CN115183200B - 一种超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头 - Google Patents
一种超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及激光照明技术领域，具体涉及一种超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头。包括光纤耦合半导体激光器发光面、透镜一、透镜二和透镜三，透镜一为正光角度的双凸透镜，透镜二为负光焦度的双凹透镜，透镜三为正光焦度的弯月透镜，透镜一、透镜二和透镜三的面型均为球面；透镜一、透镜二和透镜三的外径顺次递增，透镜三的外径≤30mm，透镜一为补偿组，透镜二为变倍组，透镜三为固定组，透镜一和透镜二通过凸轮连接。本发明照明镜头具有超大照明角度、超大变倍比以及低成本的特点，创造性地实现了照明角度七八十度的照明效果，可以完全匹配一体化摄像机的视场需求，大大拓展了光纤耦合半导体激光器照明镜头在近距离的照明要求。
Description
技术领域
本发明涉及激光照明技术领域，具体涉及一种超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头。
背景技术
由于技术的限制，现有光纤耦合半导体激光器照明镜头都是远距离照明设计，其特点是小角度时视场角非常小，大角度时照明角度也不大。
以专利申请CN108267849A为例，其公开一种激光照明系统，包括激光发生器和镜筒，镜筒内设有大变倍比远距离变焦系统，大变倍比远距离变焦系统沿光线的传播方向依次设有具有正屈光度的第三透镜组、具有负屈光度的第二透镜组以及具有正屈光度的第一透镜组，第一透镜组为固定设置，第二透镜组为变倍组，第三透镜组为对焦组，且第二透镜组和第三透镜组通过联动机构连接；该激光照明系统的照明角度为0.3度~25度。其他类似大变倍比的激光照明镜头的短焦照明角度也基本在二三十度，较好的镜头可达到四十多度。
然而，现在的一体化摄像机短焦视场动辄就是五六十度，甚至六七十度。传统的激光照明镜头短焦三四十度的照明效果无法完全匹配一体化摄像机的视场需求。
发明内容
针对现有激光照片镜头短焦照明角度难以匹配一体化摄像机视场需求的技术问题，本发明提供一种超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头，具有超大的照明角度、超大的变倍比以及低成本的特点，解决了光纤耦合半导体激光器照明镜头照明小的弊端，创造性地实现了照明角度七八十度的照明效果，可以完全匹配一体化摄像机的视场需求，大大拓展了光纤耦合半导体激光器照明镜头在近距离的照明要求。
第一方面，本发明提供一种超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头，包括光纤耦合半导体激光器发光面、透镜一、透镜二和透镜三，透镜一为正光角度的双凸透镜，透镜二为负光焦度的双凹透镜，透镜三为正光焦度的弯月透镜，透镜一、透镜二和透镜三的面型均为球面，没有用到非球面；透镜一、透镜二和透镜三的外径顺次递增，透镜三的外径≤30mm，透镜一为补偿组，透镜二为变倍组，透镜三为固定组，透镜一和透镜二通过凸轮连接。
进一步的，透镜一激光发射侧面的曲率半径为5.2~6mm，物侧面的曲率半径为-3~-3.5mm；
透镜二激光发射侧面的曲率半径为-3~-3.5mm，物侧面的曲率半径为65~75mm；
透镜三激光发射侧面的曲率半径为-150~-260mm，物侧面的曲率半径为-25~-35mm。
进一步的，透镜一和透镜二的折射率为1.76~1.81，透镜三的折射率为1.45~1.55。
进一步的，透镜二与透镜三选用同一种玻璃材质。
进一步的，超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的长焦距F1≤25mm，短焦距F2≤0.33mm，且F1/F2≥75。
进一步的，超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的F数≤2.6。
进一步的，超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的总长度≤80mm。
进一步的，超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的照明角度为0.99~71度，适合波长为780~950nm。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明提供的超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的短焦可以做到0.33mm以下的超短焦距，使得该镜头照明角度能超过70度。
