CN202886733U - 补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。其中补偿光源系统包括具有光纤(51)的激光发生装置(50)，光纤(51)具有光输出端，补偿光源系统还包括光束整形组件，光束整形组件包括：柱形平凸透镜(80)，与光纤(51)的光输出端相对设置；以及柱形平凹透镜(90)，与柱形平凸透镜(80)沿光纤(51)的光输出端所传出的激光光束的传输方向顺次设置，柱形平凹透镜(90)的母线与柱形平凸透镜(80)的母线互相垂直设置。本实用新型旨在提供一种可以提高激光利用率并使最终形成的光斑符合相机拍摄要求的补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。

Description

补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。

背景技术

为了保障列车的行车安全，需要对列车进行检测。传统的人工检测方法效率很低，目前多采用运行故障动态图像检测系统对车底和列车侧壁进行图像拍摄，再由检查人员通过计算机浏览拍摄的图片进行故障检测。拍摄图像的方法多采用相机阵列或者高速工业线阵扫描相机进行。无论采用哪种方法都需要补偿光源来减小环境，如阳光的影响，提高相机的抗干扰能力，保证检测系统的稳定运行。

目前的补偿光源系统一般采用近红外波段的半导体激光器，要求其呈现长条形、光强较强且均匀的光斑。长条形光斑是由相机的拍摄方式决定的，光斑的宽度需要符合相机的扫描宽度，长度需要与被拍照物体的尺寸符合，光斑强度越强则相机曝光时间越短进而相机扫描速度越快，光斑均匀则可以防止拍摄出的图像亮度不均匀。

但是现有技术中，补偿光源系统对激光的利用率普遍偏低，导致补偿光源的光强较弱，抗干扰能力较差，且相机曝光时间较长，只能满足较低速行进的列车的检测，而对于高速列车，由于曝光时间较长影响了相机扫描速度，进而影响了检测系统的使用。

如图1至图2所示，是公开号为CN 101871602 A的中国专利申请所公开的一种均匀照明的激光线光源系统，该系统结构简单，通过沿激光的传输方向顺次设置圆透镜10’以及棱镜20’，理论上能在0.5米至2米的距离范围内使光强稳定。激光经过圆透镜10’后照射到棱镜20’表面的光斑为圆形光斑11’，假设此圆形光斑11’的直径为d，棱镜20’的曲面部分在与激光光束传播方向垂直的平面上的投影部分21’的长度为L，宽度为d0，容易看出圆形光斑11’只有位于重叠区域30’中的部分可以经过棱镜20’的折射被利用，激光利用率很低。

如果要提高激光利用率，即增大重叠区域30’，需要增大棱镜20’的投影部分21’的宽度d₀，或减小圆形光斑11’的直径d。如果增大投影部分21’的宽度d₀，则需要增大投影部分21’的曲率半径，这样会造成经过棱镜20’的激光光束发散角减小，进而导致照射到被拍摄物体上的光斑长度与被拍摄物体的长度不相适应。如果减小圆形光斑11’的直径d，则会导致经过棱镜20’折射的光斑宽度太小，无法满足相机的扫描宽度要求，进而对相机的曝光产生影响。

不管是凸透镜还是凹透镜，当其曲率半径变小时，同样的光束经过其折射后的光像差会变大，这样的话光斑质量会不均匀。现有技术前面采用圆透镜，后面采用棱镜，最终形成的细长光线的宽度是由前面的圆透镜决定的，长度是由后面的棱镜决定的，如果经过圆透镜后照射到后面的棱镜的光斑太大，则有部分光不能被折射，光利用率低，如果减小光斑使整个光斑都能照射到曲面部分，则光斑的宽度不够。而且，按照现有技术中的设计，要达到60度的发散角，曲率半径已经很小了，这时像差很大，要增加发散角的话，要使曲率半径更小，这样的话后面的棱镜就会变得更加细长，前面描述的问题会更加突出。

因此，此专利申请公开的技术方案，无法在保证光斑形状符合相机拍摄要求的同时保证较高的激光利用率。同时，由于经过棱镜20’的激光光束发散角只有60度，当进行车底拍摄时，由于距离太近，产生的光斑长度不够，往往需要一排设置两个或更多激光器，而铁轨之间的空间有限，工艺上也比较难以实现。

