一种透射式光学模组
阅读说明：本技术 一种透射式光学模组 (Transmission-type optical module ) 是由 卢盛林 曾振煌 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于机器视觉及照明设备的技术领域,具体涉及一种透射式光学模组,包括光源和透镜,透镜设置于光源的前方,透镜包括第一表面和第二表面,光源射出的光线依次经过第一表面和第二表面,第一表面为旋转对称曲面,第一表面用于会聚光线,第二表面为自由曲面,第二表面的光轴倾斜于第一表面的光轴,第二表面用于改变光线的出射角度。本发明在不改变光源的安装角度的前提下,通过在光源之前设置透镜实现光线的出射角度的改变,其能够对光线的出射角度进行高精度调整,能够实现出射光斑的整形。(The invention belongs to the technical field of machine vision and lighting equipment, and particularly relates to a transmission type optical module which comprises a light source and a lens, wherein the lens is arranged in front of the light source and comprises a first surface and a second surface, light rays emitted by the light source sequentially pass through the first surface and the second surface, the first surface is a rotationally symmetrical curved surface, the first surface is used for converging light rays, the second surface is a free curved surface, the optical axis of the second surface is inclined to the optical axis of the first surface, and the second surface is used for changing the emergent angle of the light rays. According to the invention, on the premise of not changing the installation angle of the light source, the change of the emergent angle of the light is realized by arranging the lens in front of the light source, the emergent angle of the light can be adjusted with high precision, and the shaping of the emergent light spot can be realized.)
技术领域
本发明属于机器视觉及照明设备的技术领域，具体涉及一种透射式光学模组。
背景技术
在机器视觉、照明设备技术领域，都会用到特定的光源。通常来说，光源照明的好坏会直接影响到机器视觉系统采集信息的质量，因此，对光源的应用研究一直是重点。
然而，发明人发现了在一些特殊的机器视觉应用中，需要对特定的光源的发光角度进行调节，并且，一般改变光源发光角度的方案是改变灯板的角度，即通过改变灯的摆放角度从而改变光源的发光方向，这种方案的缺点是改变灯板的角度会使得整块灯板不是一个平面，而且，对于多阵列的LED灯，各个灯板均需要改变一定的角度既不利于PCB板的批量制造，也不利于对各个LED灯角度的精度把控及保障LED灯的发光角度的一致性，从而不能很好地满足机器视觉及照明的需求。
因此，亟需一种新型的光学模组以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种透射式光学模组，其能够在不改变光源的安装角度的前提下，通过在光源之前设置透镜实现光线的出射角度的改变，其能够对光线的出射角度进行高精度的调整，能够实现出射光斑的整形。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种透射式光学模组，包括光源和透镜，所述透镜设置于所述光源的前方，所述透镜包括第一表面和第二表面，所述光源射出的光线依次经过所述第一表面和所述第二表面，所述第一表面为旋转对称曲面，所述第一表面用于会聚光线，所述第二表面为自由曲面，所述第二表面的光轴倾斜于所述第一表面的光轴，所述第二表面用于改变光线的出射角度。
进一步地，所述第一表面的光轴和所述第二表面的光轴的夹角为θ，θ>0°，所述第一表面的光轴和所述第二表面的光轴形成夹角θ能够使光线发生有效偏转，从而实现对光斑的整形。
进一步地，所述第一表面为球面，所述第一表面向所述光源外凸。
进一步地，所述第一表面为非球面，所述第一表面的非球面面型的表达式为
其中，z为非球面的矢高量，c为非球面的曲率，r是以透镜长度单位为单位的径向坐标，k、α1～α8均为非球面系数。
进一步地，所述第二表面为Zernike多项式自由曲面，其表达式为其中，z为第二表面的矢高量，等号右边的第一项是Conic曲面部分，c为第二表面的曲率，r是以透镜长度为单位的径向坐标，k为二次非球面常数，N为多项式系数的个数，Ai为第i项的多项式系数，Ei(x，y)为第i项的x和y的高次多项式，x和y均为多项式的变量。
