CN103398314A - 指印光学显现系统的激光均匀照明装置 - Google Patents

Abstract

一种指印光学显现系统的激光均匀照明装置，包括紫外固体激光器，沿该紫外固体激光器输出光束方向依次是共焦扩束镜组、紫外液芯光纤和准直透镜，所述的紫外液芯光纤的输出端位于准直透镜的前焦点。本发明能够产生指印光学显现所需的单色、均匀照明激发条件，可以在光束传输一定距离范围及入射角度范围内任一照明位置截面上保持均匀光强分布，并且具有损耗小，亮度高，结构简单，操作使用灵活方便的特点。

Description

指印光学显现系统的激光均匀照明装置

技术领域

本发明涉及指印光学显现系统，特别是一种指印光学显现系统的激光均匀照明装置，可实现指印光学显现检测过程中所需的照明条件，包括照明光源距离、入射角度、光强分布的均匀性，并可在所需照明距离及入射角度变化范围内，实现照明光源的均匀光强分布。

背景技术

指印光学显现系统是用于指印物证特别是潜在指印显现提取的一种重要手段。在此技术中，采用各种特定光源，利用指印遗留物质成分在各种光源激发下具有的特殊的吸收、反射、散射及荧光特性，减弱或消除指印背景上的图案和其他细节干扰，增加指印纹线与背景的亮度反差，从而将指印显现出来，具有快速、无损、不影响后续显现方法使用的特点。在该光学显现系统中，照明光源及其照明激发效果，特别是照明的均匀性对指印的光学显现效果及检测率具有重要的影响。

在指印光学显现系统的激发照明过程中，多采用大功率多波段光源（氙灯、卤钨灯或LED光源）作为激发照明光源（参见在先技术：姚绍宽，廖洋，唐畅，翟鲁平发表在刑事技术，2010，（3）：49～50页的论文），利用滤光片或光栅实现所需激发照明波段光的选择输出。或采用半导体泵浦固体激光器为激发照明光源，输出激光光束直接（参见在先技术：一种显现、提取现场潜在指印的方法及其装置，中国专利号201110057239.9，发明人蔡能斌，孙文鼎，邓南，黄晓春），或经光学透镜组（参见在先技术：便携式半导体激光泵浦的固体激光指纹显现仪，中国专利号95109209.X，发明人廖江红，金天峰，王孝平，檀慧明，常柏年，刘环）导光传输，实现被检指印检材的激发照明。

上述现有的方法主要存在如下不足：

1、采用多波段光源为照明激发光源，实际可以利用的单色光功率小，无法有效地满足微弱荧光物质成分所需的激发及照明条件；且光束发散性强，增大了光辐射的危险性。

2、采用光源输出光束直接或经光学透镜传输激发照明，对光路调节技术要求高，操作复杂。利用该项技术实现检材所需的照明激发条件，需对光源及光学元件之间的位置和角度进行精密调节，技术要求高，且检材可检区域及照明效果严格依赖于光学透镜的位置及光路的调节精度。

3、照明光束的光强分布不均匀，无法满足完整有效的增强或显现指印图像所需的照明需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种指印光学显现系统的激光均匀照明装置，该装置能够产生指印光学显现所需的单色、均匀照明激发条件，可以在光束传输一定距离范围及入射角度范围内任一照明位置截面上保持均匀光强分布，并且具有损耗小，亮度高，结构简单，操作使用灵活方便的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种指印光学显现系统的激光均匀照明装置，其特点在于包括紫外固体激光器，沿该紫外固体激光器输出光束方向上，依次是共焦扩束镜组、紫外液芯光纤和准直透镜，所述的紫外液芯光纤的输出端位于准直透镜的前焦点。

所述的紫外固体激光器是中心波长为266nm、平均功率大于100mW的单色性好、亮度高的紫外激光器。

所述的共焦扩束镜组由第一透镜、第二透镜、第一透镜压圈、第二透镜压圈、锁紧螺钉、第一镜筒和第二镜筒组成，所述的第一透镜的焦距小于第二透镜的焦距，第一透镜由第一透镜压圈固定于第一镜筒的输入端，第二透镜由第二透镜压圈固定于第二镜筒的输出端，第二镜筒的输入端插入所述的第一镜筒的输出端，调节第二透镜的位置，确保第一透镜的后焦点与第二透镜前焦点相重合后，通过锁紧螺钉经所述的第一镜筒输出端的滑槽将所述的第二镜筒锁定。

