CN215338579U - 一种基于内全反射透镜的笔式集光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于非成像光学设计技术领域，具体为一种基于内全反射透镜的笔式集光器。其包括一个内全反射透镜，光电探测器与信号处理器；内全反射透镜整体呈现长条棒状，包括自由曲面与平面，自由曲面外表面为镀膜层，自由曲面的底部留有集光口；光电探测器安装在透镜平面后方，光电探测器大小略大于透镜平面大小；信号处理器对光电探测器的结果进行分析，判断光强大小。本实用新型的有益效果在于：笔式集光器的核心光学部件全反射透镜通过外表面加工和处理，相比内表面加工更容易实现，加工成本低；***整体结构紧凑，体积小，对光的收集能力强，测量结果可靠，能解决当前对光探测的不方便、不准确的问题。

Description

一种基于内全反射透镜的笔式集光器

技术领域

本实用新型属于检测技术领域，具体涉及一种基于内全反射透镜的笔式集光器。

背景技术

目前对于光的探测在生产生活中都有着极大的用处，光收集器可以进行对产品的光强判断、漏光检测、波长分析等等，用途广泛，应用性强。光的检测效率和测量速度、难易程度都是评价光检测结果的重要指标。提高光的检测效率和测量速度，可以帮助生产生活中更快、更可靠对产品质量进行检测，方便快捷的检测工具可以提高检测过程的可实施性。

光源的类型非常多，光源的大小、体积、形状***，想要进行对光的检测，检测仪器必须能灵活应变各种光源。想要提升对光源的检测质量，就需要尽可能收集到光。目前对光的探测器技术已经非常成熟，但是对于发散的光或光源位置不确定的情况下，想直接通过探测器完成对光源的探测是非常难的。所以需要设计一款光的收集器来帮助提升对光的检测质量。目前市面上的光收集器多为大体积的平面结构，对于小型光源的探测使用上非常不便，或是应用光纤进行光的收集， 收集光的效率低，且光纤本身容易漏光；或通过加工内表面进行镀膜，精密加工难以实现或加工成本昂贵。本实用新型利用透镜进行对光的收集，容易实现，加工成本低；结构简单，体积小，对光的收集效率高，对于小型光源的探测或对光源的小面积探测非常友好。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于内全反射透镜的笔式集光器，以解决目前光收集器体积大、效率低的问题。

本实用新型的技术方案具体介绍如下。

一种基于内全反射透镜的笔式集光器，其包括被探测光源、内全反射透镜、光电探测器和信号处理器；内全反射透镜整体呈现长条棒状，其包括相连的自由曲面和出光平面，自由曲面的外表面上设置镀膜层，形成全反射面，自由曲面的底部设置圆形的集光口，集光口的直径小于出光平面的直径；被探测光源位于集光口前方；出光平面的后方设置光电探测器，光电探测器与信号处理器相接；工作时，被探测光源发出的光线从集光口通过内全反射透镜，经过全反射面被准直，从出光平面射出，被光电探测器接收，数据通过信号处理器进行处理，对收集到的光强进行分析并输出结果。

本实用新型中，镀膜层的材料选自铝、金中的一种或两种。

本实用新型中，光电探测器的直径大于出光平面的直径。

本实用新型中，出光平面和光电探测器相互平行。

本实用新型中，出光平面与光电探测器之间通过外壳支架相连接。

本实用新型中，被探测光源、内全反射透镜、光电探测器和信号处理器被封装在一个外壳中，外壳上靠近集光口的一侧设置进光孔。

本实用新型充分考虑了光探测器的实际应用需求，并深入了解了现有的光检测***的缺点，采用了基于内全反射透镜的笔式集光器的光学设计，可以满足工业、制造业等行业的高质量光检测需求，其有益性充分体现在：

1、本实用新型对所需要检测的光源要求低，适用范围广，对光源的大小、发散角、强度等特征都没有限制；

2、本实用新型采用的内全反射透镜，结构紧凑，可以进行封装，体积小；仅需单个透镜对光源光线进行准直，收集效率高；

3、本实用新型采用的核心光学部件内全反射透镜通过外表面加工和处理，相比内表面加工更容易实现，加工成本低，具有较好的经济性；

4、本实用新型无需设置光阑，减小了光能量的损失；

5、本实用新型提供的基于内全反射透镜的笔式集光器可以探测目标光源上不同部位的光特征，同时对于微弱光源的光强检测效果好；

6、本实用新型可通过ZEMAX光学设计软件，采用合理的内全反射透镜初始结构，并以此为基础作进一步优化，设计过程的简单、快速，适用于多种需求；

7、本实用新型采用的内全反射透镜的材质可以通过自己需求进行调整，通过镀膜进行全反射面的实现，加工难度低。

综上所述，相较于现有的平面型或光纤型激光器，本实用新型只需要单独的内全反射透镜就可以进行光的收集，且收集效率更高（95%），在提升了性能的同时，进一步简化了结构，减小了体积，适合批量生产，有助于规模推广。

