CN114607981B - 彗差法平面匀光照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彗差法平面匀光照明装置，包括至少一排的半导体激光光源；半导体激光光源设置在垂直于所需照明平面的长度方向；每排半导体激光光源均对应连接有用于改变半导体激光光源的激光输出功率的光源驱动电路；每排半导体激光光源的激光输出光路上均依次设置有光束准直模块和匀光模块，匀光模块与所需照明平面呈一定夹角设置。本发明结构简单，操作方便，通过设置光束准直模块和匀光模块的焦距及角度来实现平面的均匀照明，通过光源驱动电路改变半导体激光光源的激光输出功率，保证了平面上被半导体激光光源照射范围内每一位置处接收到的光照度在预设范围内，有效解决了实际场景中补光灯照明不均匀的问题。

Description

彗差法平面匀光照明装置

技术领域

本发明涉及匀光照明技术领域，具体涉及一种彗差法平面匀光照明装置。

背景技术

近年来，照明行业多应用发光二级管(Light Emitting Diode，以下简称LED)，但是LED光源存在一些不足，在驱动功率快速增加时，出光效率并不会快速增加，会出现“效率骤降”现象，而在低功率驱动时，LED的电光转换效率也只有30％左右。为了满足照明亮度要求，往往需要多个LED同时工作，成本难以降低；且由于LED光谱谱线较宽，发出的光发散角大，准直性差，当使用LED光源近地照射时，会出现近场过曝而远场光照强度不足的情况。

因此，通常采用激光二极管(以下简称LD)来进行高质量的照明，相比于LED光源，LD光源光电转换效率明显高于LED光源，可达45％-55％，因此释放更少的热量，散热系统较为简单。且每个LD光源光通量高于LED光通量，所以可以降低光源成本。LD光源谱线窄，通常只有几纳米，所以可更好的配合一些窄脉宽的设备进行工作，避免杂光浪费情况出现。但由于光随着传播距离增大会增加损耗，所以目前采用LD进行远距离照明主要用多光源分别对不同距离进行照射，近处使用小功率少光源，远处使用大功率多光源，这样可以有效地增大地面照射均匀度。但是在两光源交界处会出现光照强度突变。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种彗差法平面匀光照明装置。

本发明公开了一种彗差法平面匀光照明装置，包括至少一排的半导体激光光源；

所述半导体激光光源设置在垂直于所需照明平面的长度方向；每排所述半导体激光光源均对应连接有用于改变所述半导体激光光源的激光输出功率的光源驱动电路；

每排所述半导体激光光源的激光输出光路上均依次设置有光束准直模块和匀光模块，所述匀光模块与所需照明平面呈一定夹角设置。

作为本发明的进一步改进，多排所述半导体激光光源按m×n阵列设置，且m≥1，n≥1。

作为本发明的进一步改进，所述半导体激光光源包括近红外垂直腔面发射激光光源。

作为本发明的进一步改进，所述近红外垂直腔面发射激光光源为波长808nm的近红外VCSEL激光芯片。

作为本发明的进一步改进，所述光源驱动电路包括半导体激光驱动芯片和一定值电阻；

所述半导体激光驱动芯片与所述定值电阻串联。

作为本发明的进一步改进，所述光束准直模块包括准直透镜；

所述准直透镜与所述半导体激光光源同轴设置，且所述准直透镜放置在所述半导体激光光源的一倍焦距位置。

作为本发明的进一步改进，所述匀光模块包括柱面镜，所述柱面镜与所述半导体激光光源同轴设置，且倾斜横置在所需照明平面上。

作为本发明的进一步改进，所述柱面镜包括平面和柱面，所述柱面镜的平面一侧朝向所述柱面镜对应的所述半导体激光光源。

作为本发明的进一步改进，每排所述半导体激光光源均对应设置有一散热模块，所述散热模块用于为所述半导体激光光源降温；

所述散热模块对应所述半导体激光光源设置有基板，所述半导体激光光源固定安装在所述基板上。

作为本发明的进一步改进，还包括供电模块；

所述供电模块与所述光源驱动电路电连接，所述供电模块用于为所述光源驱动电路、所述半导体激光光源供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明结构简单，操作方便，通过设置光束准直模块和匀光模块的焦距及角度来实现平面的均匀照明，有效解决了实际场景中补光灯照明不均匀的问题；

