CN112415833B - 方形光斑激光照明设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种方形光斑激光照明设备，其包括机架、镜头、激光发射组件以及光斑整形组件；镜头：活动连接在机架上；激光发射组件：包括激光发生器以及与激光发生器连接的光纤；光斑整形组件：包括位于镜头输入端的方形整形光管，方形整形光管的两个端面均为矩形，且大小不同，方形整形光管沿光纤向镜头射入方向设置，光线经方形整形光管端面较大的一端射入从另一端面射出。本申请中方形光斑可以改变边长比例去适应摄像机的CMOS或CCD，在与摄像机配合使用时可以照亮整个可视画面且不会有多余光斑浪费，具有提高光斑利用率和降低产品功耗的优点,可有效提升画面清晰度和对比度以及边缘锐度。

Description

方形光斑激光照明设备

技术领域

本申请涉及成像的领域，尤其是涉及一种方形光斑激光照明设备。

背景技术

铁路轨道或石油管道等在野外、长度较长且需要对其施加监控的领域里，通常采用激光探照器对待检测区域施加光照，并通过摄像机获取实时画面，便于工作人员监控特定区域，拿石油管道来说，当石油管道的某一段发生破损或者变形时，工作人员能够通过监视画面及时获取信息，达到及时反应，减小事故发生可能的效果。

针对上述中的相关技术，发明人发现，现有的激光探照设备射出激光后反馈到监视器中的画面不能够照亮整个屏幕，清晰的成像画面整体呈圆形或椭圆形，而现有常见的显示器的显示画面通常为矩形，这就使得边缘位置画面确实难以看清，不能够获取完整的监测区域的实时画面，如果将光斑变大以照亮整个屏幕，那又会有很大一部分光斑被浪费，光效率利用降低，且需要增加光能量密度来满足使用要求，从而增加了功耗，对于野外使用风光互补供电造成很大压力。

发明内容

为了充分的照亮整个成像视野区域，且最大限度的减少光斑浪费现象，本申请提供一种方形光斑激光照明设备。

本申请提供的一种方形光斑激光照明设备，采用如下的技术方案：

一种方形光斑激光照明设备，包括机架、镜头、激光发射组件以及光斑整形组件；

镜头；活动连接在机架上；

激光发射组件：包括激光发生器以及与激光发生器连接的光纤；

光斑整形组件：包括位于镜头输入端的方形整形光管，方形整形光管的两个端面均为矩形，且大小不同，方形整形光管沿光纤向镜头射入方向设置，光线经方形整形光管端面较大的一端射入从另一端面射出。通过光学整形系统对整形后的方管端面做实时成像处理投射到目标物上，利用目标物反射回来的光照射到可见光摄像机呈现出目标物的图像。

通过采用上述技术方案，实际使用过程中，激光发生器产生的激光通过方形整形光管后，在摄像机的显示器上显示出的是矩形的画面，由于常见的显示区域均为矩形画面，所以能够将显示区域填充满，提高光斑利用率使得显示出来的画面全部被照亮。

可选的，所述光斑整形组件还包括与镜头可拆卸连接的安装筒以及可拆卸连接在安装筒开口端的挡板，安装筒的封闭端端面上以及挡板上均开设有用于容纳方形整形光管的沉头孔，方形整形光管的两端分别位于两个沉头孔内。

通过采用上述技术方案，通过两个沉头孔能够将方形整形光管更加稳定的连接，减小了方形整形光管因为受外界振动或其他因素影响而偏离当前位置的可能，提高了工作稳定性。

可选的，所述挡板上开设有锥形沉孔，锥形沉孔与沉头孔同轴线连通且分设于挡板的两个端面上。

通过采用上述技术方案，由于方形整形光管的尺寸较小，所以锥形沉孔的设置能够便于工作人员安装和更换方形整形光管，同时锥形沉孔能够安装较粗的方形整形光管，既减小了方形整形光管安装过程中受损的可能，又提高了适用性。

