CN202285076U - 一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置 - Google Patents

一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置，包括带有柱面镜的激光器和作为匀化器的光纤段；柱面镜与光纤段之间设置有用于耦合经柱面镜整形之后的激光光束进入光纤段的短焦聚焦透镜。由于采用了短焦聚焦透镜，将经过柱面镜整形之后的激光光束耦合进入光纤段作全反射传导；模式不同的激光光束在光纤段内部通过无数次全反射之后，所有模式的激光光束都被混合在一起，从而匀化了半导体激光器多横模效应；同时结合柱面镜将长椭圆形的激光光斑整形为矩形，使激光能量分布更加均匀，改善了照明区域内图像的白暴现象；而且利用单个短焦聚焦透镜代替尾纤进行耦合，成本更为低廉，也更适合大范围推广和普及，其产业化的意义非常重大。

Description

一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置
技术领域
本实用新型涉及半导体激光器的照明装置领域，更具体的说，改进涉及的是一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置。
背景技术
目前市场上多数的摄像仪都已采用高功率半导体激光照明器进行红外摄像补光，随着夜间摄像技术的发展，对红外激光补光(即红外激光照明)的要求也越来越高。
由于半导体激光器存在能量高斯分布(即光能量分布不均匀)以及多横模(即明暗相间条纹)的特性，夜间摄像时，在照明区域内的图像中存在有明暗相间的条纹，且图像的光能量强度由中心向边沿递减。现有的激光照明装置通常直接利用尾纤对激光光束进行匀化，所谓的尾纤指的是，用于将半导体激光芯片发出的激光光束直接耦合进入光纤的那部分光纤段。
但是，尾纤并不能改变激光光能量的高斯分布，以至于在图像中存在有中间曝光过度、边缘曝光不足的白暴现象，影响了成像的效果。此外，采用尾纤耦合输出的半导体激光器的价格昂贵，也不适合大范围推广。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置，可在匀化半导体激光器多横模效应的同时改善照明区域内图像的白暴现象。
本实用新型的技术方案如下：一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置，包括激光器和匀化器；其中：所述激光器包括对激光光束进行整形的柱面镜；所述匀化器设置为光纤段；在所述柱面镜与光纤段之间设置有一短焦聚焦透镜；整形之后的激光光束通过该短焦聚焦透镜耦合进入光纤段。
所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其中：所述短焦聚焦透镜设置为非球面镜、双凸透镜、平凸透镜或自聚焦透镜。
所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其中：所述柱面镜设置为光纤、半边光纤、圆形玻璃棒或半圆形玻璃棒。
所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其中：所述光纤段设置为单模光纤段或多模光纤段。
所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其中：在所述光纤段一侧还设置有一镜头组，激光光束耦合进入光纤段之后，通过该透镜组进行变焦补光。
所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其中：所述透镜组至少包括一扩束镜和一聚焦镜；所述扩束镜位于光纤段与聚焦镜之间，并沿透镜组的光轴相对聚焦镜可移动设置。
本实用新型所提供的一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置，由于在激光器的柱面镜与作为匀化器的光纤段之间采用了短焦聚焦透镜，将经过柱面镜整形之后的激光光束耦合进入光纤段进行全反射传导；不同模式激光光束的光程不同，在光纤段内部通过无数次的全反射之后，所有模式的激光光束都被混合在一起，从而匀化了半导体激光器多横模效应；同时结合柱面镜将长椭圆形的激光光斑整形为矩形，使激光能量分布更加均匀，改善了照明区域内图像的白暴现象；而且利用单个短焦聚焦透镜代替尾纤进行耦合，成本更为低廉，也更适合大范围推广和普及，其产业化的意义非常重大。
附图说明
图1是本实用新型采用光纤整形与匀化的激光照明装置构成原理示意图。
图2是本实用新型采用光纤整形与匀化的激光照明装置内部结构剖面图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的具体实施方式。
本实用新型的一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置，用于摄像机的补光，其构成原理如图1所示，包括用于发射激光光束的激光器110和用于对激光光斑进行匀化处理的匀化器120；其中：
一方面，所述激光器110内部包括高功率的半导体激光芯片和一柱面镜；所谓高功率指的是功率超过0.5瓦，所述半导体激光芯片可以是红外半导体激光芯片，所述柱面镜被封装在激光器110内部，可以是光纤、半边光纤、圆形玻璃棒或半圆形玻璃棒等，用于对半导体激光芯片发出的激光光束进行整形，使长椭圆形的激光光斑变为矩形的激光光斑，并改善激光光能量的高斯分布效应，使激光光能量分布比较均匀；
