CN107272190A - 基于镜面振动反射的激光眩目器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光应用技术领域，提供了一种基于镜面振动反射的激光眩目器，包括激光发生单元、第一反射镜面、第二反射镜面；第一、二反射镜面分别垂直于XZ、YZ平面；第一反射镜面在第一反射镜面驱动单元的驱动下，绕平行于Y轴的旋转轴往复摆动；第二反射镜面在第二反射镜面驱动单元的驱动下，绕平行于X轴的旋转轴往复摆动；第一、二反射镜面在Z轴方向上交错布置；第一、二反射镜面的反射面相对布置。本发明的有益效果为：光斑大小可以通过控制镜片摆动振幅获得；激光光强除了在两片镜面上反射有所损耗外，在眩目器覆盖的平面区域的任意点，依然以几乎全功率保持激光特性高频扫略，光强不被削弱；结构简单、合理，应用前景广阔。

Description

基于镜面振动反射的激光眩目器

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，特别涉及一种基于镜面振动反射的激光眩目器。

背景技术

振镜，一种通过1片以上平面反光镜，将光路沿原方向正交反射的模组，其中镜片可以沿其与基准平面夹角轴线发生小角度某种频率的偏转振动。

激光眩目器，通过某种手段，将一定功率的激光束扩散或者扫描出大面积光斑，从而达到刺激人眼，使被照射人员无法睁眼或者短暂致盲的机构装置。

当前，军用、警用激光眩目器具有一定的应用，国内淘宝上已有女士“防狼”用的激光眩目器，其采用的原理是传统的激光发射头配置凸透镜扩散；基于该技术的激光眩目器存在以下不足：

1、光斑调节受限

光斑调节受限直接影响产品性能，如女士防狼激光眩目器在紧急情况下，近距离无法产生足够大的光斑，如不能产生足够大的光斑及时将歹徒致盲，激怒歹徒反而可能更加危险；军用、警用激光眩目器需要在不同距离上使用，无法准确量化地调节光斑，容易造成误伤或者无法直接作用到目标上。

2、瞬时光强与光斑大小成反比

受电池和激光器散热的限制，激光器的功率无法无限制放大。通过凸透镜后的激光束在扩散到足够大的光斑后单位面积上的光强不足，使眩目致盲的效果大打折扣，从而失去产品使用的意义。

在国外，有通过平面镜沿着光路方向直线振动，反射后形成小面积成像，再通过类似投影仪的原理，将微小的成像光斑投影出去，产生较大光斑，从而形成类似激光眩目器的效果。

国外现有产品，虽然激光振动成像的方法解决了瞬时光强与光斑大小的问题，通过透镜组，也基本解决了光斑调节限制的问题。但使用透镜组，在需要覆盖近距离和远距离使用时，需要采用长焦、大范围调节镜头组，这类镜头组类似于单反相机的外装镜头，价格昂贵，体积庞大，重量沉重，结构娇贵。作为非致命性武器，性价比勉强能接受，作为女士防身装备，则携带使用极为不便，无法作为产品成型。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于镜面振动反射的激光眩目器，采取平面镜角度偏转振动反射，而非直线振动反射的方法，通过调节偏转角度的大小，将等强度的激光束，以很高频率反射扫略出去，覆盖所需面积的平面空间，从而实现眩目功能。

本发明一种基于镜面振动反射的激光眩目器，包括激光发生单元、第一反射镜面、第二反射镜面、第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元；

所述第一反射镜面为激光入射镜面，第二反射镜面为激光出射镜面；所述第一反射镜面、第二反射镜面分别垂直于XZ、YZ平面；所述第一反射镜面可在所述第一反射镜面驱动单元的驱动下，绕平行于Y轴的旋转轴在设定的角度范围内往复摆动；所述第二反射镜面可在所述第二反射镜面驱动单元的驱动下，绕平行于X轴的旋转轴在设定的角度范围内往复摆动；所述第一反射镜面、第二反射镜面在Z轴方向上交错布置；所述第一反射镜面、第二反射镜面的反射面相对布置；

所述激光发生单元发出的激光入射光束沿X轴方向入射所述第一反射镜面，经过所述第一反射镜面的第一次反射，转向所述第二反射镜面，再经过所述第二反射镜面的第二次反射后形成出射光束；