结合参见图3，是公开号为CN 201966484U的中国专利申请所公开的一种发近平行发散光的激光器，包括圆透镜10”和棱镜20”，由于经过圆透镜10”照射到棱镜20”上的光斑仍旧为圆形光斑，与前一专利申请的技术方案一样，也无法保证在光斑形状符合相机拍摄要求的同时保证较高的激光利用率。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种可以在提高激光利用率的同时使最终形成的光斑符合相机拍摄要求的补偿光源系统及列车运行故障动态图像检测设备。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种补偿光源系统，包括具有光纤的激光发生装置，光纤具有光输出端，补偿光源系统还包括光束整形组件，光束整形组件包括：柱形平凸透镜，与光纤的光输出端相对设置；以及柱形平凹透镜，与柱形平凸透镜沿光纤的光输出端所传出的激光光束的传输方向顺次设置，柱形平凹透镜的母线与柱形平凸透镜的母线互相垂直设置。

进一步地，柱形平凸透镜具有相对设置的第一平面以及第一弧面，柱形平凹透镜具有相对设置的第二平面以及第二弧面，第一弧面和第二弧面相对设置。

进一步地，柱形平凸透镜有多个，多个柱形平凸透镜沿激光光束的传输方向顺次设置。

进一步地，柱形平凹透镜有多个，多个柱形平凹透镜沿激光光束的传输方向顺次设置。

进一步地，光束整形组件还包括套设在柱形平凸透镜和柱形平凹透镜外的外壳。

进一步地，外壳包括：第一壳体，其第一端具有光纤连接头插孔，光纤的光输出端穿射在光纤连接头插孔中；第二壳体，其第一端嵌设在第一壳体内并相对于第一壳体沿轴线方向可运动地设置，其第二端具有第一外螺纹段，第二壳体具有与光纤的光输出端对应设置且沿光纤的光输出端所传出的激光光束的传输方向延伸的通孔；第三壳体，其第一端具有与第一外螺纹段相配合的第一内螺纹段，第三壳体具有与通孔对应设置的柱形平凸透镜安装空间以及柱形平凹透镜安装空间；以及端盖，与第三壳体的第二端密封连接，端盖具有激光射出窗口。

进一步地，第一壳体的第二端具有第二外螺纹段；外壳还包括调节壳体以及锁紧环，调节壳体套设在第二壳体外并具有与第二外螺纹段相配合的第二内螺纹段，锁紧环套设在第一壳体外并与调节壳体抵接。

进一步地，第一壳体具有沿其径向方向设置的定向螺栓；调节壳体的内周壁具有周向凹槽；第二壳体具有沿其轴向方向延伸并与定向螺栓相配合的滑槽以及与周向凹槽活动配合的凸缘。

进一步地，端盖具有密封槽，密封槽内嵌设有密封结构。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种列车运行故障动态图像检测设备，包括补偿光源系统，该补偿光源系统为前述任一种的补偿光源系统。

应用本实用新型的技术方案，通过沿激光传输方向顺次设置柱形平凸透镜和柱形平凹透镜，且柱形平凸透镜和柱形平凹透镜的母线相互垂直，利用柱形平凸透镜在其母线方向对光的发散角不产生影响，而在垂直于其母线方向对光的发散角进行压缩，同时，柱形平凹透镜在其母线方向对光的发散角不产生影响，而在垂直于其母线方向对光的发散角进行扩散的特性，使柱形平凸透镜和柱形平凹透镜分别在两个垂直方向上对激光光束的发散角进行调整，且相互之间不会产生影响。