可选的，所述机架上设有用于调整镜头俯仰角以及用于调整镜头水平偏角的调节组件。

通过采用上述技术方案，调节组件能够对镜头的俯仰角和水平偏转角进行调节，便于工作人员改变照射区域。

可选的，所述调节组件包括与镜头固定连接的调节板、与机架固定连接的固定板、固定连接在调节板上的连接杆以及与连接杆螺纹连接的水平控制杆，水平控制杆与固定板转动连接。

通过采用上述技术方案，通过转动水平控制杆，连接杆会相对于水平控制杆移动，所以在机架固定不动时，调节板会带动镜头进行小幅度的水平偏转，便于工作人员更好的找到预定的待成像区域。

可选的，所述镜头包括与机架可拆卸连接的内部限位筒、同轴线套设在内部限位筒上的外部调节筒，以及镜片组件，内部限位筒的内壁上开设有至少两个互相平行的长直通槽，外部调节筒上开设有多条分别同时与所有长直通槽连通的弧形键槽，每个弧形键槽形状不同；每个弧形键槽与所有长直通槽为一组，镜片组件有多个，每个镜片组件分别同时滑移连接在不同的一组长直通槽和弧形键槽内，外部调节筒上固设有驱动其绕自身轴线转动的驱动组件。

通过采用上述技术方案，使用时，通过驱动组件驱使外部调节筒转动，由于镜片组件分别同时滑移连接在不同的一组长直通槽和弧形键槽内，所以此时内部限位筒上的长直通槽会对镜片组件施加周向的限位，而随着外部调节筒的转动，弧形键槽也开始转动，即以长直通槽为参照，长直通槽与弧形键槽之间的连通点会沿长直通槽的长度方向移动，进而实现镜片组件的移动，这样就实现了镜头内部的镜片之间距离的改变，进而改变了光斑的大小，在确定了待成像区域的前提下，能够实现成像过程中的变焦和聚焦，使得成像效果得到提高。

可选的，所述镜头固定连接有电位器，电位器上固设有与驱动齿环啮合的采集齿轮，电位器与驱动电机电连接。

通过采用上述技术方案，电位器的设置能够记录并保存外部调节筒的转动角度，记录此时的光斑大小，操作人员可以通过设置电位器的值来驱使电机转动进而调整光斑。与摄像机匹配联动时，电位器的位置读取功能可以自动匹配与可视画面合适大小的光斑，保证摄像机镜头在远景近景切换过程中整个显示画面都被照亮。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.实际使用过程中，激光发生器产生的激光通过方形整形光管后，在摄像机的显示器上显示出的是矩形的画面，由于常见的显示区域均为矩形画面，所以能够将显示区域填充满，使得显示出来的画面边缘清晰，且能够获取更大的有效成像区域；

2.使用时，通过驱动组件驱使外部调节筒转动，由于镜片组件分别同时滑移连接在不同的一组长直通槽和弧形键槽内，所以此时内部限位筒上的长直通槽会对镜片组件施加周向的限位，而随着外部调节筒的转动，弧形键槽也开始转动，即以长直通槽为参照，长直通槽与弧形键槽之间的连通点会沿长直通槽的长度方向移动，进而实现镜片组件的移动，这样就实现了镜头内部的镜片之间距离的改变，进而改变了光斑的大小，在确定了待成像区域的前提下，能够实现成像过程中的变焦和聚焦，使得成像效果得到提高；

3.电位器的设置能够记录并保存外部调节筒的转动角度，设置不同电位器值，操作人员可以在一定范围内设置任意想要的光斑大小，在与摄像机联动时，通过联动值的设定也可以自动匹配合适的光斑大小。

4.相关技术使用时，要想照亮整个屏幕，圆形光斑或椭圆光斑在屏幕可见的4个边线以外都会有很大一部分光斑浪费，要想达到与矩形光斑同样的照明亮度，圆形或椭圆形光斑就要提高光功率，造成不必要的能量浪费，本申请记载的技术方案不存在上述问题。

