CN106556934A - 一种激光准直结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光准直结构，用以提高激光准直结构对激光补光的光斑准直的均匀性和广角性以及出光功率的有效性。包括：变角准直结构外壳，以及置于所述变角准直结构外壳内部并且依次连接的非球面双胶合透镜组、变角准直结构驱动电机装置、变角准直结构电机驱动板、变角准直结构联动及控制板和变角准直结构外部控制命令接口；还包括：置于所述变角准直结构外壳内部的变角准直结构供电接口，用于为所述的激光准直结构取电。本发明的激光准直结构具备改善激光光束出光光斑的均匀性和细腻程度，且具备在同轴状态下大幅度地扩大激光发射角度的变化范围等功能。

Description

一种激光准直结构
【技术领域】
本发明涉及光学设备领域，尤其是一种激光准直结构。
【背景技术】
首先，由于激光为相干光所以其均匀性较差，输出光斑干涉条纹较多，明暗区域不均匀，因此激光补光的匀化工艺在激光补光的领域及激光准直应用中显得尤为重要。现有激光的匀化工艺及方法较多；例如：1)使用毛玻璃匀化激光，让激光在匀化透镜组中产生多次漫反射和折射改变激光光束的方向性实现光斑匀化，此类解决办法能有效改善激光光斑的均匀性，但由于折射和漫反射现象的发生激光光线产生大量光损，引起激光出光功率会大幅度降低，因此此类工艺会对激光补光和准直的芯片投入成本造成浪费(如5W激光芯片可能出光功率只有4W)；2)多透镜组一般为4-6片透镜组反复重塑激光光线，此类方法也能有效改善激光光斑的均匀性，但由于激光光线反复透过镜片会产生大量折射性光损(芯片出光功率仅为70％-90％)，因此同样会对激光补光和准直的芯片投入成本造成浪费；因此一种即能匀化激光光斑又能减少出光光损的准直和匀化装置显得尤为重要。
其次，由于激光光纤维出光孔径和激光芯片自身发射角度较小的限制，使激光发射角度很难在匀化状态下达到35°以上，这样激光广角准直的广角程度受到严重影响，但在各行业领域中当以激光补光或准直作为光源的解决方案中，激光匀化状态下的准直广角程度显得尤其重要，否则会出现自身补光盲区和激光光斑的手电筒效应(即激光补光范围小于取景装置的取景范围)。
【发明内容】
本发明提供了一种激光准直结构，用以提高激光准直结构对激光补光的光斑准直的均匀性和广角性以及出光功率的有效性。
本发明的一种激光准直结构，包括：变角准直结构外壳，以及置于所述变角准直结构外壳内部并且依次连接的非球面双胶合透镜组、变角准直结构驱动电机装置、变角准直结构电机驱动板、变角准直结构联动及控制板和变角准直结构外部控制命令接口；还包括：置于所述变角准直结构外壳内部的变角准直结构供电接口，用于为所述的激光准直结构取电；其中，所述变角准直结构外部控制命令接口，用于与外部设备连接，接收外部控制命令，并传递给所述变角准直结构联动及控制板；以及，所述的变角准直结构电机驱动板根据变角准直结构联动及控制板的命令驱动和控制变角准直结构驱动电机装置，再由所述的变角准直结构驱动电机装置移动非球面双胶合透镜组。
其中，在所述的变角准直结构驱动电机装置与变角准直结构电机驱动板之间还连接有电位器装置，用于调整所述变角准直结构驱动电机装置的控制精度。
其中，所述的非球面双胶合透镜组包括至少2片镜片，其中每一镜片包括非球面透镜和双胶合透镜，以双胶合方式连接。所述非球面透镜和双胶合透镜的形状和曲面参数与激光发射的角度相匹配。
其中，所述的变角准直结构外壳内部具备安装所述非球面双胶合透镜组并使各镜片同心同轴的机构。
其中，所述的变角准直结构驱动电机装置采用直流电机或步进电机。
其中，所述的变角准直结构电机驱动板为多层PCB变角准直结构电机驱动板；所述的变角准直结构联动及控制板为多层PCB变角准直结构联动及控制板。
