可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器及其調整方法

2023-04-29 03:30:11 2

專利名稱：可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器及其調整方法
技術領域：
本發明涉及一種雷射照明裝置及方法，尤其涉及的是一種可大範圍連續調整照明角度的雷射照明補光裝置及其調整方法。
背景技術：
現有技術中，隨著夜間攝像技術的發展，例如夜間監控，通常採用紅外線感光技術，就需要紅外照明；採用紅外雷射照明(補光)的技術越來越普遍，對照明質量的要求也越來越高。但因為半導體雷射器的出光角度是固定的，所以照明距離會受限。目前市場上多採用由正負兩片透鏡組成倒伽利略式望遠鏡結構完成照明角度可調的功能，如圖1所示， 雷射從雷射器Iio中射出，經過一勻化器120的勻化處理，再經過負透鏡130和正透鏡140 組成的倒伽利略式望遠鏡結構，其中負透鏡130完成雷射的擴束，正透鏡140完成雷射的準直，通過移動負透鏡可完成雷射照射角度的可調目的。但上述現有技術的照明裝置存在以下問題其一、目前攝像機的取景廣角已經達到了 60度，而市場上現有的雷射照明器最大角度比攝像機所需要的廣角要小很多，就產生了較明顯的「手電筒」效應；其二、半導體雷射器雷射能量利用率不高，會產生大量熱量，影響雷射器壽命，且照明距離較短，難以發揮雷射中遠距離照明的優勢；其三、難以兼顧小角度照明和半導體雷射器能量利用率，使得照明的範圍無法適配所需要的視場角度；其四、體積過大，影響應用範圍。因此，現有技術還有待於改進和發展。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器及其調整方法，其所採用的光學系統，實現雷射照明器大、小角度的可連續調整，並且提高雷射能量的利用率。本發明的技術方案包括
一種可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器，其設置包括一用於發射雷射的雷射器，其中，以及，依次設置的一短焦透鏡和一勻化裝置；所述雷射器、所述短焦透鏡和所述勻化裝置依次設置在同一光軸上，並且在該光軸上還依次設置有一正透鏡以及一負透鏡，且所述正透鏡沿所述光軸可前後移動。所述的雷射照明器，其中，所述短焦透鏡將雷射束匯聚到勻化器上，且勻化器上的光斑小於2. 5mmX 2. 5mm。所述的雷射照明器，其中，所述正透鏡和所述負透鏡組合形成一透鏡組合模塊。所述的雷射照明器，其中，所述透鏡組合模塊的焦點落在所述短焦透鏡和勻化裝置之間。一種所述雷射照明器的調整方法，其包括以下步驟調整正透鏡從勻化裝置向負透鏡靠近，所述雷射照明器的照明角度逐步縮小；反之，所述雷射照明器的照明角度逐步擴大；直至確定與攝像範圍相應的補光範圍。所述的方法，其中，所述短焦透鏡將雷射束匯聚到勻化器上，且勻化器上的光斑小於 2. 5mm X 2. 5mm0所述的方法，其中，所述正透鏡和所述負透鏡組合形成一透鏡組合模塊。所述的方法，其中，所述透鏡組合模塊的焦點落在所述短焦透鏡和勻化裝置之間。本發明所提供的一種可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器及其調整方法，由於採用了正透鏡在負透鏡前方的設計方案，克服了目前市場上雷射照明器存在大小角度難以兼顧調整及光能量利用率較低的問題，並使得攝像機的視場角和照明器的補光角度能夠完全匹配，並且補光距離完全滿足市場上攝像機的攝像距離。