附图说明

图1是实施例的轴测图；

图2是实施例中为表示激光发射组件结构的示意图；

图3是实施例中为表示调节组件结构的示意图；

图4是实施例中为表示镜头结构的示意图；

图5是实施例中为表示光斑整形组件结构的示意图。

附图标记说明：1、机架；2、调节组件；21、固定板；22、调节板；23、连接杆；24、竖向调节杆；25、水平控制杆；26、弧形槽；27、弹性件；271、弹簧；3、驱动组件；31、驱动齿环；32、驱动电机；33、减速齿轮组；34、电位器；4、防护壳；5、镜头；51、镜片组件；52、内部限位筒；53、外部调节筒；54、弧形键槽；55、长直通槽；6、激光发射组件；61、光纤；62、激光发生器；7、固定组件；71、限位圈；72、固定筒；8、光斑整形组件；81、安装筒；82、方形整形光管；83、挡板。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种方形光斑激光照明设备。参照图1和图2，方形光斑激光照明设备包括机架1，机架1上设有激光发射组件6、调节组件2、镜头5组件以及驱动组件3。机架1上固设有将机架1包围的防护壳4，本实施例中的防护壳4上开设有通孔，用于提高散热效果。

激光发射组件6包括固设于机架1上的激光发生器62以及光纤61，光纤61的一端与激光发生器62固定连接，另一端连接在镜头5上，激光发生器62产生的激光通过光纤61进入镜头5组件，并通过镜头5组件向外射出。

参见图3和图4，调节组件2包括与机架1固定连接的固定板21、与镜头5固定连接的调节板22、固定连接在调节板22上的连接杆23、与连接杆23螺纹连接的水平控制杆25以及与调节板22螺纹连接的竖向调节杆24，调节板22上开设有一将其竖向贯穿的通孔，通孔内设有聚氨酯垫块，竖向调节杆螺纹连接在聚氨酯垫块上。固定板21水平设置，固定板21上远离镜头5输出端的位置处开设有弧形槽26，弧形槽26的轮廓呈圆弧状，竖向调节杆24插接在弧形槽26内部，本实施例中的竖向调节杆24为螺栓，弧形槽26两侧位置处的固定板21底面上均固设有弹性件27，弹性件27包括弹簧271，弹簧271的两端分别固设于在固定板21和调节板22上，用于使固定板21和调节板22保持互相平行的姿态。固定板21的另一端底面固设有聚氨酯块，聚氨酯块同时与调节板22固定连接。

固定板21上还开设有一个通槽，这个通槽沿竖直方向将固定板21贯穿。连接杆23的底端与调节板22固定连接，顶端位于这个通槽内部，水平控制杆25穿过这个通槽的同时与连接杆23螺纹连接。另外需要提及的是，水平控制杆25与固定板21的侧壁连接处均固设有能够产生弹性形变的垫片，本实施例中的垫圈由橡胶制成，因此通过转动水平控制杆25能够实现调节板22的转动。由于连接杆23与固定板21之间留有空隙，所以通过转动竖向调节杆24能够实现调节板22在竖直方向姿态的改变。

镜头5包括外部调节筒53、内部限位筒52以及位于内部限位筒52内部的镜片组件51，镜头5上固设有用于限制内部限位筒52位置的固定组件7，固定组件7包括固定筒72以及限位圈71，固定筒72以及限位圈71均与调节板22通过多个螺栓连接，即固定筒72与限位圈71相对位置不变。固定筒72背向限位圈71的端面设有内径小于内部限位筒52外径的挡圈（图中未示出），外部调节筒53同轴线的套设在内部限位筒52上，内部限位筒52背向固定筒72的端部伸出外部调节筒53外，外部调节筒53与内部限位筒52之间过渡配合，二者都能够顺畅转动。外部调节筒53的一端插接在固定筒72内，内部限位筒52背向固定筒72的端部抵接在限位圈71的端面上，即固定筒72与限位圈71将内部限位筒52的位置固定。

