环形光照明器和用于环形光照明器的光束成形器制造技术

本发明专利技术揭示了一种具有环状排列光源的环形光照明器。对于每个光源对应有光束成形器，该光束成形器包括聚光器、来自光源的光的均匀化装置以及用于将均匀化装置的输出成像到要照明区域上的成像装置。各个实施例中的均匀化装置为将来自聚光器的光引导至其中的棒。与聚光器相对的棒的端部通过成像装置被成像到要照明区域中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及环形光照明器。本专利技术还涉及光束成形器。
技术介绍
在许多光学检测或成像作业中需要对将要检测或成像的区域进行清晰的照明。对于许多这样的照明目的使用环形光，例如在显微镜的使用中，这些环形光是提供暗场照明的公知手段。在这种应用中，理想的是将照明的区域限制为感兴趣的区域，并且在感兴趣的区域内具有均勻的光分布。可能的光源例如为弧光灯、LED (发光二极管)、激光二极管和齒光灯泡。虽然弧光灯通常提供比LED更高的光强，但它们也比LED呈现更强的强度波动和更短的寿命；因此，通常LED是较佳的光源选择。因为来自典型LED的光被发射到LED周围的半球中，所以需要光学元件将尽可能多的来自一个或多个LED的发射光引导到感兴趣的区域中，即，进入将要照明的区域中。欧洲专利申请EP 191900IAl涉及用于产品检测的点光设备，其中将LED用作光源。为了使光跨特定区域的分布变得均匀，使来自LED的光通过棒透镜。通过聚光透镜将来自LED的光引入棒透镜。为了保证棒透镜和聚光透镜的适当对准，也为了减少在组装光学系统期间将要处理的各个部件的数量，棒透镜和聚光透镜作为光学单元的部分提供，棒透镜构成透光部分，而聚光透镜构成聚光部分。为了将来自光源的光引导至透光部分，聚光部分将折射和反射进行了组合。欧洲专利申请EP 2177816A2揭示了一种光源阵列，具体为LED光源阵列，该光源阵列的光被引导至成形为棒的光积分器。该光积分器基于在该积分器内光的反射使光均勻并限制光。光积分器可以是具有反射内表面的中空管或光学透明材料的实心棒，其中在该光积分器内的光的反射归因于全内反射。光积分器的横截面可以是圆形的、多边形的或不规则的。还可在光积分器的下游设置其他的光学元件。对于每个光源可以对应有光学元件，用于控制和引导来自该光源的光。为了影响从光积分器出射的光的发散，光积分器可以是锥形的。欧洲专利申请EP 1150154A1揭示了一种照明系统，具体为用于显微镜的照明系统，其中多个光源(优选为LED)设置在环状的载体中。这些LED可以单独或成组地进行控制，并呈现小的发射角。德国专利申请DE 2852203揭示了一种用于显微镜的照明设置，其中来自光源的光沿着光纤引导，且在光纤的各端从该光纤出射，其中这些端以环状的方式排列。在德国专利申请DE 4016264中揭示了比如基于光纤的另一种环形照明系统。基于光纤的环形照明系统的问题是从光纤出射的光的大散射。同样地，LED的环状排列趋于产生相当不均匀的照明场，且即使这种LED与现有技术的聚光透镜组合使用，某些应用所需要的照明场的均匀程度也是无法实现的。对于环形光，最大光强是非常重要的设计参数，因为这些环形光本质上是“暗场”照明，其中散射光经常为观测对象。与弧光灯(用于正常显微镜观察的明亮照明的标准)相t匕，LED的主要劣势是，它们通常更暗。经常是这样的情况，基于LED的系统在所观测对象处没有提供足够的光强，且应该在设计中对于该情况给予极大的考虑以使在图像处可能的光最大化。使光最大化在机器视觉/检测中尤为重要，其中积分时间无法任意地延长以增加可用于产生良好曝光图像的光能。在机器视觉系统中的积分时间的增加会降低图像的频率且增加总的检测时间(图像时间)。由于检测机器的值取决于有多少半帧可在固定时间里被成像，因此在对象处使光最大化是非常重要的特征
