至少两组分光膜， 两组分 光膜对所述入射光束反射后的光束方向相反。 6. 光束均匀化装置， 其特征在于， 包括至少一个基片 ； 所述基片包括至少两个分光面 ； 当入射光束照射于所述基片时， 所述入射光束透射分光面后形成第一光束、 经分光面反射 后形成第二光束 ； 所述第一光束与所述入射光束传输方向相同 ； 所述第二光束与所述入射 光束具有一夹角 ； 所述至少两个分光面按照第二光束的传输方向排列。 7. 根据权利要求 6 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所述多个分光面相互平行， 沿 直线排列。 8. 根据权利要求 6 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所。
5、述分光面设有分光膜。 9. 根据权利要求 6 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所述基片由多个棱镜组成 ； 所 述分光面位于相邻两个棱镜的接触面上 ； 所述分光面上设置有分光膜。 10. 根据权利要求 6 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所述基片包括至少两个分光 镜 ； 每个所述分光镜包括两个直角棱镜 ； 所述两个直角棱镜的斜面接触 ； 所述分光膜设置 于组成一个分光镜的两个直角棱镜中其中一个或两个的所述斜面上。 11. 根据权利要求 10 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所述直角棱镜为等腰直角 棱镜。 12. 根据权利要求 10 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所述直角。
6、棱镜的直角面上 设置有增透膜。 13. 根据权利要求 6 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所述两个以上的分光面的分 光率不同。 14. 根据权利要求 6 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 所述夹角为 90。 15. 根据权利要求 6 所述的光束均匀化装置， 其特征在于， 包括两个所述基片 ； 两个所 述基片对称地设置 ； 两个基片上的分光面对所述入射光束的反射方向相反。 权 利 要 求 书 CN 103955063 A 2 1/5 页 3 光束均匀化方法及光束均匀化装置 技术领域 0001 本发明涉及光学领域， 特别涉及一种光束均匀化方法及光束均匀化装置。 背景技术 0002 随着科。
7、技的发展， 人们对于设备的智能化要求越来越高， 继而通过机器代替人眼 来做测量和判断的机器视觉系统应运而生， 并广泛应用于智能交通、 基于人脸识别的考勤 和门禁、 工业现场智能监控和检测等领域。机器视觉系统采用 CCD 照相机将被检测的目标 转换成图像信号， 传送给专用的图像处理系统， 根据像素分布和亮度、 颜色等信息， 转变成 数字化信号， 图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征， 如面积、 数量、 位 置、 长度等， 再根据预设条件输出结果， 实现自动识别功能。为了提高识别精准度和识别灵 敏度， 采用 CCD 照相机拍摄的图像必须具有高的对比度、 亮度和低的失真度。为了实现这个。
8、 要求， 在拍摄图像时， 对目标的照明要尽可能的均匀， 且具有高的抗外界干扰能力。 0003 目前常用 LED （Light Emitting Diode， 发光二极管） 作为照明光源使用， 为进一步 增加抗外界干扰能力， 采用 LED 阵列的形式， 形成一个光源面来提高光源的发光强度。LED 阵列排布后， 各 LED 发射的光束存在部分叠加， 导致光束的强度分布不均匀， 进一步导致成 像质量下降。 目前常规的光束均匀化的方法， 有的使用磨砂玻璃来匀化光束， 但磨砂玻璃会 造成较大的光能损失， 导致照明强度减弱 ； 有的通过调节 LED 排布情况来得到均匀光束， 但 效果并不明显。使用较多的均。
