CN110879451A - 一种激光变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光变焦镜头，沿光线入射方向依次设有光管、第一负弯月透镜、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述光管、第一负弯月透镜和第四透镜组相对激光光源位置固定设置，所述第二透镜组和第三透镜组相对激光光源位置可调节设置，所述激光光源发出的光束通过光管、第一负弯月透镜后再经第二透镜组和第三透镜组进行变焦。本发明第二透镜组和第三透镜组分别安装在镜筒内的滑块上，通过滑块螺丝、凸轮、镜筒齿轮机构和驱动齿轮与电机相连，通过调节第二透镜组和第三透镜组能够保证输出的光斑边缘清晰、光束的高均匀度、低畸变；第二透镜组和第三透镜组调节范围宽，能够实现高倍率变焦调节。

Description

一种激光变焦镜头

技术领域

本发明涉及激光照明镜头技术领域，尤其涉及一种激光变焦镜头。

背景技术

激光照明镜头由于其单色性好，方向性好，体积小等适合作为远距离照明光源。但普通激光照明镜头通常存在光斑中心亮、四周暗、光斑均匀度低、畸变高等不良因素，因其照明效果需要进一步改进。

例如，公开号为CN107991764A，专利名称为一种红外激光照明变焦镜头的专利申请中，公开包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组，其中第一透镜组光焦度为正，第二透镜组光焦度为负，第三透镜组光焦度为正；且第一透镜组相对激光光源固定设置，第三透镜组和第二透镜组相对激光光源位置可调的红外激光照明变焦镜头，其通过第一透镜组变换到第二透镜前焦距后，通过第二透镜组和第三透镜组组成离焦变倍望远系统变换光发散角，改变第二透镜组和第三透镜组相对激光光源的位置，进而调整离焦变倍望远系统的离焦量，可以实现不同发散角变换；另外通过第二透镜组和第三透镜组组成的离焦变倍望远系统找到光束通过率很高的对应焦距，能够使光束远场发散角的变换范围更宽，并且在角度变换中，光束能量利用很高。但此申请还存在一些光斑边缘不够清晰、光束不均匀、光斑形状不能改变，具体的调焦实现结构不清楚等问题需要改进。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种激光变焦镜头，能够保证输出的光斑边缘清晰、光束的高均匀度、低畸变，光斑形状能够随光管形状改变，而且能够实现高倍率变焦调节。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种激光变焦镜头，沿光线入射方向依次设有光管、第一负弯月透镜、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述光管、第一负弯月透镜和第四透镜组相对激光光源位置固定设置，所述第二透镜组和第三透镜组相对激光光源位置可调节设置，所述激光光源发出的光束通过光管、第一负弯月透镜后再经第二透镜组和第三透镜组进行变焦。

进一步的，所述第四透镜组包括第二负弯月透镜和第三负弯月透镜。

进一步的，镜头总焦距最小为fW，所述第四透镜组焦距为fW4，所述第三透镜组焦距为fW3，所述第二透镜组焦距为fW2，所述第一负弯月透镜焦距为fW1；镜头总焦距最大为fL，所述第四透镜组焦距为fL4，所述第三透镜组为fL3，所述第二透镜组焦距为fL2，所述第一负弯月透镜焦距为fL1，满足以下关系：

1.5≤|fW1/fW|≤3.5；5≤|fW2/fW|≤7；0.5≤|fW3/fW|≤2.5；14≤|fW4/fW|≤17；

0.05≤|fL1/fL|≤0.15；0.1≤|fL2/fL|≤0.5；0.01≤|fL3/fL|≤0.1；0.1≤|fL4/fL|≤1.5；30≤|fL/fW|≤150。

进一步的，所述光管截面形状为圆形或方形。

进一步的，所述第四透镜组固定在前组镜筒中，所述第二透镜组和第三透镜组滑动安装在后组镜筒中，所述前组镜筒与后组镜筒一端固定相连，所述后组镜筒外套设有镜筒齿轮机构，所述镜筒齿轮机构通过凸轮驱动所述第二透镜组和第三透镜组进行调焦，所述后组镜筒另一端内侧设有尾座，所述尾座中设有光纤座，所述光管和第一负弯月透镜分别固定在所述光纤座和尾座中。

进一步的，所述镜筒齿轮机构连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮连接在电机的输出轴上，所述电机固定在电机座上，所述电机座固定在所述后组镜筒上。

进一步的，所述驱动齿轮与电机的输出轴之间还设有垫片、压缩弹簧和螺母，所述后组镜筒筒体上还设有能够检测驱动齿轮位置的电磁铁和传感器。

进一步的，所述第二透镜组和第三透镜组分别安装在第一滑块和第二滑块中，所述第一滑块和第二滑块分别通过中第一滑块螺丝、第二滑块螺丝与凸轮传动相连，驱动第一滑块和第二滑块在后组镜筒中滑动从而实现调焦。