外部调节筒53的侧壁上开设有两条弧形键槽54，两条弧形键槽54轮廓不同但槽宽相同，且两条弧形键槽54沿外部调节筒53的轴线方向分布，弧形键槽54之间互不交错。沿外部调节筒53的轴线方向看，一条弧形键槽54上各点至另一条弧形键槽54上各点之间的最短直线距离均不同。内部限位筒52上开设有三条长直通槽55，三条长直通槽55均沿内部限位筒52的径向贯穿内部限位筒52，且三条长直通槽55沿周向均匀分布，每一条长直通槽55都与所有弧形键槽54连通。镜片组件51包括镜片、用于夹持镜片的固定环以及与固定环粘接的导向柱，每一个镜片上都有三个导向柱，其中一个镜片上的三个导向柱分别插接在三个长直通槽55内部，且这三个导向柱插接在同一个弧形键槽54内部，即一个弧形键槽54与三个长直键槽为一组，用于控制一个镜片的移动。固定筒72背向限位圈71的端面上固定连接有固定片，固定片上固定连接有光斑整形组件8，光纤61连接在光斑整形组件8上，光纤61中的激光通过光斑整形组件8传输到镜头5内部。

参见图3和图4，调节板22上螺栓连接有镜头支架，驱动组件3包括固设于镜头支架上的驱动电机32以及同轴线固设于内部调节筒外壁上的驱动齿环31，本实施例中的驱动电机32包括固设于镜头支架上的步进电机、同轴线套设在步进电机输出轴上的调节齿轮以及同轴线固设于步进电机的输出轴上的调节弹簧，调节弹簧对调节齿轮施加压力，使调节齿轮抵紧在步进电机的机体上，调节齿轮与驱动齿环31啮合。在启动步进电机时，由于调节弹簧与电机输出轴固定连接，所以调节齿轮会随调节弹簧一同转动，进而带动内部限位筒52转动，在外部调节筒53不转动的条件下，镜片组件51会随弧形键槽54与长直通槽55之间连通位置的移动而沿长直通槽55的长度方向移动，进而实现聚焦或者变焦。

镜头支架上固定连接有电位器34，电位器34对的接收端同轴线的固设有采集齿轮，镜头支架上铰接有减速齿轮组33，驱动齿轮通过减速齿轮组33与驱动齿环31啮合，用于驱动齿环31的转动角度，镜头支架上设有同时电位器34与驱动电机32电连接，同时电位器34上设有电位齿轮，电位齿轮与减速齿轮组33啮合，在驱动电机32带动驱动齿轮转动一定角度后，通过电位器34能够记录，并便于工作人员通过驱动电机32时驱动齿轮回转至原先状态。

参见图4和和图5，光斑整形组件8包括固定连接在固定筒72上的安装筒81、粘接在安装筒81一端的挡板83以及方形整形光管82，本实施例中的方形整形光管包括呈横置的棱台状的方形玻璃棒，在其他实施例中也可以直接采用端部为方形的光纤。安装筒81的封闭端端面上以及挡板83上均开设有用于容纳方形整形光管82的沉头孔，挡板83以及安装筒81相对的侧壁上均开设有锥形沉孔，锥形沉孔与沉头孔同轴线连通，方形整形光管82的两端分别位于两个沉头孔内。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种方形光斑激光照明设备，其特征在于：包括机架(1)、镜头(5)、激光发射组件(6)以及光斑整形组件(8)；

镜头(5)；活动连接在机架(1)上；

激光发射组件(6)：包括激光发生器(62)以及与激光发生器(62)连接的光纤(61)；

光斑整形组件(8)：包括位于镜头(5)输入端的方形整形光管（82），方形整形光管（82）的两个端面均为矩形，且大小不同，方形整形光管（82）沿光纤(61)向镜头(5)射入方向设置，光线经方形整形光管（82）端面较大的一端射入从另一端面射出；

