CN102914934A - 激光照明成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了激光照明成像装置，包括设置于装置端部的双凸透镜，以及依次连接的匀光片，激光管，所述双凸透镜，匀光片以及激光管三者中心线一致；一带动双凸透镜前后运动的运动机构，包括一嵌入在双凸透镜上的从齿轮，一与电机固定连接的主齿轮，所述主齿轮与从齿轮相互啮合，所述从齿轮内部嵌入设置有小磁铁，以及设置从齿轮两侧的霍尔传感器，用于感应从齿轮的运动，所述激光管一侧还设置有散热器，所述电机及霍尔传感器固定连接驱动支架上，并由铝合金加工组装而成，采用激光技术作为照明辅助光源，有效的保障夜间成像距离，形成了全天候条件下的监视摄像，结构简单。

Description

激光照明成像装置

技术领域

本发明涉及光学领域，具体涉及激光照明成像装置。 

背景技术

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线。 

红外夜视，就是在夜视状态下，摄像机的红外作用部件会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，没有红外滤光镜，不再阻挡红外线进入CCD，红外线经物体反射后进入镜头进行成像，这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像，即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。 

红外LED发光管品质一般，寿命只有2000-3000小时，因为单个红外LED发光管功率较小，导致夜视摄像机照射距离较短。红外灯的选择直接关系到整套系统夜间的效果，目前市场广泛使用的有LED红外灯、微阵列LED红外灯、卤素滤光型红外灯等。因以上几种红外灯在照射距离、功耗、效率等方面都存在一定局限性，从而不适用于远距离辽望监控。而且低照度CCD摄像机达不到夜视要求，使得监控系统一到晚上便马上“失明”。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供激光照明成像装置，采用激光技术作为照明辅助光源，有效的保障夜间成像距离，形成了全天候条件下的监视摄像，结构简单。 

为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 

激光照明成像装置，包括设置于装置端部的双凸透镜，以及依次连接的匀光片，激光管，所述双凸透镜，匀光片以及激光管三者中心线一致； 

一带动双凸透镜前后运动的运动机构，包括一嵌入在双凸透镜上的从齿轮，一与电机固定连接的主齿轮，所述主齿轮与从齿轮相互啮合。 

优选的，所述从齿轮内部嵌入设置有小磁铁，以及设置从齿轮两侧的霍尔传感器，用于感应从齿轮的运动。 

优选的，所述激光管一侧还设置有散热器。 

优选的，所述电机及霍尔传感器固定连接驱动支架上，并由铝合金加工组装而成。

优选的，本发明的照明距离为300-500m。 

通过上述技术方案，本发明的有益效果是： 

运用激光的频率很单纯，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来。所以激光可以有效的保障CCD的夜间成像距离； 

再者激光灯的方向性强，激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多，它几乎是一束平行线。半导体激光器发出的光绝大部分都很集中，很容易通过激光透镜进行CCD照明成像，，激光照明技术成为夜间监视的佼佼者。形成了全天候条件下的监视摄像，照明距离从几米到数公里。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明的剖视图。 

图2为本发明的主视图。 

图3为本发明的工作原理图。 

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

参照图1及图2，激光照明成像装置，包括设置于装置端部的双凸透镜1，以及依次连接的匀光片4，激光管6，所述双凸透镜1，匀光片4以及激光管6三者中心线一致； 

一带动双凸透镜前后运动的运动机构，包括一嵌入在双凸透镜1上的从齿轮2，一与电机8固定连接的主齿轮3，所述主齿轮3与从齿轮2相互啮合。 

从齿轮2内部嵌入设置有小磁铁，以及设置从齿轮2两侧的霍尔传感器7，用于感应从齿轮2的运动。 

激光管6一侧还设置有散热器5。电机8及霍尔传感器7固定连接驱动支架10上，并由铝合金加工组装而成。本发明的照明距离为300-500m。 

双凸透镜1，材料选用K9光学玻璃，其作用将激光光束的平行光束集中整形匀化。 

半导体激光器输出光斑是椭圆形，水平和垂直发散角一般为θ||×θ⊥＝8°×40°。不可能用于直接照明观察，因此需要整成圆型或方型。用于有监视器观察显示的通常整理成长方型。 

CCD光敏面为矩型，且其长宽之比为3∶4，这样如果我们将激光光斑整形为此比例的矩行，则正好相互匹配，产生的视觉效果非常好。如果其中一个方向上视场角正好为激光器水平发散角(如8°)。 

可以将垂直方向发散角压缩为11°或6°。设双凸透镜焦距为f，激光发光带尺寸为D，则，由几何光学可知，激光光束经透镜后发散角为 

$\mathrm{\θ}=\frac{d}{f}$

则 $f=\frac{d}{\mathrm{\θ}}---\left(1\right)$

由(1)即可确定需要的最短焦距值。由此可以得到需要的激光器最小有效孔径为 

D＝2ftan(θ_⊥/2)    (2) 