XYZ坐标系为空间任一直角坐标系。

进一步的，所述第一反射镜面、第二反射镜面的中心连线平行于Z轴。

进一步的，所述第一反射镜面、第二反射镜面的摆动频率不同，频率较大者为频率较小者的整数倍，所述整数倍为2倍或以上。

进一步的，所述第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元分别为第一电机、第二电机；所述第一反射镜面、第二反射镜面分别安装在所述第一电机、第二电机的转轴上；所述第一电机的轴线与Y轴平行，所述第二电机的轴线与X轴平行；所述第一电机、第二电机交错安装在固定支架上；所述第一电机、第二电机的转轴顺时针或逆时针小角度来回往复转动，分别带动所述第一反射镜面、第二反射镜面来回往复摆动。

进一步的，所述第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元均为带有偏心凸轮的电机，偏心凸轮固定在电机上；在所述第一反射镜面、第二反射镜面的固定支架内均设置有回复弹簧；电机带动偏心凸轮转动时，分别推动所述第一反射镜面、第二反射镜面摆动；所述回复弹簧用于所述第一反射镜面、第二反射镜面的复位。

进一步的，2个所述偏心凸轮上均设置有磁铁，通过霍尔传感器检测所述磁铁通过时的信号，即可得到电机转速，进而计算出所述第一反射镜面、第二反射镜面各自摆动的频率。

进一步的，所述第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元均为音圈电机，音圈电机直线推拉滑块，滑块在导轨上往复运动，带动所述第一反射镜面、第二反射镜面来回往复摆动。

进一步的，所述滑块上设置有直线电位器，用以获得音圈电机的行程反馈。

进一步的，所述第一反射镜面与XY平面夹角45°，所述第二反射镜面的与XZ平面夹角45°。

进一步的，该激光眩目器还包括一个或多个附加反射镜片和/或反射镜片，一个或多个所述附加反射镜片和/或反射镜片设置于入射光路或出射光路上。

本发明的有益效果为：光斑大小可以通过控制镜片摆动的振幅获得；激光光强除了在两片镜面上反射有所损耗以外，在眩目器覆盖的平面区域的任意点，依然以几乎全功率保持激光特性高频扫略，光强不被削弱；结构简单、合理，应用前景广阔。

附图说明

图1所示为本发明实施例中激光经2次反射后形成的正弦波示意图。

图2所示为本发明实施例1结构示意图。

图3所示为本发明实施例2结构示意图。

图4所示为本发明实施例3结构示意图。

其中：1-第一反射镜面、2-第二反射镜面、3-第一反射镜面驱动单元、4-第二反射镜面驱动单元、5-固定支架、6-激光发生单元、7-霍尔传感器、8-磁铁、9-滑块、10-直线电位器、31-第一电机、32-第二电机、33-带有偏心凸轮的电机、34-音圈电机。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

本发明实施例一种基于镜面振动反射的激光眩目器，包括激光发生单元6、第一反射镜面1、第二反射镜面2、第一反射镜面驱动单元3、第二反射镜面驱动单元4；

所述第一反射镜面1为激光入射镜面，第二反射镜面2为激光出射镜面；所述第一反射镜面1、第二反射镜面2分别垂直于XZ、YZ平面；所述第一反射镜面1可在所述第一反射镜面驱动单元3的驱动下，绕平行于Y轴的旋转轴在设定的角度范围内往复摆动；所述第二反射镜面2可在所述第二反射镜面驱动单元4的驱动下，绕平行于X轴的旋转轴在设定的角度范围内往复摆动；所述第一反射镜面1、第二反射镜面2在Z轴方向上交错布置；所述第一反射镜面1、第二反射镜面2的反射面相对布置；

所述激光发生单元6发出的激光入射光束沿X轴方向入射所述第一反射镜面1，经过所述第一反射镜面1的第一次反射，转向所述第二反射镜面2，再经过所述第二反射镜面2的第二次反射后形成出射光束；

XYZ坐标系为空间任一直角坐标系。所述第一反射镜面1、第二反射镜面2的中心连线平行于Z轴。所述第一反射镜面1、第二反射镜面2的摆动频率不同，频率较大者为频率较小者的整数倍，所述整数倍为2倍或以上。

