CN107664849A - 一种照明光斑高度均匀的激光照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明光斑高度均匀的激光照明装置包括垂直腔面阵半导体激光器、变焦光学系统及散热装置。所述垂直腔面阵半导体激光器发出激光光束进入变焦光学系统，所述变焦光学系统对激光光束进行扩束、整形以及角度变化调整，所述调整后的激光光束投射至被照明目标面形成高度均匀的照明光斑，并且可以实现大角度和小角度照明光斑之间连续地均匀变化。本发明采用了垂直腔面阵半导体激光芯片与变焦光学系统组合实现角度连续变化均匀照明技术,彻底消除了由于激光的高相干性引起的激光干涉条纹或激光散斑，极大提升了半导体激光照明在照明、通讯、扫描等领域的应用效果，使图像更加清晰，应用效果更好。

Description

一种照明光斑高度均匀的激光照明装置
技术领域
本发明涉及一种激光照明装置，具体涉及一种垂直腔面阵发射激光芯片与变焦光学系统相结合的激光照明装置。
背景技术
随着安防夜视技术的发展，红外激光照明技术已广泛应用于安防行业中。目前安防市场上采用两种照明光源，一种是LED照明光源，另外一种是激光照明光源。LED光源因其功率小、发光效率低、发散角度大等原因限制了其在市场中的应用，并且仅限于应用于近距离照明(100米以内)。大功率半导体激光具有发光效率高、准直性好等优点，广泛应用于通讯、扫描以及安防照明领域等。
半导体激光器存在光能量分布不均匀的缺陷，目前普遍采用光束切割器(如毛玻璃或喷砂玻璃)、光纤以及带有微透镜(微结构)阵列的匀光器件对激光光束进行匀化处理，由于激光有很高的相干性，上述所有匀化装置只会消除图像中的部分明暗条纹，同时也会产生严重的激光散斑，严重影响照明效果。
发明内容
激光照明领域现有匀化装置只能消除图像中的部分明暗条纹，同时会产生大量的激光散斑，严重影响照明效果。为解决上述问题，本发明利用垂直腔面阵(Vcsel array)激光芯片研究设计了高度均匀的激光照明装置。
一种垂直腔面阵发射的激光照明装置，包括垂直腔面阵激光和变焦光学系统。所述垂直腔面阵激光由多个垂直腔面发射激光芯片单元组成的半导体面阵激光器,每个面发射激光芯片单元激发出一定量的激光，多只激光芯片单元发出的光束以阵列的方式排列组合成一整只光束，发出的激光光束进入变焦光学系统，所述变焦光学系统对激光光束进行扩束、整形以及角度变化调整，所述调整后的激光光束投射至被照明目标面形成高度均匀的照明光斑，并且可以实现大角度和小角度照明光斑之间均匀地连续变化。
所述变焦光学系统包括扩束镜、准直镜以及变焦系统，光束经扩束、准直、变焦后投射至被照明面形成均匀光斑。
本发明的有益效果：本发明提供的垂直腔面阵激光均匀照明装置，由于采用了垂直腔面阵激光的匀光技术，彻底消除了由于激光的高相干性引起的干涉条纹和激光散斑，极大提升了近红外激光照明在通信、夜视安防、扫描等领域的应用效果，使照明光斑更加均匀、图像更加清晰。
附图说明
图1为本发明所述照明光斑高度均匀的激光照明装置的结构图；
图2中a和b为本发明所述的一种垂直腔面阵激光照明装置中垂直腔面阵激光芯片的工作原理图；
图3为垂直腔面阵激光照明装置均匀照明光斑实拍图；
图4为本发明所述的一种照明光斑高度均匀的激光照明装置的原理图；
图5为本发明的具体实施方式二的装置图；
图6中a和b分别为采用现有常规装置和采用本发明的激光照明装置的匀化光斑的对比效果图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式。图1为一种照明光斑高度均匀分布的激光照明装置，包括垂直腔面阵半导体激光器1和变焦光学系统2，3为可变角度的均匀照明光束；所述垂直腔面阵半导体激光器1是由多个垂直腔面发射激光芯片单元组成的半导体面阵激光器,每个面发射激光芯片单元激发出一定量的激光,多个激光芯片单元发出的光束以阵列的方式排列组合成一整只光束，见图2中的a和b,激光光束整体经变焦光学系统扩束、整形、变焦后均匀地投射到被照明目标面，达到均匀照明的目的，从而彻底消除了激光干涉条纹和激光散斑，见图3。
具体实施方式二、结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种照明光斑高度均匀分布的激光照明装置的应用实例：垂直腔面阵半导体激光器1设置在散热底座4上，变焦步进电机2设置在镜筒外壳5上，在镜筒外壳5的管腔内设置有变焦光学系统3，变焦系统中的某一个镜片或者某一组镜片沿光轴方向相对激光芯片移动实现变焦(或者激光芯片做相对移动)。实验结果表明，本发明垂直腔面阵激光照明装置可彻底消除激光干涉条纹和激光散斑现象。
本发明激光散斑的消除结果如图6所示，a图为激光散斑的效果图，这种图像不清晰且激光散斑现象严重，图b所示为采用本发明垂直腔面阵激光照明装置的照明效果图，图像清晰且彻底消除了干涉条纹和激光散斑现象。
本发明未描述的技术特征可以通过现有技术来实现，可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，在本发明实质范围内所做出的变化，改型，添加或者等同替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种垂直腔面阵发射的激光照明装置，包括垂直腔面阵半导体激光器(1)和变焦光学系统(2)；其特征是，所述垂直腔面阵半导体激光器(1)发出激光光束入射至变焦光学系统(2)，所述变焦光学系统(2)对入射的激光光束进行扩束、整形以及照明角度进行调整，所述调整后的激光光束出射至被照明目标面形成均匀的照明光斑。
2.根据权利要求1所述的一种垂直腔面阵激光照明装置，其特征在于，所述垂直腔面阵激光器(1)包括转动装置和匀光片(2-2)，所述匀光片(2-2)安装在转动装置(2-1)的旋转轴上，转动装置(2-1)用于周期性的旋转匀光片(2-2)。
3.根据权利要求2所述的一种采用旋转匀光片匀化的激光照明装置，其特征在于，所述的转动装置(2-1)为电机。
4.根据权利要求1所述的一种采用旋转匀光片匀化的激光照明装置，其特征在于，所述透镜组(3)包括扩束镜(3-1)和聚焦镜(3-2)，光束经扩束、聚焦后出射至光投射面形成均匀光斑。
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