（2）该镜头的变倍比能够达到75倍以上。
（3）该镜头的适合波长780~950nm，该镜头无论在远距离小角度和近距离大角度实现光束的均匀照明，且均匀性高于LED照明均匀性。
（4）该镜头非常适合光纤耦合半导体激光器照明设备上应用。
（5）与专利申请CN108267849A相比，本发明采用三片常用材质（折射率比较常用）的镜片，且镜头长度也明显短于专利CN108267849A，大大降低了成本。在成本更低的情况下，实现了更大角度的照明效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1的超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的结构示意图。
图2是实施例1大角度的照明示意图。
图3是实施例1小角度的照明示意图。
图4是实施例1的MTF曲线图。
图5是实施例1中透镜一和透镜二的凸轮曲线图。
图6是实施例1的照明光学模拟图。
图中，1-激光器发光面，2-透镜一，3-透镜二，4-透镜三。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头，沿光纤耦合半导体激光器侧向物侧，依次为激光器发光面1、透镜一2、透镜二3和透镜三4，激光器发光面1与透镜一2之间的距离为0.8~2.1mm，透镜一2的厚度为5±1mm，透镜一2与透镜二3之间的距离为4~61mm，透镜二3的厚度为1.5±1mm，透镜二3与透镜三4之间的距离为3~60mm，透镜三4的厚度为4±1mm。
透镜一2为正光角度的双凸透镜，透镜二3为负光焦度的双凹透镜，透镜三4为正光焦度的弯月透镜；透镜一2、透镜二3和透镜三4的外径顺次递增，透镜三4的外径≤30mm，透镜一2、透镜二3和透镜三4的面型均为球面，没有用到非球面；透镜一2为补偿组，透镜二3为变倍组，透镜三4为固定组，透镜一2和透镜二3通过凸轮连接，凸轮连接曲线如图5所示，图中横坐标表示凸轮在凸轮槽内移动的距离，纵坐标表示透镜与激光器发光面的距离。
各透镜及其选用的玻璃材质的详细参数如下表1所示。
表1 透镜参数表
在本实施例中，光阑位于透镜一2远离激光器的一侧，镜头F数为2.2，镜头焦距为0.28~23.25mm，镜头长度75mm，镜头成像靶面直径400nm时照明角度为0.99~71度；实现了超大角度照明、低成本、体积小等特点，特别适合用于光纤耦合半导体激光器照明设备上。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头，其特征在于，
超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的长焦距F1≤25mm，短焦距F2≤0.33mm，且F1/F2≥75；超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头的照明角度为0.99~71度，适合波长为780~950nm；
超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头包括光纤耦合半导体激光器发光面、透镜一、透镜二和透镜三，透镜一为正光角度的双凸透镜，透镜二为负光焦度的双凹透镜，透镜三为正光焦度的弯月透镜，透镜一、透镜二和透镜三的面型均为球面；透镜一、透镜二和透镜三的外径顺次递增，透镜一为补偿组，透镜二为变倍组，透镜三为固定组，透镜一和透镜二通过凸轮连接；
透镜一激光发射侧面的曲率半径为5.2~6mm，物侧面的曲率半径为-3~-3.5mm，折射率为1.76~1.81，色散系数为20~30，透镜外径≤6mm；
透镜二激光发射侧面的曲率半径为-3~-3.5mm，物侧面的曲率半径为65~75mm，透镜二的折射率为1.76~1.81，色散系数为20~30，透镜外径≤10mm；
透镜三激光发射侧面的曲率半径为-150~-260mm，物侧面的曲率半径为-25~-35mm，透镜三的折射率为1.45~1.55，色散系数为60~70，透镜外径≤30mm。
2.如权利要求1所述的超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头，其特征在于，透镜二与透镜三选用同一种玻璃材质。
3.如权利要求1所述的超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头，其特征在于，镜头的F数≤2.6。
4.如权利要求1所述的超大角度大变倍比光纤耦合半导体激光器照明镜头，其特征在于，镜头的总长度≤80mm。
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