本发明的激光准直结构，具备改善激光光束出光光斑的均匀性和细腻程度，且具备在同轴状态下大幅度地扩大激光发射角度的变化范围等功能。可以用在多层积阵列式激光器和能量光纤输出的尾纤式激光器上，且在阵烈式激光器中能避免激光光斑的蜂窝效应。采用多个非球面似透镜组和双胶合式透镜工艺以达到更佳匀化激光和控制激光角度变化的功能。
【附图说明】
图1是本发明实施例1的激光准直结构示意图；
图2是本发明实施例1中非球面双胶合透镜组12的结构示意图。
【具体实施方式】
近年来随着激光在各行业领域的广范应用，对激光补光的光斑准直的均匀性和广角性及出光功率的有效性都有较高的要求，因此发明人考虑到，需要提供一种具有调整激光角度变化范围的准直结构，该结构能大大提高现有激光准直结构出光功率和均匀性的要求，使激光出光功率能达到97％以上，且能广泛应用于阵列式激光芯片的准直及匀化。可应用在光纤式激光器和阵列式激光器(不仅限于此两类激光器)中使激光的同轴性佳、无偏心，变角范围大、广角性佳(最大角度可达55°)，且激光变角程度具备反馈功能可与任何取景镜头搭配实现激光光斑与取景装置(该取景置不限于摄像机)达到角度一致同步，且同步精准度高，工作稳定可靠。发明人经研究发现，可采用非球面复眼式双胶合镜片结构，使准直结构用2-3片镜片组即可达到匀化程度极高的光斑，且有效减少了准直构中的光损，提高激光出光功率，使激光芯片的出光功率达到97％。以下通过实施例进一步详细说明。
实施例1、本实施例的激光准直结构，是一种镜头类的结构装置，可以直接安装在阵烈式激光器和光纤式激光器的外壳上，安装时可使用不同的法兰接口即可。参见图1所示，包括：变角准直结构外壳11，以及置于变角准直结构外壳11内部并且依次连接的非球面双胶合透镜组12、变角准直结构驱动电机装置13、变角准直结构电机驱动板14、变角准直结构联动及控制板15和变角准直结构外部控制命令接口16；置于变角准直结构外壳11内部的变角准直结构供电接口17用于为本实施例的激光准直结构取电。更为优选的，变角准直结构驱动电机装置13与变角准直结构电机驱动板14之间还连接有电位器装置18用于调整变角准直结构驱动电机装置13的控制精度。变角准直结构外部控制命令接口16与外部设备连接，接收外部控制命令，并传递给变角准直结构联动及控制板15；然后，变角准直结构电机驱动板14根据变角准直结构联动及控制板15的命令驱动和控制变角准直结构驱动电机装置13，再由变角准直结构驱动电机装置13移动非球面双胶合透镜组12。通过上述各部件的信号传递和机械传动，使激光光斑通过准直控制后实现光斑的大小变化及与外部摄像取景装置的联动配合。
在具体实现中，变角准直结构外壳11可采用金属材质，散热性能佳的为首先，因为激光器发光同时发热较高，如果采用非金属材质或散热能力较差的材质会严重影响激光器的寿命，同时容易引起火灾隐患。
非球面双胶合透镜组12包括至少2片镜片，如图2所示，以2片镜片为例，其中每一镜片包括非球面透镜121和双胶合透镜122，以双胶合方式连接，以便在达到光线匀化的同时有效减少光损。非球面透镜121在匀化激光光线的同时能有效减少光损。非球面透镜121使激光器发出的光线在激光变角准直结构内发生有规律的折射现象使激光光线得到有效导出且保证其方向性较佳，无内腔漫反射或减少内腔漫反射。在非球面透镜121后部做一次双胶合透镜122工艺主要是保证激光扩束时的广角范围。非球面透镜121和双胶合透镜122的曲面参数是根据所采用激光芯片发射角度来决定的，不同的激光芯片采用不同的曲面参数，目前有激光芯片角度分成30多种，所以非球面双胶合透镜组12需要有不同的调整，即选择曲面不同的非球面双胶合透镜组12。另外，在变角准直结构外壳11内部具备安装非球面双胶合透镜组12并使各镜片同心同轴的机构，进而使每一镜片均可根据来自变角准直结构联动及控制板15的不同命令进行正向或反向移动及预置位设置。
变角准直结构驱动电机装置13可采用普通直流电机或步进电机，亦可配高精度电位器装置18，以便能达到控制镜片组移动的精度高，预置位精准。