进一步的，所述第二透镜组中包括双凸透镜，所述第三透镜组中包括双凹透镜。

进一步的，所述后组镜筒的另一端内侧设有凸轮压圈，所述凸轮压圈抵住所述凸轮的一端端部。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过设置相对激光光源位置固定的第一负弯月透镜和第四透镜组，相对激光光源位置可调节设置的第二透镜组和第三透镜组，通过调节第二透镜组和第三透镜组能够保证输出的光斑边缘清晰、光束的高均匀度、低畸变；第二透镜组和第三透镜组调节范围宽，能够实现高倍率变焦调节。

2、本发明光斑形状随光管形状变化，可以选择不同截面形状的光管从而输出不同形状的光斑。

3、本发明第二透镜组和第三透镜组分别安装在镜筒内的滑块上，通过滑块螺丝、凸轮、镜筒齿轮机构和驱动齿轮与电机相连，能够实现自动变焦调节，调节精确。

附图说明

图1为本发明激光变焦镜头处于焦距最大状态时的光学原理图；

图2为本发明激光变焦镜头处于焦距最小状态时的光学原理图；

图3为本发明激光变焦镜头的整体结构示意图；

图4为本发明激光变焦镜头的剖视示意图。

附图标记说明：

1、光管；2、第一负弯月透镜；3、第二透镜组；31、第一滑块；32、第一滑块螺丝；4、第三透镜组；41、第二滑块；42、第二滑块螺丝；5、第四透镜组；51、第二负弯月透镜；52、第三负弯月透镜；6、激光光源；7、前组镜筒；8、后组镜筒；9、镜筒齿轮机构；91、驱动齿轮；92、电机；93、电机座；94、垫片；95、压缩弹簧；96、螺母；97、电磁铁；98、传感器；10、凸轮；11、尾座；12、光纤座；13、凸轮压圈。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1-4所示，一种激光变焦镜头，沿光线入射方向依次设有光管1、第一负弯月透镜2、第二透镜组3、第三透镜组4和第四透镜组5，所述光管1、第一负弯月透镜2和第四透镜组5相对激光光源6位置固定设置，所述第二透镜组3和第三透镜组4相对激光光源6位置可调节设置，所述激光光源6发出的光束通过光管1、第一负弯月透镜2后再经第二透镜组3和第三透镜组4进行变焦。

所述第四透镜组5包括第二负弯月透镜51和第三负弯月透镜52。

镜头总焦距最小为fW，所述第四透镜组5焦距为fW4，所述第三透镜组4焦距为fW3，所述第二透镜组3焦距为fW2，所述第一负弯月透镜2焦距为fW1；

镜头总焦距最大为fL，所述第四透镜组5焦距为fL4，所述第三透镜组4为fL3，所述第二透镜组3焦距为fL2，所述第一负弯月透镜2焦距为fL1，满足以下关系：

1.5≤|fW1/fW|≤3.5；5≤|fW2/fW|≤7；0.5≤|fW3/fW|≤2.5；14≤|fW4/fW|≤17；

0.05≤|fL1/fL|≤0.15；0.1≤|fL2/fL|≤0.5；0.01≤|fL3/fL|≤0.1；0.1≤|fL4/fL|≤1.5；30≤|fL/fW|≤150。

所述光管1截面形状为圆形或方形。

参见图3-4所示，参见激光变焦镜头的具体结构，所述第四透镜组5固定在前组镜筒7中，所述第二透镜组3和第三透镜组4滑动安装在后组镜筒8中，所述前组镜筒7与后组镜筒8一端固定相连，所述后组镜筒8外套设有镜筒齿轮机构9，所述镜筒齿轮机构9通过凸轮10驱动所述第二透镜组3和第三透镜组4进行调焦，所述后组镜筒8另一端内侧设有尾座11，所述尾座11中设有光纤座12，所述光管1和第一负弯月透镜2分别固定在所述光纤座12和尾座11中。所述后组镜筒8的另一端内侧设有凸轮压圈13，所述凸轮压圈13抵住所述凸轮10的一端端部。

所述镜筒齿轮机构9连接有驱动齿轮91，所述驱动齿轮91连接在电机92的输出轴上，所述电机92固定在电机座93上，所述电机座93固定在所述后组镜筒8上。

所述驱动齿轮91与电机92的输出轴之间还设有垫片94、压缩弹簧95和螺母96，此部分结构起到保护电机92的作用，在压缩弹簧95压力作用下，当电机92转到头时，驱动齿轮91依旧能够转动，电机92不会卡死烧坏；所述后组镜筒8筒体上还设有能够检测驱动齿轮91位置的电磁铁97和传感器98，当驱动齿轮91转动到指定位置时，经电磁铁97和传感器98检测反馈至控制器控制电机92停止工作。

所述第二透镜组3和第三透镜组4分别安装在第一滑块31和第二滑块41中，所述第一滑块31和第二滑块41分别通过中第一滑块螺丝32、第二滑块螺丝42与凸轮10传动相连，驱动第一滑块31和第二滑块41在后组镜筒8中滑动从而实现调焦。