实施例1

如图2所示，在垂直于XZ平面和YZ平面的方向上，分别设置第一反射镜面1和第二反射镜面2；其中第一反射镜面1围绕平行于Y轴的轴线振动偏转（下文简称为摆动）；第二反射镜面2围绕平行于X轴的轴线摆动；第一电机31（第一反射镜面驱动单元3）的轴线与Y轴平行，第二电机32（第二反射镜面驱动单元4）的轴线与X轴平行，两个电机31、32空间交错安装在固定支架5上；由此，第一反射镜面1安装在第一电机31的转轴上，第二反射镜面2安装在第二电机32的转轴上；第一电机31和第二电机32的转轴围绕其自身轴线顺时针或逆时针小角度来回转动，就分别带动第一反射镜面1和第二反射镜面2摆动。

为了确保光线的准确反射，两片镜面1、2的空间位置需要保证反射面中心相对；由此，静止状态下，以第一反射镜面1与XY平面呈45°交角，第二反射镜面2与XZ平面呈45°交角为例来看（也可以采用其他的夹角），入射光束以X轴的反方向射入，经过第一反射镜面1的第一次反射，转向第二反射镜面2，再通过第二反射镜面2的第二次反射，成为出射光束。

将上述第一反射镜面1和第二反射镜面2各自给出小角度往复摆动，受第一反射镜面1影响，出射光束将在XY平面上来回摆动，呈现出张角；受第二反射镜面2影响，出射光束将在ＹＺ平面上来回摆动，呈现出张角。当第一反射镜面1和第二反射镜面2以大于等于2倍的频率差（频率较大者为频率较小者整数倍，最小整数倍为2倍）摆动时，光束打到平面上，就能产生如图1的正弦波形（改变振幅可以变成接近“Ｚ形”或“之字形”）图案。由于光束的光斑具有一定直径Ｄ，当第一反射镜面1和第二反射镜面2的摆动频率差为ｎ，两个镜面的夹角造成的正弦波振幅都是Ａ，通过设定Ａ＝ｎＤ，通过镜面高频摆动，反射达到目标平面上的团就接近于一个边长为Ａ的正方形实心光斑。

在这个光斑范围内，眼睛将受到除去镜面反射效率后的激光直射，以单片镜面反射率98%为例，两片镜面下来，效率仍然高达96%。如此效率的激光直射，将使眼睛瞬间被暂时致盲。

实施例2

光路传播和实施例1相同，不同之处在于第一反射镜面驱动单元3和第二反射镜面驱动单元4均采用带有偏心凸轮的电机33。

如图3所示，第一反射镜面1和第二反射镜面2分别通过支架固定，第一反射镜面1围绕Y轴摆动，第二反射镜面2围绕X轴摆动；激光发生单元1发出的激光束，被第一反射镜面1反射后，打到第二反射镜面2上，再次反射，静止状态下出射光束在YZ平面上，沿Y轴方向射出。

带有偏心凸轮的电机33上固定有偏心凸轮，偏心凸轮转动时，推动第一反射镜面1运动，在第一反射镜面1的固定支架内装回复扭簧，回复弹簧用于第一反射镜面1、第二反射镜面2的复位；电机33高速旋转时，第一反射镜面1就会高速摆动，设定好偏心凸轮的半径，就可以获得想要的摆动幅度；想要改变振幅，可以通过控制调节凸轮中心距离镜片旋转中心的距离来实现，距离小则偏转角度增大，相应也就调整了前文中的振幅A；第二反射镜面2由另一个带有偏心凸轮的电机33推动，其原理相似。两个偏心凸轮上各安装一个磁铁8，通过霍尔传感器7检测磁铁通过时的信号，即可了解电机33转速，进而推算出镜片各自摆动的频率，实现实施例一中电机直驱相同的效果，这种方案仅电机噪音偏大，功能均可实现。

实施例3

和实施例1反射镜面布局相同，不同点在于第一反射镜面1、第二反射镜面2均由音圈电机34驱动；以第一反射镜面1的驱动为例，音圈电机34直线推拉滑块9，滑块9在导轨上沿X轴方向往复，滑块9上装有L型连接片；L型连接片随着滑块9被音圈电机34一起驱动沿X轴方向往复运动，L型连接片的垂直面推动镜面1，从而造成本实施例中第一反射镜面1像实施例1一样，围绕Y轴小角度高频摆动；第二反射镜面2原理相同，同样可以通过音圈电机34驱动滑块9带动第二反射镜面2摆动实现光路的反射偏转；在滑块9上安装直线电位器10，可以获得音圈电机34的行程反馈，从而控制振幅A，音圈电机34可以设定其振动频率，从而也可以控制第一反射镜面1、第二反射镜面2的频率差。