9、匀化方法， 是采用蝇眼光束均匀器对光束进行均匀化处理， 但蝇眼光束均匀器的结构复杂， 使用的光学镜片较多， 导致调试的难度也增加， 容易产生误 差， 影响光束均匀效果， 制造成本和制造难度也相应增加， 无法实现批量生产， 自动化程度 较低。 另一方面， 采用蝇眼光束均匀器对光束进行均匀化处理， 对目标物的摆放位置有严格 要求， 目标物与光源需要保持指定的距离， 对于表面不平整的目标物存在较大的局限性。 发明内容 0004 本发明的目的是为了克服现有技术中的不足， 提供一种方便使用的光束均匀化方 法。 0005 为实现以上目的， 本发明通过以下技术方案实现 ： 0006 光束均匀化方法， 其特征。
10、在于， 在入射光束的传播路径上设置多个分光膜， 入射光 束透射分光膜后形成第一光束、 经分光膜反射后形成第二光束 ； 第一光束与第二光束成一 夹角 ； 所述第一光束方向与所述入射光束方向相同 ； 所述多个分光膜沿所述第二光束传输 方向排列。 0007 优选地是， 所述多个分光膜的分光率不相同。 0008 优选地是， 所述多个分光面相互平行， 沿直线排列。 0009 优选地是， 所述夹角为 90。 0010 优选地是， 设置至少两组分光膜， 两组分光膜对所述入射光束反射后的光束方向 相反。 说 明 书 CN 103955063 A 3 2/5 页 4 0011 本发明的另一个目的是提供一种结构简。
11、单的光束均匀化装置。 0012 为实现以上目的， 本发明通过以下技术方案实现 ： 0013 光束均匀化装置， 其特征在于， 包括至少一个基片 ； 所述基片包括至少两个分光 面 ； 当入射光束照射于所述基片时， 所述入射光束透射分光面后形成第一光束、 经分光面反 射后形成第二光束 ； 所述第一光束与所述入射光束传输方向相同 ； 所述第二光束与所述入 射光束具有一夹角 ； 所述至少两个分光面按照第二光束的传输方向排列。 0014 优选地是， 所述多个分光面相互平行， 沿直线排列。 0015 优选地是， 所述分光面设有分光膜。 0016 优选地是， 所述基片由多个棱镜组成 ； 所述分光面位于相邻两个。
12、棱镜的接触面上 ； 所述分光面上设置有分光膜。 0017 优选地是， 所述基片包括至少两个分光镜 ； 每个所述分光镜包括两个直角棱镜 ； 所述两个直角棱镜的斜面接触 ； 所述分光膜设置于组成一个分光镜的两个直角棱镜中其中 一个或两个的所述斜面上。 0018 优选地是， 所述直角棱镜为等腰直角棱镜。 0019 优选地是， 所述直角棱镜的直角面上设置有增透膜。 0020 优选地是， 所述两个以上的分光面的分光率不同。 0021 优选地是， 所述夹角为 90。 0022 优选地是， 包括两个所述基片 ； 两个所述基片对称地设置 ； 两个基片上的分光面 对所述入射光束的反射方向相反。 0023 本发明。
13、提供的光束均匀化方法， 通过设有分光膜的光束均匀化装置对入射光束进 行重新分配， 使其转换为均匀分布的出射光束 （第一光束） ； 较传统的光束均匀化方法， 光能 损失少， 光能利用率 99%， 使出射光束维持入射光束的光照强度， 提高了出射光束的使用 性能 ； 操作简单， 避免多个光学器件的复杂调试， 提高了均匀化效果和精准度。 另一方面， 本 发明提供的光束均匀化方法， 可以在较短的距离完成对入射光束的均匀化处理， 对目标物 与光源之间的距离无特殊要求， 提高了灵活性 ； 同时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 通过在入射光束传播路径设置至少两组分光膜， 其中。
14、两组分光膜对入射光束反射 后的第二光束方向相反。当两组分光膜对称设置时， 对入射光束起到发散或聚焦的处理效 果， 使该方法适用于更多种类的非均匀入射光束， 达到均匀化效果。 当两组分光膜沿入射光 束传播路径依次设置时， 可实现沿不同方向对入射光束进行两次均匀化处理， 扩大了均匀 化的出射光束的覆盖面积， 提高了均匀化效率和出射光束的使用性能。 0025 本发明提供的光束均匀化装置， 采用直角棱镜叠加的方法形成相互平行的分光 面， 较传统的光束均匀器， 结构简单， 无需复杂调试即可达到均匀光束的效果。同时制造成 本和制造难度也大大降低， 可实现批量生产， 自动化程度高。 附图说明 0026 图 。
15、1 为本发明实施例 1 中光束均匀化装置的结构示意图 ； 0027 图 2 为本发明实施例 1 中第一基片的分光镜的结构示意图 ； 0028 图 3 为本发明实施例 1 中第二基片的分光镜的结构示意图 ； 说 明 书 CN 103955063 A 4 3/5 页 5 0029 图 4 为本发明实施例 1 中光束均匀化装置的工作原理示意图 0030 图 5 为本发明实施例 2 中光束均匀化装置的结构主视图。 具体实施方式 0031 下面结合附图对本发明进行详细的描述 ： 0032 实施例 1 0033 如图 1-3 所示， 光束均匀化装置包括两个基板， 分别为第一基片 1 和第二基片 2。 其中。