激光光束经柱形平凸透镜透射后，其母线方向的发散角没有受到压缩，这样照射到后面的柱形平凹透镜上的光束在柱形平凸透镜的母线方向保持了原有的发散角，这样后面的柱形平凹透镜的曲率半径可以适当增加，以增大光束经过柱形平凸透镜后形成的光斑与柱形平凹透镜曲面的重叠区域，提高激光的利用率，进而增加了光强。此外，前面的柱形平凸透镜对垂直于其母线方向的光束发散角进行压缩，从而调节最终所需要的光斑的宽度，这样，使后面的柱形平凹透镜在该方向的尺寸与照射到其表面的光斑在该方向的尺寸相适应，以保证所有的光都能被折射，也可以提高激光利用率。同时，经过柱形平凸透镜和柱形平凹透镜后形成的光斑，可以在两个垂直方向上各自进行调整以满足相机拍摄的宽度和长度要求，且调整过程中相互之间不会产生影响。所以，本实用新型的技术方案可以保证在提高激光的利用率的同时使光斑形状符合相机拍摄要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据现有技术的均匀照明的激光线光源系统的示意图；

图2示出了经过圆透镜的激光光束照射在棱镜上的光斑示意图；

图3示出了根据现有技术的发近平行发散光的激光器的示意图；

图4示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的示意图；

图5示出了根据本实用新型的实施例的柱形平凸透镜和柱形平凹透镜沿激光传输方向排列的示意图；

图6示出了根据本实用新型的实施例的柱形平凸透镜在垂直于其母线方向对激光光束发散角产生影响的示意图；

图7示出了根据本实用新型的实施例的柱形平凸透镜在其母线方向对激光光束发散角不产生影响的示意图；

图8示出了根据本实用新型的实施例的激光光束经过柱形平凸透镜后在柱形平凹透镜表面形成的第二光斑的示意图；

图9示出了根据本实用新型的实施例的柱形平凹透镜在其母线方向对激光光束发散角不产生影响的示意图；

图10示出了根据本实用新型的实施例的柱形平凹透镜在垂直于其母线方向对激光光束发散角产生影响的示意图；

图11示出了根据本实用新型的实施例的激光光束经过柱形平凹透镜后形成的第三光斑的远场示意图；

图12示出了根据本实用新型的实施例的激光光束经过柱形平凸透镜后在垂直于其母线方向上向外发散的示意图；

图13示出了根据本实用新型的实施例的激光光束经过柱形平凸透镜后在垂直于其母线方向上向内会聚的示意图；

图14示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳的一个角度的轴测图；

图15示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳的另一个角度的轴测图；

图16示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳的主视图；

图17示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳的俯视图；

图18示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳的右视图；

图19示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳的左视图；

图20示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳与柱形平凸透镜和柱形平凹透镜相配合的一个角度的剖面图；以及

图21示出了根据本实用新型的实施例的补偿光源系统的外壳与柱形平凸透镜和柱形平凹透镜相配合的另一个角度的剖面图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图4所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种补偿光源系统，包括带有光纤51的激光发生装置50以及光束整形组件。其中激光发生装置50用于发射激光光束。光纤51具有光输出端，激光光束在光纤51内传输一定距离后从光输出端传出。

光束整形组件用于调整激光光束发散角，以使激光光束最终投射形成的光斑符合使用要求。光束整形组件包括柱形平凸透镜80、柱形平凹透镜90以及外壳70。柱形平凸透镜80与光纤51的光输出端相对设置，且柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90沿从光纤51的光输出端传出的激光光束的传输方向顺次设置。外壳70套设在柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90外，用于对柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90起到固定保护的作用。光纤51的光输出端与外壳70固定连接，为了方便光纤51的光输出端与外壳70的连接固定，外壳70上具有光纤连接头插孔711，光纤连接头插孔711具有外螺纹，光纤51的光输出端具有光纤连接头，光纤连接头具有与光纤连接头插孔711的外螺纹相配合的内螺纹，光纤连接头穿设在光纤连接头插孔711中螺接固定，且光纤51的光输出端传出的激光光束顺次经过柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90后传出外壳70，并形成所需要的光斑。

结合参见图5，柱形平凸透镜80具有相对设置的第一平面83以及第一弧面84，柱形平凹透镜90具有相对设置的第二平面94以及第二弧面93，且柱形平凹透镜90的母线与柱形平凸透镜80的母线互相垂直。