所述第二透镜组3中包括双凸透镜，所述第三透镜组4中包括双凹透镜。本申请中的透镜均为球面镜。前组镜筒7、后组镜筒8和尾座11中都设有能够固定各个透镜的压圈或隔圈，保证透镜稳定固定。

本实施例中，各个透镜的具体参数可选择如下(R1、R2为曲率半径，N为光学折射率，Vd为阿贝系数)：

第一负弯月透镜2：R1＝4.26mm，R2＝10.44mm，N＝1.64，Vd＝56.8；

第二透镜组3中的双凸透镜：R1＝14.21mm，R2＝-50.24mm，N＝1.80，Vd＝33.6；

第三透镜组4中的双凹透镜：R1＝-10.89mm，R2＝6.23mm，N＝1.68，Vd＝52.3；

第二负弯月透镜51：R1＝26.84mm，R2＝42.35mm，N＝1.60，Vd＝36.9；

第三负弯月透镜52：R1＝56.08mm，R2＝214.56mm，N＝1.85，Vd＝23.8；

此光学系统焦距满足以下条件：|fW1/fW|＝2.4；|fW2/fW|＝7；|fW3/fW|＝1.4；|fW4/fW|＝15.5；|fL1/fL|＝0.08；|fL2/fL|＝0.35；|fL3/fL|＝0.04；|fL4/fL|＝0.5；|fL/fW|＝30。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光变焦镜头，其特征在于：沿光线入射方向依次设有光管(1)、第一负弯月透镜(2)、第二透镜组(3)、第三透镜组(4)和第四透镜组(5)，所述光管(1)、第一负弯月透镜(2)和第四透镜组(5)相对激光光源(6)位置固定设置，所述第二透镜组(3)和第三透镜组(4)相对激光光源(6)位置可调节设置，所述激光光源(6)发出的光束通过光管(1)、第一负弯月透镜(2)后再经第二透镜组(3)和第三透镜组(4)进行变焦。

2.根据权利要求1所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述第四透镜组(5)包括第二负弯月透镜(51)和第三负弯月透镜(52)。

3.根据权利要求1所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：镜头总焦距最小为fW，所述第四透镜组(5)焦距为fW4，所述第三透镜组(4)焦距为fW3，所述第二透镜组(3)焦距为fW2，所述第一负弯月透镜(2)焦距为fW1；镜头总焦距最大为fL，第四透镜组(5)焦距为fL4，所述第三透镜组(4)为fL3，所述第二透镜组(3)焦距为fL2，所述第一负弯月透镜(2)焦距为fL1，满足以下关系：

1.5≤|fW1/fW|≤3.5；5≤|fW2/fW|≤7；0.5≤|fW3/fW|≤2.5；14≤|fW4/fW|≤17；

0.05≤|fL1/fL|≤0.15；0.1≤|fL2/fL|≤0.5；0.01≤|fL3/fL|≤0.1；0.1≤|fL4/fL|≤1.5；30≤|fL/fW|≤150。

4.根据权利要求1所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述光管(1)截面形状为圆形或方形。

5.根据权利要求1所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述第四透镜组(5)固定在前组镜筒(7)中，所述第二透镜组(3)和第三透镜组(4)滑动安装在后组镜筒(8)中，所述前组镜筒(7)与后组镜筒(8)一端固定相连，所述后组镜筒(8)外套设有镜筒齿轮机构(9)，所述镜筒齿轮机构(9)通过凸轮(10)驱动所述第二透镜组(3)和第三透镜组(4)进行调焦，所述后组镜筒(8)另一端内侧设有尾座(11)，所述尾座(11)中设有光纤座(12)，所述光管(1)和第一负弯月透镜(2)分别固定在所述光纤座(12)和尾座(11)中。

6.根据权利要求5所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述镜筒齿轮机构(9)连接有驱动齿轮(91)，所述驱动齿轮(91)连接在电机(92)的输出轴上，所述电机(92)固定在电机座(93)上，所述电机座(93)固定在所述后组镜筒(8)上。

7.根据权利要求6所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述驱动齿轮(91)与电机(92)的输出轴之间还设有垫片(94)、压缩弹簧(95)和螺母(96)，所述后组镜筒(8)筒体上还设有能够检测驱动齿轮(91)位置的电磁铁(97)和传感器(98)。

8.根据权利要求5所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述第二透镜组(3)和第三透镜组(4)分别安装在第一滑块(31)和第二滑块(41)中，所述第一滑块(31)和第二滑块(41)分别通过中第一滑块螺丝(32)、第二滑块螺丝(42)与凸轮(10)传动相连，驱动第一滑块(31)和第二滑块(41)在后组镜筒(8)中滑动从而实现调焦。

9.根据权利要求1或5所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述第二透镜组(3)中包括双凸透镜，所述第三透镜组(4)中包括双凹透镜。

10.根据权利要求5所述的一种激光变焦镜头，其特征在于：所述后组镜筒(8)的另一端内侧设有凸轮压圈(13)，所述凸轮压圈(13)抵住所述凸轮(10)的一端端部。

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