所述机架(1)上设有用于调整镜头(5)俯仰角以及用于调整镜头(5)水平偏角的调节组件(2)；

所述调节组件（2)包括与机架（1）固定连接的固定板（21）、与镜头（5）固定连接的调节板（22）、固定连接在调节板（22）上的连接杆（23）、与连接杆（23）螺纹连接的水平控制杆（25）以及与调节板（22）螺纹连接的竖向调节杆（24），调节板（22）上开设有一将其竖向贯穿的通孔，通孔内设有聚氨酯垫块，竖向调节杆（24）螺纹连接在聚氨酯垫块上；固定板（21）水平设置，固定板（21）上远离镜头（5）输出端的位置处开设有弧形槽（26），弧形槽（26）的轮廓呈圆弧状，竖向调节杆（24）插接在弧形槽（26）内部，竖向调节杆（24）为螺栓，弧形槽（26）两侧位置处的固定板（21）底面上均固设有弹簧（271），弹簧（271）的两端分别固设于在固定板（21）和调节板（22）上，用于使固定板（21）和调节板（22）保持互相平行的姿态；固定板（21）的另一端底面固设有聚氨酯块，聚氨酯块同时与调节板（22）固定连接；固定板（21）上还开设有一个通槽，所述通槽沿竖直方向将固定板（21）贯穿；连接杆（23）的底端与调节板（22）固定连接，顶端位于所述通槽内部，水平控制杆（25）穿过这个通槽的同时与连接杆（23）螺纹连接；水平控制杆（25）与固定板（21）的侧壁连接处均固设有能够产生弹性形变的垫片，所述垫片由橡胶制成。

2.根据权利要求1所述的方形光斑激光照明设备，其特征在于：所述光斑整形组件(8)还包括与镜头(5)可拆卸连接的安装筒(81)以及可拆卸连接在安装筒(81)开口端的挡板(83)，安装筒(81)的封闭端端面上以及挡板(83)上均开设有用于容纳方形整形光管（82）的沉头孔，方形整形光管（82）的两端分别位于两个沉头孔内。

3.根据权利要求2所述的方形光斑激光照明设备，其特征在于：所述挡板(83)上开设有锥形沉孔，锥形沉孔与沉头孔同轴线连通且分设于挡板(83)的两个端面上。

4.根据权利要求1所述的方形光斑激光照明设备，其特征在于：所述镜头(5)包括与机架(1)可拆卸连接的内部限位筒(52)、同轴线套设在内部限位筒(52)上的外部调节筒(53)以及镜片组件(51)，内部限位筒(52)的内壁上开设有至少两个互相平行的长直通槽(55)，外部调节筒(53)上开设有多条分别同时与所有长直通槽(55)连通的弧形键槽(54)，每个弧形键槽(54)形状不同；每个弧形键槽(54)与所有长直通槽(55)为一组，镜片组件(51)有多个，每个镜片组件(51)分别同时滑移连接在不同的一组长直通槽(55)和弧形键槽(54)内，外部调节筒(53)上固设有驱动其绕自身轴线转动的驱动组件(3)。

5.根据权利要求4所述的方形光斑激光照明设备，其特征在于：所述镜头(5)上设置有固定组件(7)，固定组件(7)包括与机架(1)固定连接的固定筒(72)以及与机架(1)固定连接的限位圈(71)，固定筒(72)同轴线的套设在外部调节筒(53)上，限位圈(71)以及固定筒(72)对内部限位筒(52)施加轴向限位；驱动组件(3)包括同轴线固设于外部调节筒(53)上的驱动齿环(31)以及与机架(1)固定连接的驱动电机(32)，驱动电机(32)驱使驱动齿环(31)转动；所述镜头(5)固定连接有电位器（34），电位器（34）上固设有与驱动齿环（31）啮合的采集齿轮，电位器（34）与驱动电机(32)电连接。

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