一种应用于检测设备中反光镜的成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学系统设计方法技术领域，特别涉及一种应用于检测设备中反光镜 的成型方法。
【背景技术】
[0002] 在机器视觉领域中，为了实现三维特征检测，要求检测设备配备的光学系统能够 将光线会聚于一个目标焦点。目前检测设备的光学系统一般米用LED芯片作为光源，一方 面LED芯片是一个面光源，而且其发出的光线的发散角较大，另一方面，在检测设备中空间 有限，结构紧凑，光源的光学器件之间的距离有限，而检测设备对光学系统的精度要求也很 高，故难以将光源发出的光线近似为平行光线，因此，检测设备的光学系统一般难以简单的 利用一个凹面反光镜来将入射光线聚焦到目标焦点，一般需要辅以复杂的光学系统才能够 实现入射光线的精确聚焦。
[0003] 此外，在机器视觉领域中，对入射到目标焦点的光线强度的要求是与入射角度相 关的，也就是说，在目标焦点处，对不同的入射角的光线系统所要求的光线强度也不同，这 种需求使得光学系统的复杂度更高。
[0004] 然而，众所周知，光学元件是较为昂贵的器件，且精度要求较高，当光学系统较为 复杂时，不仅其成本会大幅提升，而且系统在使用过程中调试难度巨大，影响设备的使用效 率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种应用于检测设备 中反光镜的成型方法，利用该方法对反光镜进行设计使得能够利用尽可能少的光学器件来 将入射光线有效聚焦，同时使得在目标焦点处光线强度随入射角调整。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现： 提供了一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，包括： 曲面设计步骤：将由LED芯片发出的入射光线分割为N束基本光束，在反光镜的表面预 成型与所述N束基本光束一一对应的N个反射曲面，使得每束基本光束都被反射曲面聚焦 到目标焦点，其中，所述N不小于3 ; 曲面调整步骤：设待调整的反射曲面为第X个反射曲面，建立在目标焦点处入射角度 与光线强度要求的映射关系，计算第X个反射曲面所反射的光线聚焦到目标焦点时的入射 角度a，将该入射角度a代入前述映射关系中以求得第X个反射曲面所对应的光线强度要 求，根据该光线强度要求调整第X个反射曲面的面积大小。
[0007] 曲面成型步骤：在基本光束照射在反光镜上的照射区域内成型与该束基本光束匹 配的反射曲面。
[0008] 其中，所述曲面设计步骤还包括： 分光步骤：将由LED芯片发出的入射光线分割N基本光束，所述基本光束的发散角小于 其入射光线的发散角； 设计步骤：根据基本光束的入射方向和发散角、LED芯片的坐标值和目标焦点的坐标 值计算反射曲面函数，使得满足该反射曲面函数的反射曲面能将该束基本光束聚焦于所述 目标焦点； 其中，每束基本光束的发散角在6°至20°之间。
[0009] 其中，所述反射曲面是非球面的二次曲面。
[0010] 其中，所述反射曲面函数满足
【主权项】
1. 一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于包括： 曲面设计步骤：将由LED芯片发出的入射光线分割为N束基本光束，在反光镜的表面预 成型与所述N束基本光束一一对应的N个反射曲面，使得每束基本光束都被反射曲面聚焦 到目标焦点，其中，所述N不小于3 ; 曲面调整步骤：设待调整的反射曲面为第X个反射曲面，建立在目标焦点处入射角度 与光线强度要求的映射关系，计算第X个反射曲面所反射的光线聚焦到目标焦点时的入射 角度a，将该入射角度a代入前述映射关系中以求得第X个反射曲面所对应的光线强度要 求，根据该光线强度要求调整第X个反射曲面的面积大小。
2. 曲面成型步骤：在基本光束照射在反光镜上的照射区域内成型与该束基本光束匹 配的反射曲面。
3. 如权利要求1所述的一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于，所述 曲面设计步骤还包括： 分光步骤：将由LED芯片发出的入射光线分割N基本光束，所述基本光束的发散角小于 其入射光线的发散角； 设计步骤：根据基本光束的入射方向和发散角、LED芯片的坐标值和目标焦点的坐标 值计算反射曲面函数，使得满足该反射曲面函数的反射曲面能将该束基本光束聚焦于所述 目标焦点； 如权利要求2所述的一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于：每束基 本光束的发散角在6°至20°之间。
4. 如权利要求2所述的一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于：所述 反射曲面是非球面的二次曲面。
5. 如权利要求4所述的一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于：所述 反射曲面函数满足：
，其中K为二次曲面系数，R为曲率半径， f=X2+Y2,X，Y，Z是以目标焦点为坐标原点的坐标。
6. 如权利要求5所述的一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于：所述 出射光线被分割为N束基本光束，所述3 <N< 10,所述反光镜上设置有与这N束基本光束 --对应的N个反射曲面，所述N个反射曲面是下述反射曲面中的任意N个： 二次曲面系数K为-0. 64、曲率半径R1为18的第一曲面； 二次曲面系数K为-0. 640862447,曲率半径R2为17. 97842589的第二曲面； 二次曲面系数K为-0. 615645193,曲率半径R3为19. 61477887的第三曲面； 二次曲面系数K为-0. 580721926,曲率半径R4为22. 0179688的第四曲面； 二次曲面系数K为-0. 548697201，曲率半径R5为24. 37035116的第五曲面； 二次曲面系数K为-0. 501037454,曲率半径R6为28. 18639421的第六曲面； 二次曲面系数K为-0. 475262431，曲率半径R7为30. 42428424的第七曲面； 二次曲面系数K为-0. 451207087,曲率半径R8为32. 63122659的第八曲面； 二次曲面系数K为-0. 428531802,曲率半径R9为34. 81498553的第九曲面； 二次曲面系数K为-0. 403004239,曲率半径R10为37. 55103339的第十曲面。
7. 如权利要求6所述的一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于：以第X 束光线的中心线入射到目标焦点时的入射角度为该束光线的入射角度a。
8. 如权利要求1所述的一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，其特征在于：所述 反光镜由铝镁合金制成，其表面镀设有铝膜。
【专利摘要】本发明提供了一种应用于检测设备中反光镜的成型方法，该方法将入射光线分割为多束发散角比较小的基本光线，每束基本光线匹配一个反射曲面来将光线聚焦至目标焦点，同时第X个反射曲面所反射的光线聚焦到目标焦点时的入射角度α，根据目标焦点对入射角度为α的光线的强度要求调整第X束光线所匹配的反射曲面的面积大小，从而使得在目标焦点处光线强度随入射角度的变化而调整，与现有技术相比，本发明仅需要一个反光镜，不需要复杂的光学系统即可实现入射光线有效聚焦，同时使得在目标焦点处光线强度随入射角调整，有效的减少了光学器件的数量，使得光学系统结构简单，成本低，调试难度小。
【IPC分类】G02B27-00, G02B5-10
【公开号】CN104570178
【申请号】CN201410841047
【发明人】康卫彤
【申请人】东莞市沃德普自动化科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日