本实施例能实现同实施例1电机直驱相同的效果，虽然这种方案需要导轨滑块，频率提高受限，因为驱动重物模块高速往复，振幅的一致性控制难度略大，但功能均可实现。

本发明的有益效果为：光斑大小可以通过控制镜片摆动的振幅获得；激光光强除了在两片镜面上反射有所损耗以外，在眩目器覆盖的平面区域的任意点，依然以几乎全功率保持激光特性高频扫略，光强不被削弱；结构简单、合理，应用前景广阔。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.基于镜面振动反射的激光眩目器，其特征在于，包括激光发生单元、第一反射镜面、第二反射镜面、第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元；

所述第一反射镜面为激光入射镜面，第二反射镜面为激光出射镜面；所述第一反射镜面、第二反射镜面分别垂直于XZ、YZ平面；所述第一反射镜面能在所述第一反射镜面驱动单元的驱动下，绕平行于Y轴的旋转轴在设定的角度范围内往复摆动；所述第二反射镜面能在所述第二反射镜面驱动单元的驱动下，绕平行于X轴的旋转轴在设定的角度范围内往复摆动；所述第一反射镜面、第二反射镜面在Z轴方向上交错布置；所述第一反射镜面、第二反射镜面的反射面相对布置；

所述激光发生单元发出的激光入射光束沿X轴方向入射所述第一反射镜面，经过所述第一反射镜面的第一次反射，转向所述第二反射镜面，再经过所述第二反射镜面的第二次反射后形成出射光束；

XYZ坐标系为空间任一直角坐标系。

2.如权利要求1所述的激光眩目器，其特征在于，所述第一反射镜面、第二反射镜面的中心连线平行于Z轴。

3.如权利要求1所述的激光眩目器，其特征在于，所述第一反射镜面、第二反射镜面的摆动频率不同，频率较大者为频率较小者的整数倍，所述整数倍为2倍或以上。

4.如权利要求1-3任一项所述的激光眩目器，其特征在于，所述第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元分别为第一电机、第二电机；所述第一反射镜面、第二反射镜面分别安装在所述第一电机、第二电机的转轴上；所述第一电机的轴线与Y轴平行，所述第二电机的轴线与X轴平行；所述第一电机、第二电机交错安装在固定支架上；所述第一电机、第二电机的转轴顺时针或逆时针小角度来回往复转动，分别带动所述第一反射镜面、第二反射镜面来回往复摆动。

5.如权利要求1-3任一项所述的激光眩目器，其特征在于，所述第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元均为带有偏心凸轮的电机，偏心凸轮固定在电机上；在所述第一反射镜面、第二反射镜面的固定支架内均设置有回复弹簧；电机带动偏心凸轮转动时，分别推动所述第一反射镜面、第二反射镜面摆动；所述回复弹簧用于所述第一反射镜面、第二反射镜面的复位。

6.如权利要求5所述的激光眩目器，其特征在于，2个所述偏心凸轮上均设置有磁铁，通过霍尔传感器检测所述磁铁通过时的信号，即可得到电机转速，进而计算出所述第一反射镜面、第二反射镜面各自摆动的频率。

7.如权利要求1-3任一项所述的激光眩目器，其特征在于，所述第一反射镜面驱动单元、第二反射镜面驱动单元均为音圈电机，音圈电机直线推拉滑块，滑块在导轨上往复运动，带动所述第一反射镜面、第二反射镜面来回往复摆动。

8.如权利要求7所述的激光眩目器，其特征在于，所述滑块上设置有直线电位器，用以获得音圈电机的行程反馈。

9.如权利要求1所述的激光眩目器，其特征在于，所述第一反射镜面与XY平面夹角45°，所述第二反射镜面的与XZ平面夹角45°。

10.如权利要求1所述的激光眩目器，其特征在于，该激光眩目器还包括一个或多个附加反射镜片和/或反射镜片，一个或多个所述附加反射镜片和/或反射镜片设置于入射光路或出射光路上。