CN114754329A - 一种大角度高倍率变焦激光照明镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，包括光纤耦合输出激光器，沿着光纤耦合输出激光器的光轴方向依次放置光焦度为正的第一透镜和第二透镜，第一透镜距离光纤耦合输出激光器的距离固定，第二透镜相对于第一透镜沿光轴方向进行远离或靠近移动，实现变焦照明，第一透镜距离光纤耦合输出激光器的距离大于其2倍焦距f1。本发明结构简单，易于同轴对准，通过两组镜片实现大角度高倍率变焦照明，增加了激光的整体透过率，降低了加工和装配成本，通过移动第二透镜，可实现大角度均匀变焦照明，最大照明角度大于40°，实现了光斑均匀矫正，以及大角度变焦照明。
Description
技术领域
本发明属于激光照明技术领域，特别涉及一种大角度高倍率变焦激光照明镜头。
背景技术
现有的光纤耦合半导体激光器输出的光斑如图1所示，光斑能量分布并不均匀，无法满足照明均匀性要求，由于光纤数值孔径的限制，激光光斑的角度一般在20°左右，无法满足照明对角度的要求，如图2所示的简单2片式镜头组合可以实现增大激光照明角度，但无法矫正激光光斑能量密度分布不均匀的问题，会出现光斑中心和边缘部分能量密度高，其它部分能量密度低，严重影响照明效果，4片(组)以上的变焦镜头可以实现光斑均匀照明，通过移动其中的一片或两片镜片，实现变焦照明，镜片越多，不利于同轴对准，增加了装配难度，结构复杂，提高了机械结构的装配难度和激光光斑的同轴对准度，增加了激光的反射功率损耗，不利于实际应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，本发明结构简单，易于同轴对准，通过两组镜片实现大角度高倍率变焦照明，增加了激光的整体透过率，降低了加工和装配成本，通过移动第二透镜，可实现大角度均匀变焦照明，最大照明角度大于40°，实现了光斑均匀矫正，以及大角度变焦照明。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，包括光纤耦合输出激光器，沿着光纤耦合输出激光器的光轴方向依次放置光焦度为正的第一透镜和第二透镜，第一透镜距离光纤耦合输出激光器的距离固定，第二透镜相对于第一透镜沿光轴方向进行远离或靠近移动，实现变焦照明，第一透镜距离光纤耦合输出激光器的距离大于其2倍焦距f1，第二透镜距离第一透镜的距离大于第一透镜的一倍焦距，变焦时，第二透镜沿光轴向远离第一透镜方向移动可减少照明角度，移动范围小于其焦距f2，其中，f1是第一透镜的焦距，f2是第二透镜的焦距。
优选的，所述第一透镜为具有正屈光力的非球面玻璃透镜，所述第二透镜为具有正屈光力的双胶合球面玻璃透镜。
优选的，所述第二透镜与第一透镜的距离为f1时，照明角度最大，第二透镜与第一透镜的距离为f1+f2时，照明角度最小。
优选的，所述第一透镜的折射率为N＝1.59，所述第二透镜为双胶合透镜，其中具有正屈光力的镜片折射率N＝1.67，具有负屈光力的镜片折射率为N＝1.8。
优选的，所述第一透镜的焦距f1＝2.9mm，所述第二透镜的焦距f2＝25mm。
优选的，所述第一透镜的直径为4.3mm，厚度为4mm，其靠近光纤耦合输出激光器的曲面半径为2.39mm，CONIC系数为-0.82；远离光纤耦合输出激光器的曲面半径为-2.39mm，CONIC系数为-4.51。所述第二透镜中具有负屈光力的镜片的直径为20mm，厚度为1.5mm,曲率半径为63.177mm和12.92mm,具有正屈光力的镜片的直径为20mm，厚度为9.6mm，曲率半径分别为12.92mm和-17.3mm。
本发明的有益效果是：
1)本发明结构简单，易于同轴对准，通过两组镜片实现大角度高倍率变焦照明，增加了激光的整体透过率，降低了加工和装配成本，通过移动第二透镜，可实现大角度均匀变焦照明，最大照明角度大于40°，实现了光斑均匀矫正，以及大角度变焦照明。
2)镜头机械结构装配简单，极大降低了激光光斑同轴对准难度，实现了对光纤耦合半导体激光器输出的光斑的均匀矫正，以及大角度变焦照明，比现有的3组或4组式变焦照明镜头的激光功率透过率增加了20％以上，并大大降低了加工难度和装配成本，具有很高性价比。
附图说明
附图1是现有技术中光纤耦合半导体激光器输出激光光斑。
附图2是现有技术中普通2片激光镜头的照明光斑。
附图3是本发明一种大角度高倍率变焦激光照明镜头结构示意图。
附图4是本发明一种大角度高倍率变焦激光照明镜头大角度激光照明效果。