例如，808nm 5W管子光带尺寸为0.001×0.2mm， 

代入(1)得f＝2mm。由(2)可得到D＝2×2tan20°＝1.5mm。 

在实际应用中，考虑到所使用透镜的通用性，例如，光束发散角压缩到0.5°是可能的，此时由上面的计算得双凸透镜焦距为f＝24mm，激光发光带尺寸为D＝2×24tan20°＝18mm。 

匀光片4，材料用K9光学玻璃，其尺寸￠17mm，厚1mm，磨砂而成，其作用将激光光束整形匀化。 

激光管6，型号为：FM01-5-808，其输出功率为5W，中心波长为808nm，工作电流≤5.5A，工作电压≤2V。 

主齿轮3，其材料用铜加工而成，齿顶直径为9.8mm，齿数为18的主动齿轮中心套装在12V步进直流减速电机8上，当电机8接受到指令后向顺时针旋转(或向逆时针旋转)，带动主齿轮3旋转，主齿轮3拧合到从齿轮2上，使从齿轮2旋转(顺向或逆向旋转)，从齿轮2嵌入在双凸透镜1套筒上，从齿轮2旋转因而推动双凸透镜1套筒向前或向后推进，使双凸透镜1与激光管6距离发生变化从而改变了激光照明距离.本方案照明距离约300-500m。 

霍尔传感器7，其型号为A3144，安装在从齿轮2左右侧二边，从齿轮2中嵌入小磁铁，当从齿轮2转动到霍尔传感器7位置时，霍尔传感器7输出端输出一个信号为高电平，信号传送给单片机，单片机指令控制图中电机8转动，当从齿轮2转动到霍尔传感器7另一个小磁铁位置时，霍尔传感器7输出端再输出一个信号为高电平，信号传送给单片机，单片机指令控制电机8反方向转动，电机8顺向或逆向旋转，从而起到双凸透镜1套筒前或后移动限位作用。 

从齿轮2，其材料用铜加工而成，齿顶直径为45.8mm，齿数为90的从齿轮2嵌入在双凸透镜1的套筒上，从齿轮2因电机8的旋转因而推动双凸透镜1套筒向前或向后推进，使双凸透镜1与激光管6距离发生变化从而改变了激光照明距离.本方案照明距离约300-500m。 

激光座9，材料用铝合金加工而成，给激光管6安装固定及散热. 

电机8，是一个12V步进直流减速电机，型号为N30AGB298，电机8轴套上主齿轮3，当图中电机8接受到指令后向顺时针旋转(或向逆时针旋转)，带动主齿轮3旋转，主齿轮3拧合到从齿轮2上，使从齿轮2旋转(顺向或逆向旋转)，从齿轮2嵌入在双凸透镜1套筒上，从齿轮2旋转因而推动双凸透镜1套筒向前或向后推进，使双凸透镜1与激光管6距离发生变化从而改变了激光照明距 离。 

驱动支架10，材料用铝合金加工而成，是固定电机8和霍尔传感器7之用，驱动支架10嵌入在镜头套上。 

本发明的工作原理： 

参照图3，将激光光束匀化整形，后用激光束压缩透镜(双凸透镜)将激光光束发散角进行压缩，观察时为了在不同距离上都能正常观察目标，本技术方案采用变倍镜头(电动变倍)，即近距离将光束发散角变大，这样照明范围大，光强度变弱，成像部分不会因为光强度大而饱和，远距离让将光束发散角变小，这样照明范围小，光强度变强，成像部分不会因为远距离衰减，从而增大观察距离。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.激光照明成像装置，其特征在于：包括设置于装置端部的双凸透镜，以及依次连接的匀光片，激光管，所述双凸透镜，匀光片以及激光管三者中心线一致；

一带动双凸透镜前后运动的运动机构，包括一嵌入在双凸透镜上的从齿轮，一与电机固定连接的主齿轮，所述主齿轮与从齿轮相互啮合。

2.根据权利要求1所述的激光照明成像装置，其特征在于：所述从齿轮内部嵌入设置有小磁铁，以及设置从齿轮两侧的霍尔传感器，用于感应从齿轮的运动。

3.根据权利要求1所述的激光照明成像装置，其特征在于：所述激光管一侧还设置有散热器。

4.根据权利要求1所述的激光照明成像装置，其特征在于：所述电机及霍尔传感器固定连接驱动支架上，并由铝合金加工组装而成。

5.根据权利要求1-4所述的激光照明成像装置，其特征在于：本发明的照明距离为300-500m。

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