另一方面，所述匀化器120设置为光纤段，即一段光纤，通过无数次的全反射将不同模式光程不同的激光束相混合，以达到匀化的效果；所述光纤段可以是单模光纤段或多模光纤段；
此外，在所述柱面镜与作为匀化器120的光纤段之间还采用了一短焦聚焦透镜112，用于将整形之后的激光光束通过该短焦聚焦透镜112耦合进入光纤段；由于单个短焦聚焦透镜112的价格非常低廉，相比较直接采用尾纤耦合激光进入光纤的高成本工艺，采用短焦聚焦透镜112的激光照明装置成本更低，更适合大范围推广和普及，其产业化的意义非常重大。
所谓的激光器110为本领域技术人员所熟知，例如半导体激光器等，在此不再赘述；所谓的作为匀化器120的光纤段，指的是对在其中作全反射传导的多横模激光束进行模式混合，以达到匀化的效果的一段光纤，包括但不限于单模光纤段或多模光纤段等；所谓的短焦聚焦透镜112指的是至少具有一个短焦距的聚焦透镜，包括但不限于平凸透镜、双凸透镜、非球面镜或自聚焦透镜等。
在本实用新型采用光纤整形与匀化的激光照明装置的优选实施方式中，如图1所示，在作为匀化器120的光纤段另一侧还可设置有一镜头组130，激光光束经由所述短焦聚焦透镜112耦合进入光纤段之后，可通过该透镜组130进行变焦补光。
进一步地，所述透镜组130可至少包括一扩束镜131和一聚焦镜132；所述扩束镜131位于光纤段与聚焦镜132之间，并沿透镜组130的光轴相对聚焦镜132可移动设置。
具体的，如图2所示，为本实用新型激光照明装置的内部结构，所述激光器110、作为匀化器120的光纤段与透镜组130同光轴组装，所述激光器110和透镜组130分别位于光纤段的两端；所述激光器110可设置在一壳体113上，所述透镜组130可设置在一管筒135上；其中：
在所述壳体113上沿该壳体113的轴向方向加工有安装孔111，所述光纤段的入光端设置在安装孔111的前端处，激光器110设置在安装孔111的后端处，所述短焦聚焦透镜112设置在激光器110与光纤段入光端之间的安装孔111中，所述安装孔111可以是台阶孔，电路连接激光器110的线路板115通过螺钉114固定在安装孔111后端的端面上；同时在该线路板115的另一面对应设置有散热器116和散热风扇117，作为激光器110的散热系统，以降低半导体激光芯片的工作温度，提高激光器110的有效使用寿命；
在所述管筒135上沿该管筒135的轴向方向加工有通孔136，所述光纤段的出光端设置在通孔136的后端处，透镜组130中的扩束镜131通过其固定座133滑动设置在通孔136中，透镜组130中的聚焦镜132通过其固定座134固定设置或滑动设置在通孔136中，所述扩束镜131位于光纤段出光端与聚焦镜132之间，通过移动所述扩束镜131或/和聚焦镜132调节激光光束的发散角度，以适应远距离摄像时或近距离摄像时的照明要求。
与现有技术中的激光照明装置相比，本实用新型所提供的一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置，由于在激光器的柱面镜与作为匀化器的光纤段之间采用了短焦聚焦透镜，将经过柱面镜整形之后的激光光束耦合进入光纤段进行全反射传导；不同模式激光光束的光程不同，在光纤段内部通过无数次的全反射之后，所有模式的激光光束都被混合在一起，从而匀化了半导体激光器多横模效应；同时结合柱面镜将长椭圆形的激光光斑整形为矩形，使激光能量分布更加均匀，改善了照明区域内图像的白暴现象；而且利用单个短焦聚焦透镜代替尾纤进行耦合，成本更为低廉，也更适合大范围推广和普及，其产业化的意义非常重大。
应当理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不足以限制本实用新型的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本实用新型的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种采用光纤整形与匀化的激光照明装置，包括激光器和匀化器；其特征在于：所述激光器包括对激光光束进行整形的柱面镜；所述匀化器设置为光纤段；在所述柱面镜与光纤段之间设置有一短焦聚焦透镜；整形之后的激光光束通过该短焦聚焦透镜耦合进入光纤段。
2.根据权利要求1所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其特征在于：所述短焦聚焦透镜设置为非球面镜、双凸透镜、平凸透镜或自聚焦透镜。
3.根据权利要求1所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其特征在于：所述柱面镜设置为光纤、半边光纤、圆形玻璃棒或半圆形玻璃棒。
4.根据权利要求1所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其特征在于：所述光纤段设置为单模光纤段或多模光纤段。
5.根据权利要求1所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其特征在于：在所述光纤段一侧还设置有一镜头组，激光光束耦合进入光纤段之后，通过该透镜组进行变焦补光。
6.根据权利要求5所述的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，其特征在于：所述透镜组至少包括一扩束镜和一聚焦镜；所述扩束镜位于光纤段与聚焦镜之间，并沿透镜组的光轴相对聚焦镜可移动设置。
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