16、， 第一基片 1 和第二基片 2 对称设置在同一竖直面上。 0034 第一基片 1 和第二基片 2 的结构相同。以第一基片 1 为例， 第一基片 1 包括 8 个 大小相等的分光镜， 从上至下分别为分光镜11、 分光镜12、 分光镜13、 分光镜14、 分光镜15、 分光镜 16、 分光镜 17 和分光镜 18。以分光镜 11 为例， 分光镜 11 由两个等腰直角棱镜 111 组成， 等腰直角棱镜 111 相对叠加使其斜面接触， 形成分光面 113。分光面 113 上设置分光 膜 （图中未示出） 。各分光镜的分光面沿垂直于入射光束的传播方向排列， 相互平行且等距 设置。各等腰直角棱镜 111 。
17、的直角面上设有增透膜 （图中未示出） ， 并在分光面 113 的左侧 形成入射面， 在分光面 113 的右侧形成出射面， 入射面和出射面相互平行。 0035 以第二基片 2 为例， 第二基片 1 包括 8 个大小相等的分光镜， 从下至上分别为分光 镜 21、 分光镜 22、 分光镜 23、 分光镜 24、 分光镜 25、 分光镜 26、 分光镜 27 和分光镜 28。以分 光镜 21 为例， 分光镜 21 由两个等腰直角棱镜 211 组成， 等腰直角棱镜 211 相对叠加使其斜 面接触， 形成分光面 213。分光面 213 上设置分光膜 （图中未示出） 。各分光镜的分光面沿垂 直于入射光束的传。
18、播方向排列， 相互平行且等距设置。各等腰直角棱镜 211 的直角面上设 有增透膜 （图中未示出） ， 并在分光面 213 的左侧形成入射面， 在分光面 213 的右侧形成出射 面， 入射面和出射面相互平行。 0036 如图 2-4 所示， 上述光束均匀化装置的使用方法， 即光束均匀化方法 ： 将入射光束 5 经入射面垂直射入第一基片 1， 并射向第一基片 1 的分光镜 11， 经分光镜 11 的分光面 113 透射形成第一光束 51， 经分光镜 11 的分光面 113 反射形成第二光束 52。第一光束 51 与第 二光束 52 成 90。第一光束 51 方向与入射光束 5 方向相同， 穿透第一。
19、基片 1 从出射面射 出。第二光束 52 方向与入射光束 5 方向垂直， 射向位于分光镜 11 下方的分光镜 12。经分 光镜 12 的分光面 123 的分光处理， 第二光束 52 一部分的光束形成第一光束 6， 其余部分光 束穿透分光面 123 继续射向分光镜 12 下方的分光镜。射向分光镜 12 下方分光镜的光束经 各分光面的层层分光处理， 光强越来越弱， 当传播至分光镜18时， 经分光镜18的分光面183 全反射， 形成第一光束 51， 而无光束穿透分光面 183 继续向下传播。到此， 完成入射光束 5 向数个第一光束 51 的转化， 实现对入射光束 5 的再分配处理。 0037 上述过。
20、程中， 可通过分光面上设置的分光膜来控制入射光束5或第二光束52在分 光面上的分光率， 即调节每个分光面上产生的第一光束 51 的强度。入射面和出射面上设置 的增透膜将入射光束 5 的能量损失降到 1% 以内， 较传统的磨砂玻璃， 大大提高了光束的转 换效率， 起到均匀化作用的同时， 将光照强度的损失降到最低。 0038 一条平行于入射光束 5， 且与入射光束 5 无重叠部分的入射光束 6 经入射面垂直 射入第二基片 2， 并射向第二基片 2 的分光镜 21， 经分光镜 21 的分光面 213 透射形成第一 光束 61， 经分光镜 21 的分光面 213 反射形成第二光束 62。第一光束 61。
21、 与第二光束 62 成 说 明 书 CN 103955063 A 5 4/5 页 6 90。第一光束 61 方向与入射光束 6 方向相同， 穿透第二基片 2 从出射面射出。第二光束 62 方向与入射光束 6 方向垂直， 且与第一基片 1 产生的第二光束 52 方向相反。第二光束 62 射向位于分光镜 21 上方的分光镜 22。经分光镜 22 的分光面 223 的分光处理， 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 继续射向分光镜 22 上方 的分光镜。射向分光镜 22 上方的光束经各分光面的层层处理， 光强越来越弱， 但传播至分 光镜 28 时， 经分光。