进一步地，所述透镜还包括第三表面和第四表面，所述第一表面、所述第三表面、所述第二表面和所述第四表面依次相接，所述第三表面和所述第四表面不妨碍光线从所述第一表面透过所述第二表面。
进一步地，所述光源和所述透镜的数量均为若干个，所述透镜的所述第三表面和所述第四表面均为连接面，若干个所述透镜相连接，并且，在相邻的所述透镜中，一个透镜的第四表面连接于另一个透镜的第三表面，若干个所述透镜能够构成透镜阵列。
进一步地，所述光学模组还包括PCB板，若干个所述光源均匀地分布于所述PCB板，若干个所述透镜均匀地分布于若干个所述光源的前方，并且，所述光源可以为LED光源或COB光源。
本发明的有益效果在于：本发明包括光源和透镜，透镜设置于光源的前方，透镜包括第一表面和第二表面，光源射出的光线依次经过第一表面和第二表面，第一表面为旋转对称曲面，第一表面用于会聚光线，第二表面为具有光路整形作用自由曲面，第二表面的光轴倾斜于第一表面的光轴，第二表面用于改变光线的出射角度，并能够使光线经过其整形后获得更好的光斑效果，从而在不改变光源的安装角度的前提下，实现光线的出射角度的调整，同时，本发明无须调整光源的位置，还显著地克服了现有技术中的光源的发光角度不一致而导致照明均匀度低的缺陷。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构示意图。
图2为本发明的实施例1的透镜的结构示意图。
图3为本发明的实施例2的结构示意图。
其中：1-光源；2-透镜；3-PCB板；11-光线；21-第一表面；22-第二表面；23-第三表面；24-第四表面；211-第一表面的光轴；221-第二表面的光轴；L1-光源的中心和第一表面的中心的距离；L2-第一表面的中心和第二表面的中心的距离；θ-第一表面的光轴和第二表面的光轴的夹角；α-出射光的偏转角度。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件，本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图1～3和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
一种透射式光学模组，如图1所示，包括光源1和透镜2，透镜2设置于光源1的前方，透镜2包括第一表面21和第二表面22，光源1射出的光线11依次经过第一表面21和第二表面22，其中，第一表面21为旋转对称曲面，第一表面21向光源1外凸，第二表面22为自由曲面，第二表面的光轴221倾斜于第一表面的光轴211，在光线11的出射过程中，第一表面21用于会聚光线11，第二表面22用于改变光线11的出射角度。
并且，如图2所示，光源1的中心和第一表面21的中心的距离为L1，第一表面21的中心和第二表面22的中心的距离为L2，满足关系式：0.545≤L1/L2≤0.546。
其中，光源1的中心和第一表面21的中心的距离可以为3mm～3.1mm，第一表面21的中心和第二表面22的中心的距离可以为5.5mm～5.6mm。
优选地，第一表面的光轴211和第二表面的光轴221的夹角为θ，19°≤θ≤20°。
同时，第一表面21为非球面，第一表面21为相对于透镜2的光轴旋转对称的非球面面型，其表达式为：
其中，z为第一表面21的矢高量，等号右边的第一项是Conic曲面部分，c为第一表面21的曲率，r是以透镜长度为单位的径向坐标，k、α1～α8均为非球面系数，并且，第一表面21的曲率为0.4965mm-1～0.4975mm-1，第一表面21的非球面系数k为-4.497～-4.496，α1～α8的值均为0。
优选地，第二表面22为Zernike多项式自由曲面，其表达式为其中，z为第二表面22的矢高量，等号右边的第一项是Conic曲面部分，c为第二表面22的曲率，r是以透镜长度为单位的径向坐标，k为二次非球面常数，N为多项式系数的个数，Ai为第i项的多项式系数，Ei(x，y)为第i项的x和y的高次多项式，x和y均为多项式的变量。
优选地，第二表面22的曲率为-0.2782mm-1～-0.2781mm-1，第二表面22的二次非球面常数k为-34.072～-34.071，N的值为3，A1＝-1.1426x10-4，A2＝-1.395，A3＝162.003，A1、A2、A3分别对应于x、y、xy这三个扩展多项式，并且，第一表面21和第二表面22均具有很好的消除像差的效果，从而优化了光线11的出射效果。
优选地，透射式光学模组还包括PCB板3，光源1设置于PCB板3，光源1为LED光源或COB光源，PCB板3用于驱动光源1的运行。
优选地，透镜2还包括第三表面23和第四表面24，第一表面21、第三表面23、第二表面22和第四表面24依次相接，第三表面23位于第四表面24的上方，第三表面23和第四表面24不妨碍光线11从第一表面21透过第二表面22。
并且，在透镜2对光线11的调整作用下，出射光的偏转角度α的值为16.5°～17.5°，从而实现了对光出射角度偏转16.5°～17.5°的调节效果，此外，通过第一表面21和第二表面22共同对光线11进行整形，实现使工作距离100mm的位置的光斑具有较高的均匀性。
实施例2
如图3所示，本实施例与实施例1不同的是，光源1和透镜2的数量均为若干个，透镜2的第三表面23和第四表面24为连接面，若干个透镜2相连接，若干个光源1均匀地分布于PCB板3，若干个透镜2均匀地分布于若干个光源1的前方，使得每个透镜2和每个光源1能够一一对应，从而构成了光源阵列和透镜阵列，满足了大面积的检测和照明的需求。
本实施例的其他结构均与实施例1相同，这里不再赘述。
显然，本发明对光源具有很好的光斑整形的作用，从而在不改变光源的安装角度的前提下，实现了对光线的出射角度的高效调整。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
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