所述的第一透镜的焦距与第二透镜的焦距的比例范围为1:2～1:10。

所述的准直透镜通过压圈固定于镜筒中，该镜筒的前端口与所述的紫外液芯光纤输出端耦合连接，保证所述的紫外液芯光纤输出端位于所述的准直透镜的焦平面。

所述的紫外液芯光纤，用于照明所需激光光束的传输及光束均匀，具有一定曲率半径的弯曲度。

所述的准直透镜用于光束的准直输出，且与液芯光纤输出端相连接，可随光纤输出端整体移动。

与在先技术相比，本发明有以下优点：

1、激光器作为照明光源，光功率利用率高，损耗小，亮度大，单色性好，可满足微弱物质成像所需照明及激发条件。

2、采用液芯光纤作为光束传输及均匀元件，结构简单，易于装调，操作方便，使用灵活。

3、采用准直透镜并与光纤输出端连接，输出光束准直传输且方向可随光纤弯曲改变，灵活可调，满足光束传输一定距离范围及入射角度范围内任一照明位置截面上的光强均匀分布。

附图说明

图1为本发明指印光学显现系统的激光均匀照明装置的结构示意图

图2为本发明共焦扩束镜组结构示意图

图3为本发明准直透镜与紫外液芯光纤输出端连接的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述，但不应以此限制本发明的保护范围。

请先参阅图1，图1是本发明指印光学显现系统的激光均匀照明装置的结构示意图。由图可见，本发明指印光学显现系统的激光均匀照明装置，由固体激光器1、共焦扩束镜组2、紫外液芯光纤3和准直透镜4组成。在沿所述的固体激光器1输出光束方向上，依次设置共焦扩束镜组2、弯曲半径可调的紫外液芯光纤3和准直透镜4，所述的共焦扩束镜组2两端分别与固体激光器1的输出端及液芯光纤3输入端连接，所述的液芯光纤3的输出端位于准直透镜4的前焦点。所述的固体激光器1为紫外激光器，输出所需紫外波段266nm激光光束，经共焦扩束镜组2聚焦扩束，耦合入射于紫外液芯光纤3，经紫外液芯光纤3进行光束均匀与导光传输，准直透镜4准直，实现一定距离范围及入射角度范围内的光强均匀分布照明。

所述的紫外固体激光器1，输出的中心波长266nm、半高全宽（FWHM）6nm、平均功率大于100mW的单色性好、亮度高的激光光束。

所述的共焦扩束镜组2，请参阅结构图2，由第一透镜21、第二透镜22，第一透镜压圈211、第二透镜压圈223，滑槽222，锁紧螺钉221，第一透镜镜筒212与第二透镜镜筒224组成。第一透镜21后焦点与第二透镜22前焦点相重合，且第一透镜21的焦距小于第二透镜22的焦距，二者焦距关系取决于激光光束与液芯光纤芯径参数；第一透镜21通过第一透镜压圈211固定于第一镜筒212的输入端，保持不动，第二透镜22通过第二透镜压圈223，固定于第二镜筒224的输出端；第二镜筒224的输入端插入所述的第一镜筒212的输出端，所述的锁紧螺钉221经所述的第一镜筒212的滑槽222将所述的第二镜筒224锁定，所述的第二透镜22可随第二镜筒224，在一倍焦距位置处，沿光轴方向，拧松所述的锁紧螺钉221后，沿滑槽222前后轻微平移至所需位置，再由锁紧螺钉221旋转锁定。根据固体激光器1输出激光光束尺寸、液芯光纤3纤芯直径及数值孔径，选择扩束镜组2扩束倍率与发散角，经扩束后激光光束充满液芯光纤3入射端面芯径。第一透镜21与第二透镜22材料采用石英玻璃，并根据扩束比例确定第一透镜21与第二透镜22的焦距f及之间的位置。