本发明通过光源驱动电路改变半导体激光光源的激光输出功率，保证了平面上被半导体激光光源照射范围内每一位置处接收到的光照度在预设范围内。

附图说明

图1为本发明公开的一种彗差法平面匀光照明装置的结构示意图；

图2为图1中的半导体激光光源结构示意图；

图3为本发明公开的一种彗差法平面匀光照明装置的半导体激光光源与准直透镜位置关系图；

图4为本发明公开的一种彗差法平面匀光照明装置的光源驱动电路的结构示意图；

图5为本发明公开的一种彗差法平面匀光照明装置的半导体激光光源与散热模块的位置关系示意图。

图中：

1、半导体激光光源；2、准直透镜；3、柱面镜；4、半导体激光驱动芯片；5、定值电阻；6、散热模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明公开了一种彗差法平面匀光照明装置，包括至少一排的半导体激光光源1；半导体激光光源1设置在垂直于所需照明平面的长度方向；每排半导体激光光源1均对应连接有用于改变半导体激光光源1的激光输出功率的光源驱动电路；每排半导体激光光源1的激光输出光路上均依次设置有光束准直模块和匀光模块，匀光模块与所需照明平面呈一定夹角设置。

本发明结构简单，操作方便，通过设置光束准直模块和匀光模块的焦距及角度来实现平面的均匀照明，有效解决了实际场景中补光灯照明不均匀的问题；

本发明通过光源驱动电路改变半导体激光光源1的激光输出功率，保证了平面上被半导体激光光源1照射范围内每一位置处接收到的光照度在预设范围内。

具体的：

如图1-2所示，当多排半导体激光光源1设置时，多排半导体激光光源1按m×n阵列设置，且m≥1，n≥1，本发明中优选m＝n＝1，当n＞1时，则需要针对不同情况进行激光扩束处理，例如，当n＝2时，则此时需要选取合适的扩束方式，使两排半导体激光光源1的综合效果可以使平面上每一位置接收到的光照度之差在预设范围内。本发明中的预设范围是指允许平面上每一位置处接收到的光照度不相等，而是在一个很小的范围内波动，当接收到的光照度在预设范围时即可认为路面上的接收到的光照度是相差不大的，半导体激光光源1对平面的照明是均匀的，本发明中的每一排的半导体激光光源1的输出激光功率相同且可调。

进一步的，本发明中的半导体激光光源1包括近红外垂直腔面发射激光光源。这是由于近红外垂直腔面发射激光光源(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)的激光芯片兼具LD和LED的优点，具有光斑模式好，发光阈值低、稳定性好、寿命长、集成高、体积小、耦合效率高、价格便宜、波长带宽窄等优点，光束质量好，出射光是圆形光束，不需要复杂昂贵的光束整形系统，降低了耦合光束整形系统的复杂性和成本，尤其VCSEL激光芯片产生的激光光束具有较小的发散角，光束准直性好，可照射到更远的距离，能使更长的平面获得均匀照明。而且，VCSEL激光芯片制造工艺简单，可实现量产，其出光方向垂直于衬底，可以很容易地实现高密度面阵的集成，实现更高功率的输出，因此，本发明中的近红外垂直腔面发射激光光源可选取波长为808nm的近红外VCSEL激光芯片，该波长发光效率高，且更容易匹配CCD、摄像头等设备。

进一步的，本发明中的半导体激光光源1的激光输出方向与水平面所成的夹角随所需照明平面的高度的减小而增加。

进一步的，在本发明实施例中，只采用一个半导体激光光源1，降低了制造成本，减小误差，通过匀光模块引入彗差的方式来进行光束匀化，可以使得平面接收到的光照度更加均匀，即平面上每一位置接收到的光照度在预设范围之内。如图1所示，该装置驱动电路功率设置简单，无需对多个半导体激光光源位置进行单独设置，仅需微调匀光模块及光源驱动电路的功率即可实现平面照明均匀化，覆盖不同的水平距离，达到在一定照射范围内的补光效果。这里的水平距离是指半导体激光光源1所在的平面与光束照射在平面上的位置之间的距离。

如图4所示，本发明中的光源驱动电路包括半导体激光驱动芯片4和一定值电阻5；半导体激光驱动芯片4与定值电阻5串联，其中半导体激光驱动芯片4用于驱动对应的半导体激光光源1，定值电阻用于调整光源驱动电路中的电流，以达到预设的照射都要求；在匀光照明装置进行工作时，半导体激光光源1受半导体激光驱动芯片4的驱动工作，发出激光光束。

进一步的，本发明中的定值电阻5的阻值根据平面上、定值电阻5对应的半导体激光光源1照射范围内的每一位置处接收到的光照度、定值电阻5对应的半导体激光光源1距离所需照明平面的高度确定。

具体地：为确定光源驱动电路内定值电阻5的阻值，可先确定出所需照明平面需要的光照度，再确定出根据半导体激光光源1距所需照明平面的高度以及定值电阻5对应的半导体激光光源1的激光输出方向可确定出需要的半导体激光光源1的激光输出功率，再根据确定的激光输出功率确定出每一排半导体激光光源1需要流过的电流，根据确定的供电电源的电压，即可确定出每一光源驱动电路内定值电阻5的阻值。再根据实际情况调整匀光模块的焦距、角度和位置，则在照射距离的范围内，以提供均匀的光照效果。