附图5是本发明一种大角度高倍率变焦激光照明镜头小角度激光照明效果。
图中：1、光纤耦合半导体激光器；2、第一透镜；3、第二透镜。
具体实施方式
下面结合附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，包括光纤耦合输出激光器1，沿着光纤耦合输出激光器1的光轴方向依次放置光焦度为正的第一透镜2和第二透镜3，第一透镜2距离光纤耦合输出激光器1的距离固定，第二透镜3相对于第一透镜2沿光轴方向进行远离或靠近移动，实现变焦照明，第一透镜2距离光纤耦合输出激光器1的距离大于其2倍焦距f1，第二透镜3距离第一透镜2的距离大于第一透镜1的一倍焦距，变焦时，第二透镜3沿光轴向远离第一透镜2方向移动可减少照明角度，移动范围小于其焦距f2，其中，f1是第一透镜2的焦距，f2是第二透镜3的焦距。
所述第一透镜2为具有正屈光力的非球面玻璃透镜，所述第二透镜3为具有正屈光力的双胶合球面玻璃透镜，所述第二透镜3与第一透镜2的距离为f1时，照明角度最大，第二透镜3与第一透镜2的距离为f1+f2时，照明角度最小，所述第一透镜2的折射率为N＝1.59，所述第二透镜3为双胶合透镜，其中具有正屈光力的镜片折射率N＝1.67，具有负屈光力的镜片折射率为N＝1.8，所述第一透镜2的焦距f1＝2.9mm，所述第二透镜3的焦距f2＝25mm。
所述第一透镜2的直径为4.3mm，厚度为4mm，其靠近光纤耦合输出激光器1的曲面半径为2.39mm，CONIC系数为-0.82；远离光纤耦合输出激光器1的曲面半径为-2.39mm，CONIC系数为-4.51。所述第二透镜3中具有负屈光力的镜片的直径为20mm，厚度为1.5mm,曲率半径为63.177mm和12.92mm,具有正屈光力的镜片的直径为20mm，厚度为9.6mm，曲率半径分别为12.92mm和-17.3mm。
上表为第一透镜2、第二透镜3的具体参数举例
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，包括光纤耦合输出激光器，其特征在于，沿着光纤耦合输出激光器的光轴方向依次放置光焦度为正的第一透镜和第二透镜，第一透镜距离光纤耦合输出激光器的距离固定，第二透镜相对于第一透镜沿光轴方向进行远离或靠近移动，实现变焦照明，第一透镜距离光纤耦合输出激光器的距离大于其2倍焦距f1，第二透镜距离第一透镜的距离大于第一透镜的一倍焦距，变焦时，第二透镜沿轴向的移动距离小于其焦距f2，其中，f1是第一透镜的焦距，f2是第二透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，其特征在于，所述第一透镜为具有正屈光力的非球面玻璃透镜，所述第二透镜为具有正屈光力的双胶合球面玻璃透镜。
3.根据权利要求1所述的一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，其特征在于，第二透镜与第一透镜的距离为f1时，照明角度最大，第二透镜与第一透镜的距离为f1+f2时，照明角度最小。
4.根据权利要求1所述的一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率为N＝1.59，所述第二透镜为双胶合透镜，其中具有正屈光力的镜片折射率N＝1.67，具有负屈光力的镜片折射率为N＝1.8。
5.根据权利要求1所述的一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f1＝2.9mm，所述第二透镜的焦距f2＝25mm。
6.根据权利要求1所述的一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，其特征在于，所述第一透镜的直径为4.3mm，厚度为4mm，其靠近光纤耦合输出激光器的曲面半径为2.39mm，CONIC系数为-0.82；远离光纤耦合输出激光器的曲面半径为-2.39mm，CONIC系数为-4.51。
7.根据权利要求1所述的一种大角度高倍率变焦激光照明镜头，其特征在于，所述第二透镜中具有负屈光力的镜片的直径为20mm，厚度为1.5mm,曲率半径为63.177mm和12.92mm,具有正屈光力的镜片的直径为20mm，厚度为9.6mm，曲率半径分别为12.92mm和-17.3mm。
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