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够在要照明区域中产生清晰且均匀的照明场的环形光照明器。附加地，来自环形照明器的光应能有效地聚集并被引导至要照明区域。该目的通过具有多个光源的环形照明器实现，其中对于每个光源对应有光束成形器，该光束成形器包括聚光器，用于聚集来自光源的光；来自光源的光的均匀化装置；以及成像装置，用于将均匀化装置的输出成像到要照明区域中。本专利技术的另一个目的是提供一种光束成形器，该光束成形器可容易地进行安装且不需要使其部件对准。附加地，来自光源的光应能有效地进行聚集，且应可使成像透镜的截断损失最小化。该目的通过制造为单体的光束成形器来实现，包括聚光器，用于聚集来自光源的光；均匀化棒，用于对来自光源的光进行均匀化；以及透镜，用于将均匀化棒的与聚光器相对的端成像到要照明区域中。根据本专利技术的环形光照明器包括多个以环状方式排列的光源。在较佳实施例中，每个光源是发光二极管(LED)或LED阵列。根据本专利技术，对于每个光源对应有光束成形器。光束成形器接收来自光源的光并以在要照明区域中产生照明场的方式将该光引导至要照明区域中，其中照明场具有边界明确的形状，且跨该照明场的照明的均匀程度达到足以完成即将进行的检测或照明作业。光束成形器包括聚光器、均匀化装置和成像装置。聚光器的目的是接收来自光源的光并将其引导至均匀化装置。聚光器优选地以如下的方式进行设计从光源发射的尽可能大比例的光通过聚光器聚集并被引导至均匀化装置，从而最终可在要照明区域中实现足够强度的照明场。均匀化装置的目的是降低跨光束的光强的不均匀性，使得最终跨照明场的光的强度的均匀性达到足够高的程度。成像装置的目的是将均匀化装置的输出成像到要照明区域中。照明场的大小部分地取决于成像装置的成像性质。在一个较佳实施例中，均匀化装置是具有圆形、椭圆形、矩形、正方形、六边形、八边形或其他横截面的棒；本文中的横截面垂直于光束成形器的光轴。棒具有第一端和第二端，通过该第一端从聚光器接收光，光通过该第二端从棒出射，第二端沿着光轴与第一端相对。棒的第二端通过成像装置被成像到要照明区域中。以这种方式产生的照明场的形状由棒的横截面确定。棒的均匀化功能归因于来自平行于光轴的棒的侧边的光的反射，通常为多次反射。优选地，棒是实心物件，至少对于要用于照明的光的波长是透明的，且反射为全内反射。或者，棒的侧边可设置有反射涂层，或棒可以是具有反射内壁的中空管。本专利技术的益处在于，其组合了 TIR透镜的聚光效率，以及光束成形器的成像透镜的最小截断损失。有利的是，棒和聚光器形成了整体单元，且具体地棒和聚光器可制造为单件。这减少了在组装或维修环形光照明器中需要处理的单个部件的数量，且还消除了在组装或维修期间适当对准聚光器和棒的需要。更为有利的是，聚光器、棒和成像装置形成了整体单元且可制造为单件。 在一些实施例中，成像装置为透镜。在替换实施例中，均匀化装置为设置在聚光器上的构造。因为光源的操作产生热量，有利的是为环形光照明器提供冷却机构。在各个实施例中，该冷却机构包括设置在环形光照明器的外表面上的冷却片，以使该环形光照明器的用于与环境进行热交换的表面增加。根据本专利技术的光束成形器(其可用于根据本专利技术的环形光照明器，但也可用于其他目的)制造为单件，从而消除了在光学系统的组装期间对光束成形器的多个部件的适当对准的需要。而且，以该方式，需要处理的部件的数量也减少了。光束成形器由对于其将要用于的光波长而言为透明的材料制成。在各个实施例中，这种材料可以比如为塑料材料或玻璃。用于光束成形器的模制材料的一种可能性为丙烯酸，另一种可能性为聚碳酸酯。丙烯酸比聚碳酸酯具有更好的透射性，但较不能耐受升高的温度。对于不会产生很多余热的照明源的应用场合，丙烯酸应该是可行的。丙烯酸中的透射损失大约为每毫米O. 25%，这导致在光束成形器具有67_总长度的情况下有15%的损失。根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·希尔，
申请(专利权)人：克拉坦科股份有限公司，
类型：
国别省市：