如图3所示，本发明中的光束准直模块包括准直透镜2；准直透镜2与半导体激光光源1同轴设置，且准直透镜2放置在半导体激光光源1的一倍焦距位置，本申请中的准直透镜2用于准直对应的半导体激光光源1发出的激光光束。

具体地：由于需要远距离的照明，因此要求每个半导体激光光源1发出的激光光束具有很小的发散角，以提高激光光束的照射距离，因此本发明引入光束准直模块，光束准直模块中包括准直透镜2，准直透镜2与半导体激光光源1对应，即半导体激光光源1的激光输出光路上设置有一个准直透镜2，从而使半导体激光光源1发出的激光光束被准直，准直后的激光光束具有更小的发散角，可以覆盖更远的平面距离。

如图1所示，本发明中的匀光模块包括柱面镜3，柱面镜3与半导体激光光源1同轴设置，且朝向半导体激光光源1侧倾斜横置在所需照明平面上。柱面镜3包括平面和柱面，柱面镜3的平面一侧朝向柱面镜3对应的半导体激光光源1，本发明中柱面镜3的设置，可以通过柱面镜3引入彗差的方式来进行光束匀化，使得所需照明平面接收到的光照度更加均匀，即所需照明平面上每一位置接收到的光照度在预设范围之内，无需对多个半导体激光光源1位置进行单独设置，仅需微调柱面镜3的位置与角度及光源驱动电路功率即可实现所需照明平面的照明均匀化，覆盖不同的水平距离，达到在一定照射范围内的补光效果。

具体地：本发明中的半导体激光光源1发出的激光光束经过准直后入射至倾斜的柱面镜3，由于彗差现象，经过柱面镜3出射的激光在垂直于地面方向上会出现上方光强强，下方光强弱的现象，在地面会出现均匀的光强分布现象。本发明中的每一个柱面镜3均对应一排半导体激光光源1。

如图5所示，本发明中的每排半导体激光光源1均对应设置有一散热模块6，散热模块6用于为半导体激光光源降温；散热模块6对应半导体激光光源1设置有基板，半导体激光光源1固定安装在基板上。

具体地：由于半导体激光光源1在实际工作中会将一部分电能转化为热能，产生一定的温度，而当半导体激光光源1的温度过高时，将会产生光衰现象，即发光功率会明显降低，达不到预期的照射距离，因此在实际应用中需要及时为半导体激光光源1散热降温，以保持其长期具有良好的照射效果，因此，本申请在每排半导体激光光源1均对应设置有一散热模块6，本发明中的散热模块6可以为散热器，也可以是其他具有散热功能的器件。

进一步的，本发明还包括供电模块；供电模块与光源驱动电路电连接，供电模块用于为光源驱动电路、半导体激光光源1提供恒定的电流，本发明中的供电模块与光源驱动电路之间可以通过导线连接。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，包括至少一排的半导体激光光源；

所述半导体激光光源设置在垂直于所需照明平面的长度方向；每排所述半导体激光光源均对应连接有用于改变所述半导体激光光源的激光输出功率的光源驱动电路；

每排所述半导体激光光源的激光输出光路上均依次设置有光束准直模块和匀光模块，所述匀光模块与所需照明平面呈一定夹角设置；

所述光束准直模块包括准直透镜；

所述准直透镜与所述半导体激光光源同轴设置，且所述准直透镜放置在所述半导体激光光源的一倍焦距位置；

所述匀光模块包括柱面镜，所述柱面镜与所述半导体激光光源同轴设置，且倾斜横置在所需照明平面上；

所述半导体激光光源的激光输出方向与水平面所成夹角随所需照明平面的高度减小而增加。

2.根据权利要求1所述的彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，多排所述半导体激光光源按m×n阵列设置，且m≥1，n≥1。

3.根据权利要求2所述的彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，所述半导体激光光源包括近红外垂直腔面发射激光光源。

4.根据权利要求3所述的彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，所述近红外垂直腔面发射激光光源为波长808nm的近红外VCSEL激光芯片。

5.根据权利要求1所述的彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，所述光源驱动电路包括半导体激光驱动芯片和一定值电阻；

所述半导体激光驱动芯片与所述定值电阻串联。

6.根据权利要求1所述的彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，所述柱面镜包括平面和柱面，所述柱面镜的平面一侧朝向所述柱面镜对应的所述半导体激光光源。

7.根据权利要求1所述的彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，每排所述半导体激光光源均对应设置有一散热模块，所述散热模块用于为所述半导体激光光源降温；

所述散热模块对应所述半导体激光光源设置有基板，所述半导体激光光源固定安装在所述基板上。

8.根据权利要求1所述的彗差法平面匀光照明装置，其特征在于，还包括供电模块；

所述供电模块与所述光源驱动电路电连接，所述供电模块用于为所述光源驱动电路、所述半导体激光光源供电。