圖1為現有技術的雷射照明裝置示意圖。圖2為本發明的雷射照明裝置光路原理示意圖。圖3和圖4所示分別為本發明照明裝置在調整不同照明範圍時的示意圖。圖5為本發明照明裝置的光學部件位置原理示意圖。圖6為本發明照明裝置的實體結構剖示示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖，將對本發明的各較佳實施例進行更為詳細的說明。目前市場上的雷射照明器存在大小角度難以兼顧調整及光能量利用率較低的問題，而本發明可有效解決上述問題，使得攝像機的視場角和照明器的補光角度進行了完全匹配，並且補光距離完全滿足市場上攝像機的攝像距離，同時本發明照明裝置的補光角度可調。本發明可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器較佳實施例，如圖2所示的光路原理，本發明雷射照明器中包括一雷射器210，用來發射雷射；發射出的雷射通過一短焦透鏡220進行匯聚，並在該短焦透鏡220的焦點前後設置一勻化裝置230 ；在該勻化裝置230 後設置一正透鏡240和一負透鏡250組成的「正一負」結構透鏡組，雷射經過該兩個透鏡， 形成一定的補光範圍。與現有技術不同的是，本發明照明裝置是將正透鏡240設置負透鏡 250的前方，並且設置正透鏡240可以前後移動，從而形成可調整出光角度的照明裝置，該出光角度的調整可以實現本發明照明裝置補光範圍的調整。如圖2中所示的本發明雷射照明器完整光路組成，其中A是半導體雷射器；B是短焦透鏡，可以包括但不限於是平凸透鏡、雙凸透鏡、非球面鏡與自聚焦透鏡等；C是勻化裝置，可以採用毛玻璃等；D是正透鏡；E是負透鏡。由半導體雷射器A發出的雷射束經短焦透鏡B後，雷射束被匯聚到勻化裝置C上， 且要保證匯聚在C上的光斑大小必須小於2. 5mmX 2. 5mm,否則照明和補光的效果不實用； 經勻化裝置C勻化後的雷射束呈發散狀態，用正透鏡D將發散的雷射束收集並匯聚，再用負透鏡對經正透鏡匯聚後的雷射束進行準直。當前後移動正透鏡時，可大範圍連續調整雷射照明器的照明角度，且光斑能量分布始終是均勻的。
如圖3所示是本發明照明裝置在不同位置的補光範圍示意，是前後移動正透鏡D (A、B、C、E固定不動)時，使雷射照明器處於小角度照明狀態時的示意圖；圖4所示是前後移動正透鏡D (A、B、C、E固定不動)時，使雷射照明器處於大角度照明狀態時的示意圖。由圖示可見，對正、負透鏡參數進行設計及相對位置進行調整，從理論上可滿足雷射照明器的照明角度從0度到90度連續可調整。所述正透鏡的可移動裝置可以採用電動的移動結構或者手動的移動結構，在此不做贅述。如圖5所示本發明照明裝置的一較佳實施例中，其中半導體雷射器210發出的雷射，經過短焦透鏡220之後，在勻化裝置230之前形成聚焦區域，該聚焦區域的光斑大小必須小於2. 5mmX 2. 5mm，並將正透鏡MO和負透鏡250組裝形成一個透鏡組合模塊，以方便裝配，該透鏡組合的焦點為F，當設置所述正透鏡240沿光軸方向來回移動時，焦點F也在短焦透鏡220與勻化裝置230之間移動；當正透鏡MO向負透鏡250靠近時，焦點F也向勻化裝置230靠近，雷射照明器的照明角度逐步縮小，形成如圖3所示較小的補光照明區域。當焦點F與勻化裝置230重合時，出射光將被準直，此時雷射照明器的照明角度最小；若正透鏡 240向勻化裝置230方向靠近，焦點F也向短焦透鏡220方向移動，則本發明所述雷射照明器的照明角度逐步擴大，如圖4所示照明補光範圍。直至最終確定與攝像範圍相應大小的補光範圍，該調整過程可以通過手動，也可以通過程序自動控制調整。本發明的所述照明裝置中，光路採用正-負透鏡組合，其中正透鏡完成了雷射的收集並匯聚，負透鏡完成雷射的準直或大角度出射。與傳統的負-正透鏡組合的光路相比， 在確保同等的雷射能量利用率的前提下，本發明採用的透鏡尺寸較小，故雷射照明器的體積較小，有利於大規模的應用。同時，將所述正透鏡設置為可前後移動，方便了對補光照明範圍的調整。本發明照明裝置通過實驗證明，其工作原理可以實現。如圖6所示，所述半導體雷射器210、短焦透鏡220、勻化裝置230、正透鏡240以及負透鏡250設置在一筒狀的外殼洸0 中，並可設置調整正透鏡MO的調整結構(圖中未示出)，用來在一定範圍內調整所述正透鏡240在光軸上前後移動，以調整整個雷射照明器的補光範圍。本發明同時提供了一種雷射照明補光範圍調整的方法，採用上述照明裝置，通過調整正透鏡的前後位置關係實現了對補光和照明範圍的調整。應當理解的是，上述針對本發明較佳實施例的描述較為具體和詳細，並不能因此而認為是對本發明專利保護範圍的限制，本發明的專利保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器，其設置包括一用於發射雷射的雷射器，其特徵在於，以及，依次設置的一短焦透鏡和一勻化裝置；所述雷射器、所述短焦透鏡和所述勻化裝置依次設置在同一光軸上，並且在該光軸上還依次設置有一正透鏡以及一負透鏡，且所述正透鏡沿所述光軸可前後移動。
2.根據權利要求1所述的雷射照明器，其特徵在於，所述短焦透鏡將雷射束匯聚到勻化器上，且勻化器上的光斑小於2. 5mmX2. 5mm。
3.根據權利要求1所述的雷射照明器，其特徵在於，所述正透鏡和所述負透鏡組合形成一透鏡組合模塊。
4.根據權利要求3所述的雷射照明器，其特徵在於，所述透鏡組合模塊的焦點落在所述短焦透鏡和勻化裝置之間。
5.一種如權利要求1所述雷射照明器的調整方法，其包括以下步驟調整正透鏡從勻化裝置向負透鏡靠近，所述雷射照明器的照明角度逐步縮小；反之，所述雷射照明器的照明角度逐步擴大；直至確定與攝像範圍相應的補光範圍。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述短焦透鏡將雷射束匯聚到勻化器上， 且勻化器上的光斑小於2. 5mmX 2. 5mm。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述正透鏡和所述負透鏡組合形成一透鏡組合模塊。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述透鏡組合模塊的焦點落在所述短焦透鏡和勻化裝置之間。
全文摘要
本發明公開了一種可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器及其調整方法，其裝置設置包括一用於發射雷射的雷射器，其中，以及，依次設置的一短焦透鏡和一勻化裝置；所述雷射器、所述短焦透鏡和所述勻化裝置依次設置在同一光軸上，並且在該光軸上還依次設置有一正透鏡以及一負透鏡，且所述正透鏡沿所述光軸可前後移動。本發明可大範圍連續調整照明角度的雷射照明器及其調整方法由於採用了正透鏡在負透鏡前方的設計方案，克服了目前市場上雷射照明器存在大小角度難以兼顧調整及光能量利用率較低的問題，並使得攝像機的視場角和照明器的補光角度能夠完全匹配，並且補光距離完全滿足市場上攝像機的攝像距離。
文檔編號F21V14/06GK102495512SQ201110423610
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月17日 優先權日2011年12月17日
發明者陸知緯 申請人:深圳市佶達德科技有限公司