为了方便将柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90安装在外壳70内，柱形平凸透镜80的第一弧面84和柱形平凹透镜90的第二弧面93相对设置，即柱形平凸透镜80的第一平面83朝向光纤51的光输出端设置，柱形平凸透镜80的第一弧面84背向光纤51的光输出端设置，柱形平凹透镜90的第二平面94朝向柱形平凸透镜80的第一弧面84设置，柱形平凹透镜90的第二弧面93背向柱形平凸透镜80的第一弧面84设置。

设传出光纤51的光输出端的激光光束的传输方向为z方向，柱形平凸透镜80的母线方向为y方向，柱形平凹透镜90的母线方向为x方向，且x、y、z三个方向相互垂直，则由于柱形透镜自身的特性，柱形平凸透镜80对穿过其的激光光束在x方向的发散角进行压缩，对y方向的发散角不产生影响；而柱形平凹透镜90对穿过其的激光光束在x方向的发散角不产生影响，对y方向的发散角进行扩大。

结合参见图6至图8，具体说明了柱形平凸透镜80对穿过其的激光光束发散角产生的影响。

光纤51的光输出端传出的激光光束在进入外壳70后，首先照射在柱形平凸透镜80上，此时激光光束照射在柱形平凸透镜80的第一平面83上的第一光斑为圆形光斑。柱形平凸透镜80只在x方向起到凸透镜的作用，压缩第一光斑在x方向上的发散角，当光输出端的端面位于柱形平凸透镜80的焦点时，经过柱形平凸透镜80的激光光束在x方向会聚为平行光。

柱形平凸透镜80在y方向上的曲率半径为无穷大，经过柱形平凸透镜80透射的激光光束在y方向的传输方向不变，仍旧以原发散角发散，所以，经过柱形平凸透镜80透射后的激光光束照射到柱形平凹透镜90上的第二光斑81为椭圆形光斑，椭圆的短轴方向即为经过柱形平凸透镜80后压缩发散角的x方向，长轴方向即为y方向，y方向的发散角由光纤51的光输出端传出的激光光束自然发散形成，由光纤的数值孔径决定，柱形平凸透镜80未对其发散角产生影响。

激光光束经柱形平凸透镜80透射后，y方向的发散角没有受到压缩，这样照射到后面的柱形平凹透镜90上的光束在y方向保持了原有的发散角，这样后面的柱形平凹透镜90的曲率半径可以适当增加，以增大光束经过柱形平凸透镜80后形成的第二光斑81与柱形平凹透镜90曲面的重叠区域，提高激光的利用率，进而增加了光强。此外，前面的柱形平凸透镜80对x方向的光束发散角进行压缩，从而调节最终所需要的光斑的宽度，这样，使后面的柱形平凹透镜90在x方向的尺寸与照射到其表面的第二光斑81在x方向的尺寸相适应，以保证所有的光都能被折射，也可以提高激光利用率，进而可以用同样功率的激光光源在相机的拍摄面积上产生更大的光功率密度，即增大光强，使得相机的曝光时间大大缩短，相机的扫描速度大大提升，可以满足高速列车的故障检测要求。

激光光束在x方向的发散角仅由柱形平凸透镜80来调节，既可以通过调节柱形平凸透镜80与光纤51的光输出端端面之间的距离来调节，也可以通过更换不同曲率半径的柱形平凸透镜80从而改变其焦距来调节。

结合参见图9至11，具体说明了柱形平凹透镜90对穿过其的激光光束发散角产生的影响。

由于柱形平凹透镜90在x方向的曲率半径无穷大，所以激光光束经柱形平凹透镜90透射后在x方向的发散角不改变。实际操作中，可以根据需要选择柱形平凹透镜90在x方向的尺寸大小，保证所有激光光束都能透射，而不会对最终形成的第三光斑91的x方向发散角产生影响。

柱形平凹透镜90在y方向上起到凹透镜的作用，对y方向的激光光束发散角起到扩散作用，扩散的角度由其曲率半径、入射激光光束的发散角以及激光出光点与柱形平凹透镜90之间的距离决定。由于柱形平凸透镜80未改变入射激光光束在y方向上的发散角，因此柱形平凹透镜90可以以较大的曲率半径产生所需要的发散角，降低了对柱形平凹透镜90的要求，从而减小了工艺难度。