附图说明

图1为本实用新型基于内全反射透镜的笔式集光器结构示意图。

图2为本实用新型实施例中内全反射透镜结构示意图。

图3为本实用新型实施例中针对LED光源的光线追迹图。

图4为本实用新型实施例中LED光源的辐射强度分布图。

图5为本实用新型实施例中集光器探测器位置处的目标面辐照分布图。

图中标号: 1-被探测光源；2-内全反射透镜，20-集光口，21-全反射面，22-出光平面，3-光电探测器，4-信号处理器。

具体实施方式

以下通过具体实施例和相关附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

如图1和2所示，本实用新型提供的一种基于内全反射透镜的笔式集光器，包括被探测光源1、内全反射透镜2、光电探测器3以及信号处理器4；其中内全反射透镜2整体呈现长条棒状，其由相连的自由曲面和平面组成，自由曲面的外表面经过镀膜处理，形成全反射面21，镀层的材料可以是铝、金等，具体可根据被探测光波长确定；自由曲面的底部留有小孔未镀膜作为集光口20，被探测光源1位于集光口20附近，内全反射透镜2的顶部平面为出光平面22，内全反射透镜2与探测器3之间由外壳支架相连，确保两者之间相对稳定，光电探测器3与信号处理器4直接相接。光电探测器3位于出光平面22外，光电探测器3的大小略大于出光平面22；工作时，光源发出的光线从集光口20通过内全反射透镜2，经过全反射面21被准直，从出光平面22射出，被光电探测器3接收，数据通过信号处理器4进行处理，对收集到的光强进行分析并输出结果。

实施例中，优选的，内全反射透镜2、光电探测器3和处理器4被封装在外壳中，外壳的前端留有圆形开口，作为进光孔，内全反射透镜2的集光口20和进光孔紧邻。

实施例中，优选的，集光口20孔径为4mm，出光平面22直径为30mm，光电探测器3直径为40mm。

在本实施例中，被探测光源1选用均匀发光表面，发光面为圆形，发光口径与集光口20大小一致，位于集光口20附近，仅作为使用时的特例作为展示。

如图3所示，在本实施例中，在光学设计软件ZEMAX中对基于内全反射透镜的笔式集光器进行光线追迹。

被探测光源1选用LED光源，光源的小角度光线（0~25°）穿过集光口20，直接到达光电探测器3平面，其他光线（25~30°）经过全反射面21的反射后被准直，到达光电探测器3的出光平面22。最终，所有的光线几乎都到达光电探测器3表面。由光电探测器3将收集到的光信息传输至信号处理器4，就可以得到相干的光信息结果。这对探测微弱光强、波长探测等等都有重大使用意义。

实施例中，待测试的光电探测器3表面离集光口20的距离为70mm，距离出光平面10mm。图5展示了光电探测器3处目标面的辐照分布图。根据探测结果，所有光线几乎都被光电探测器3接收，且能量分布较为均匀。通过ZEMAX软件的光线路径分析功能，约99%的光线都被光电探测器3所接收，对光的收集能力非常可观。

综上所述，本实用新型公开了一种基于内全反射透镜的笔式集光器，不仅可以对发散光进行收集探测的需求，也可以满足许多相近需求的应用场景，只需要单个内全反射透镜2就可以对光源的光线进行几乎无损的收集，并利用探测器进行探测。在体积小、结构紧凑的前提下，近乎实现了光的无损收集。且采用外表面加工和镀膜的方式，降低了加工难度，相比于现有的光纤或其他的内表面反射结构，具有较强的优越性。

实施例中仅选取了特定的被探测光源1与内全反射透镜2尺寸，用于具体说明本实用新型的实验思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、实验思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于内全反射透镜的笔式集光器，其特征在于，其包括被探测光源（1）、内全反射透镜（2）、光电探测器（3）和信号处理器（4）；内全反射透镜（2）整体呈现长条棒状，其包括相连的自由曲面和出光平面（22），自由曲面的外表面上设置镀膜层，形成全反射面（21），自由曲面的底部设置圆形的集光口（20），集光口（20）的直径小于出光平面（22）的直径；被探测光源（1）位于集光口（20）前方；出光平面（22）的后方设置光电探测器（3），光电探测器（3）与信号处理器（4）相接；工作时，被探测光源（1）发出的光线从集光口（20）通过内全反射透镜（2），经过全反射面（21）被准直，从出光平面（22）射出，被光电探测器（3）接收，数据通过信号处理器（4）进行处理，对收集到的光强进行分析并输出结果。

2.根据权利要求1所述的基于内全反射透镜的笔式集光器，其特征在于，光电探测器（3）的直径大于出光平面（22）的直径。

3.根据权利要求1所述的基于内全反射透镜的笔式集光器，其特征在于，出光平面（22）和光电探测器（3）相互平行。

4.根据权利要求1所述的基于内全反射透镜的笔式集光器，其特征在于，出光平面（22）与光电探测器（3）之间通过外壳支架相连接。

5.根据权利要求1所述的基于内全反射透镜的笔式集光器，其特征在于，被探测光源（1）、内全反射透镜（2）、光电探测器（3）和信号处理器（4）被封装在一个外壳中，外壳上靠近集光口（20）的一侧设置进光孔。

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