变角准直结构电机驱动板14为多层PCB变角准直结构电机驱动板。变角准直结构联动及控制板15为多层PCB变角准直结构联动及控制板，多层PCB变角准直结构联动及控制板内部集成诸多透镜组位移算法和控制代码，以便达到外部控制命令的输入和反馈。
综上，本发明的优点如下：
1、变角准直结构外壳内部具备安装非球面镜片组的分别同轴、同心固定功能，使每一只镜片均可根据来自准直结构联动及控制板的不同命令进行正向或反向移动及预置位设置等。该装置相对原有同类激光准直结构的明显优势为体积小、重量轻、易安装
2、本发明涉及的激光准直结构的非球面镜片，能使激光匀化程度达到最佳状态，同轴性好，光斑无偏心现象，适合各类激光器的准直应用，通用性佳，性能稳定可靠。该非球面镜片组是将两个或以上非球面镜片进行双胶合处理实现。
3、本发明涉及的激光准直结构的变角控制范围广，最大角度可达55度，能有效避免激光补光的手电筒效应。
4、本发明涉及的激光准直结构供电系统及驱动和控制系统体积小，精度高，易集成，性能稳定。
5、本发明涉及的激光准直结构出光功率大，能有效解决由于出光率不高而引起的芯片发光功率的成本浪费，且出光功率稳定，通用性好。
6、本发明涉及的激光准直结构的供电驱动系统，无浪涌，无延时，为激光器的正常工作和延长使用寿命提供了可靠硬件保障。
这里本发明的描述和应用都只是说明性和示意性的，并非是想要将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是完全可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件均是公知的。本领域技术人员还应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、此例，以及用其它组件、材料和部件来实现，以及在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种激光准直结构，其特征在于，包括：变角准直结构外壳，以及置于所述变角准直结构外壳内部并且依次连接的非球面双胶合透镜组、变角准直结构驱动电机装置、变角准直结构电机驱动板、变角准直结构联动及控制板和变角准直结构外部控制命令接口；还包括：置于所述变角准直结构外壳内部的变角准直结构供电接口，用于为所述的激光准直结构取电；
其中，所述变角准直结构外部控制命令接口，用于与外部设备连接，接收外部控制命令，并传递给所述变角准直结构联动及控制板；以及，所述的变角准直结构电机驱动板根据变角准直结构联动及控制板的命令驱动和控制变角准直结构驱动电机装置，再由所述的变角准直结构驱动电机装置移动非球面双胶合透镜组。
2.如权利要求1所述的激光准直结构，其特征在于，在所述的变角准直结构驱动电机装置与变角准直结构电机驱动板之间还连接有电位器装置，用于调整所述变角准直结构驱动电机装置的控制精度。
3.如权利要求1所述的激光准直结构，其特征在于，所述的非球面双胶合透镜组包括至少2片镜片，其中每一镜片包括非球面透镜和双胶合透镜，以双胶合方式连接。
4.如权利要求3所述的激光准直结构，其特征在于，所述非球面透镜和双胶合透镜的形状和曲面参数与激光发射的角度相匹配。
5.如权利要求3所述的激光准直结构，其特征在于，所述的变角准直结构外壳内部具备安装所述非球面双胶合透镜组并使各镜片同心同轴的机构。
6.如权利要求1所述的激光准直结构，其特征在于，所述的变角准直结构驱动电机装置采用直流电机或步进电机。
7.如权利要求1所述的激光准直结构，其特征在于，所述的变角准直结构电机驱动板为多层PCB变角准直结构电机驱动板；所述的变角准直结构联动及控制板为多层PCB变角准直结构联动及控制板。
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