所述的紫外透明液芯光纤3，用于照明激发所需266nm激光光束的传输及光强分布均匀性改善。经扩束镜组2扩束激光光束，在一定入射角度范围内垂直入射紫外透明液芯光纤3。所述的紫外液芯光纤，其特点在于数值孔径大，耦合效率高，紫外光波段传输效率高，光功率损耗小。在所述的紫外液芯光纤3数值孔径规定角度范围内入射光线，在芯液与包层界面发生多次全反射，光束不同光强分布的部分，经多次反射复合叠加、传输后，实现光束光强均匀分布，由光纤输出端出射，并经准直透镜4后平行光传输。

所述的准直透镜4用于液芯光纤3输出光强分布均匀光束的准直传输。该准直透镜4的焦距f可根据液芯光纤3的数值孔径、纤芯直径及所需均匀照明的范围，利用几何光学方法计算确定，所述的准直透镜4通过压圈41固定于镜筒42中，该镜筒42的前端口与所述的紫外液芯光纤3输出端耦合连接，可随紫外液芯光纤输出端整体移动，实现所需距离范围及入射角度范围内的光强均匀分布照明。

本发明的具体实施例的具体结构和参数如下：

激光器1为紫外固体激光器，中心波长266nm，重复频率1KHz，出射光束光斑直径0.5mm，输出功率180mW。紫外液芯光纤，型号S250，纤芯直径3mm，数值孔径0.42。根据激光光束光斑尺寸与液芯光纤参数，聚焦扩束镜组扩束倍率选择为5倍，其中第一透镜21的焦距为f=10mm，第二透镜22的焦距为f=50mm，第一透镜与第二透镜通过机械光学镜筒分别与紫外固体激光器1及紫外液芯光纤的输入端连接，镜筒总体长度100mm，第一透镜位置固定，距离激光器输出端10mm，第二透镜可沿光轴方向移动，距离第一透镜位置可移动范围35～85mm。根据均匀照明范围D=45mm及液芯光纤参数，准直透镜4的焦距f通过几何光学原理计算确定为45mm。应用该激光均匀照明装置，实现了指印光学显现所需的均匀照明激发条件，在距照明检材300mm变化范围及45°入射角范围内，照明光束光强分布均匀，均匀光斑平顶因子可达F=0.815，满足了指印光学显现系统所需的照明及激发条件，可实现指印图像的光学增强显现。

Claims (5)

1.一种指印光学显现系统的激光均匀照明装置，其特征在于包括紫外固体激光器（1），沿该紫外固体激光器（1）输出光束方向依次是共焦扩束镜组（2）、紫外液芯光纤（3）和准直透镜（4），所述的紫外液芯光纤（3）的输出端位于准直透镜（4）的前焦点。

2.根据权利要求1所述的指印光学显现系统的激光均匀照明装置，其特征在于所述的紫外固体激光器（1）是中心波长为266nm、平均功率大于100mW的单色性好、亮度高的紫外激光器。

3.根据权利要求1所述的指印光学显现系统的激光均匀照明装置，其特征在于所述的共焦扩束镜组（2）由第一透镜（21）、第二透镜（22）、第一透镜压圈（211）、第二透镜压圈（223）、锁紧螺钉（221）、第一镜筒（212）和第二镜筒（224）组成，所述的第一透镜（21）的焦距小于第二透镜（22）的焦距，第一透镜（21）由第一透镜压圈（211）固定于第一镜筒（212）的输入端，第二透镜（22）由第二透镜压圈（223）固定于第二镜筒（224）的输出端，第二镜筒（224）的输入端插入所述的第一镜筒（212）的输出端，调节第二透镜（22）的位置，确保第一透镜（21）的后焦点与第二透镜（22）前焦点相重合后，通过锁紧螺钉（221）经所述的第一镜筒（212）输出端的滑槽（222）将所述的第二镜筒（224）锁定。

4.根据权利要求3所述的指印光学显现系统的激光均匀照明装置，其特征在于所述的第一透镜（21）的焦距与第二透镜（22）的焦距的比例范围为1:2～1:10。

5.根据权利要求3所述的指印光学显现系统的激光均匀照明装置，其特征在于所述的准直透镜（4）通过压圈（41）固定于镜筒（42）中，该镜筒（42）的前端口与所述的紫外液芯光纤（3）输出端耦合连接，保证所述的紫外液芯光纤（3）输出端位于所述的准直透镜（4）的焦平面。

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