激光光束在y方向的发散角可以由柱形平凹透镜90来调节，即激光光束在y方向的发散角可以通过调节柱形平凹透镜90与光纤51的光输出端之间的距离来调节，也可以通过更换不同曲率半径的柱形平凹透镜90从而改变其焦距来调节。

由于最终形成的第三光斑91在x、y两个方向的发散角分别由柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90来调节，且两个柱形透镜之间的调节过程互不干涉，所以针对不同的需求可以通过调节x方向的发散角来调节最终形成的第三光斑91在x方向的宽度，通过调节激光光束在y方向的发散角来调节最终形成的第三光斑91在y方向的长度，进而使第三光斑91在x方向的宽度满足相机的扫描宽度，在y方向的长度符合被拍摄物体的长度，同时还可以提高激光的利用率，使光斑均匀，像差减小，进而使拍摄的图像亮度较为均匀。且本实用新型的技术方案的激光光束发散角可达120。，可以在更短的距离内产生更长的光斑，因此可以用于底盘较低的动车车底的图像检测。

这里，柱形平凸透镜80不仅可以是单个柱形平凸透镜，也可以由多个沿激光光束传输方向顺次设置的柱形平凸透镜组成，同样地，柱形平凹透镜90不仅可以是单个，也可以由多个沿激光光束传输方向顺次设置的柱形平凹透镜组成，当使用单个柱形平凸透镜或单个柱形平凹透镜时，补偿光源系统的整体结构简单，易于加工；当使用多个柱形平凸透镜或柱形平凹透镜时，可以增大每个柱形平凸透镜或柱形平凹透镜的曲率半径，降低加工难度，更好地减小像差和提高光斑均匀性。

优选地，柱形平凸透镜80有两个，柱形平凹透镜90也有两个。

由于经过柱形平凸透镜80投射后的第二光斑81为椭圆形光斑，所以在外壳70的结构设计上不限于选择圆筒形结构，而是可以选择与椭圆形光斑相适应的方形结构，并在方形结构的各连接面之间设置圆弧过度面。这样可以减小外壳70的尺寸，使整个补偿光源系统更加紧凑。尤其是应用于车底检测时，补偿光源系统需要安装在两个铁轨之间，紧凑的结构更加方便安装。

经过柱形平凸透镜80投射后的激光光束在x方向上可以是发散、准直或会聚的，具体应该根据实际需要而调节。当所需的光斑宽度确定时，应该采用准直的方案来达到更加稳定的效果。

结合参见图12，当所需第三光斑91的宽度较大时，可以调节柱形平凸透镜80使透射的激光光束在x方向成一个小角度θ发散，假设激光光束平行传输时形成宽度为d1，激光光束传输到被拍摄物体表面时的传输距离为Lz，则最终形成的第三光斑91的宽度为d1+2×Lz×tan(θ)。由于本实用新型的技术方案对激光的利用率很高，所以即使在调节光斑宽度时光强减弱也可以满足相机曝光的要求。

结合参见图13，也可以节柱形平凸透镜80使透射的激光光束在x方向成一个小角度θ₁会聚，最终形成的第三光斑91的宽度为d1-2×Lz×tan(θ₁)。这样调整可以达到与现有技术一样的效果，即在一定距离范围内使光强稳定，但本实用新型的技术方案的优点在于，经过柱形平凸透镜80投射后照射在柱形平凹透镜90表面的光斑为椭圆形，而不是圆形，会有助于提高激光的利用率，从而提高照射到物体上的光强，缩短相机曝光时间。

结合参见图14至图21，外壳70包括第一壳体71、第二壳体72、第三壳体73以及端盖76。其中第一壳体71为中空结构，其具有前述的光纤连接头插孔711，用于穿设光纤51的光输出端，以方便光纤51的光输出端与外壳70的连接固定。

第二壳体72为筒状结构，内部具有与光纤51的光输出端对应设置且沿光纤51的光输出端所传出的激光光束的传输方向延伸的通孔。第二壳体72的第一端嵌设在第一壳体71内并可以相对于第一壳体71做轴向运动，第二壳体72的第二端具有第一外螺纹段。