22、镜 28 的分光面 283 全反射， 形成第一光束 61， 而无光束穿透分光面 283 继续向上传播。到此， 完成入射光束 6 向数个第一光束 61 的转化， 实现对入射光束 6 的再 分配处理。 0039 上述过程中， 可通过分光面上设置的分光膜来控制入射光束6或第二光束62在分 光面上的分光率， 即调节每个分光面上产生的第一光束 61 的强度。入射面和出射面上设置 的增透膜将入射光束 6 的能量损失降到 1% 以内， 较传统的磨砂玻璃， 大大提高了光束的转 换效率， 起到均匀化作用的同时， 将光照强度的损失降到最低。 0040 第一基片 1 转换得到的第一光束 51 和第二基片 2 转换得。
23、到的第一光束 61 平行且 等距设置， 组成了均匀分布的第一出射光束 7。第二基片 2 转换得到的第二光束 62 与第一 基片 1 转换得到的第二光束 52 的相向传播， 将光束部分分配到入射光束 5 和入射光束 6 之 间的空隙， 填补了空隙无照明的缺陷， 起到了光束均匀化的作用。当入射光束 5 和入射光 束 6 部分重叠时， 重叠部分的光照强度大于未重叠部分的光照强度， 这时， 可通过改变第一 基片 1 和第二基片 2 的摆放位置， 使第二基片 2 转换得到的第二光束 62 与第一基片 1 转换 得到的第二光束 52 的相背传播， 将重叠部分的光束部分分配到未重叠部分， 使光照强度均 匀分。
24、布。 0041 各基片的分光镜大小可以不等， 即在保持同一基片中的分光面相互平行的情况 下， 可根据入射光束的分布情况调节分光面之间的间距， 以完成光束匀化处理。 0042 各基片的分光镜数量可调， 即可根据入射光束的光强和需要转换得到的出射光束 的覆盖面积增减各基片的分光镜的数量， 提高了光束均匀化装置的灵活性， 扩大了其应用 范围。 0043 实施例 2 0044 如图 5 所示， 光束均匀化装置包括四个基板， 分别为第一基片 1、 第二基片 2、 第三 基片 3 和第四基片 4。其中， 第一基片 1 和第二基片 2 对称设置在同一平面上。第三基片 3 和第四基片 4 对称设置在同一平面上。
25、。第一基片 1、 第二基片 2、 第三基片 3 和第四基片 4 的结构相同。 0045 第三基片 3 和第四基片 4 设置于第一出射光束 7 的传播路径上， 第一出射光束 7 垂直射入第三基片 3 和第四基片 4 后进行第二次分光处理。第三基片 3 转换得到的第二光 束 （图中未示出） 和第四基片 4 转换得到的第二光束 （图中未示出） 相向传播。第三基片 3 转 换得到的第二光束 （图中未示出） 和第一基片 1 转换得到的第二光束 52 的传播方向相互垂 直。通过第三基片 3 和第四基片 4 对第一出射光束 7 进行二次匀化， 进一步转换为第二出 射光束 8。较第一出射光束 7， 第二出射光。
26、束 8 的覆盖面积进一步扩大， 提高了均匀化效率 和均匀化光束的使用性能。 0046 除上述结构外， 本实施例的其他结构均与实施例 1 相同。 0047 本发明中的上、 下、 左、 右均以图 1 为参考， 为清楚地说明本发明而使用的相对概 说 明 书 CN 103955063 A 6 5/5 页 7 念。 0048 本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明， 并不构成对权利要求范围的限制， 本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代， 均在本发明的保护范围内。 说 明 书 CN 103955063 A 7 1/5 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103955063 A 8 2/5 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103955063 A 9 3/5 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103955063 A 10 4/5 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103955063 A 11 5/5 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 103955063 A 12 。