作为一种优选地实施方式，第一壳体71具有沿其径向方向设置的定向螺栓712，第二壳体72具有沿其轴向方向延伸的滑槽，该滑槽与定向螺栓712相配合，使定向螺栓712能够沿滑槽运动，进而使第二壳体72可以相对于第一壳体71做轴向运动。

第三壳体73的第一端具有与第一外螺纹段相配合的第一内螺纹段，且第三壳体73的内周壁与第二壳体72的外周壁凹凸配合，以使第三壳体73与第二壳体72固定连接。第三壳体73具有与第二壳体72的通孔对应设置的柱形平凸透镜安装空间以及柱形平凹透镜安装空间，以使光纤51的光输出端所传出的激光光束能够顺次经过柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90。

为了便于安装，第三壳体73的第一端为圆筒结构，以便与第二壳体72相配合固定连接。第三壳体73的第二端为块状结构，可以与内部激光光束的形状相匹配，并使结构更加紧凑。圆筒结构内部空腔形成柱形平凸透镜安装空间，块状结构内部空腔形成柱形平凹透镜安装空间。

两个柱形平凸透镜80安装在第三壳体73的圆筒结构内，两个柱形平凹透镜90安装在第三壳体73的块状结构内，且两个柱形平凸透镜80和两个柱形平凹透镜90之间固定设置有固定板78，固定板78通过螺钉固定在块状结构的与圆筒结构相连接的壁面上，且固定板78中间具有用于穿过激光光束的开口。

为了防止两个柱形平凸透镜80的凸面之间发生磨损且为了方便安装固定，两个柱形平凸透镜80都固定在固定套77上，固定套77的外周壁与圆筒结构的内周壁相贴合，并将两个柱形平凸透镜80之间以及柱形平凸透镜80与固定板78之间的接触面相隔离。

端盖76与第三壳体73的第二端通过螺钉固定连接，且为了防止柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90受到污染，端盖76与第三壳体73密封连接，端盖76上具有用于使激光光束通过的激光射出窗口761。

作为一种优选地密封连接方式，端盖76具有密封槽，在密封槽内嵌设有密封结构。

进一步地，密封结构优选为橡胶密封圈。

为了方便调节光纤51的光输出端与柱形平凸透镜80和柱形平凹透镜90之间的距离，外壳70还包括调节壳体74以及锁紧环75。其中调节壳体74套设在第二壳体72外并与第一壳体71固定连接，可以随第一壳体71的运动而运动。为了便于固定，第一壳体71的第二端具有第二外螺纹段，调节壳体74具有与第二外螺纹段相配合的第二内螺纹段。调节壳体74内周壁具有周向凹槽，第二壳体72的外周壁具有凸缘，凸缘可活动地嵌设在周向凹槽中。调节壳体74可以调节光纤51的光输出端与柱形平凸透镜80之间的距离，进而改变光纤连接头与柱形平凸透镜80之间的距离。

锁紧环75套设在第一壳体71外并与调节壳体74抵接，以锁定调节壳体74。为了便于安装，锁紧环75的内周壁具有第三内螺纹段，第一壳体71的外周壁具有与第三内螺纹段相配合的第三外螺纹段。

本实用新型还提供了一种列车运行故障动态图像检测设备，包括补偿光源系统，该补偿光源系统为前述任一种的补偿光源系统。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：通过沿激光传输方向顺次设置柱形平凸透镜和柱形平凹透镜，且柱形平凸透镜和柱形平凹透镜的母线相互垂直，利用柱形平凸透镜在其母线方向对光的发散角不产生影响，而在垂直于其母线方向对光的发散角进行压缩，同时，柱形平凹透镜在其母线方向对光的发散角不产生影响，而在垂直于其母线方向对光的发散角进行扩散的特性，使柱形平凸透镜和柱形平凹透镜分别在两个垂直方向上对激光光束的发散角进行调整，且相互之间不会产生影响。

激光光束经柱形平凸透镜透射后，其母线方向的发散角没有受到压缩，这样照射到后面的柱形平凹透镜上的光束在柱形平凸透镜的母线方向保持了原有的发散角，这样后面的柱形平凹透镜的曲率半径可以适当增加，以增大光束经过柱形平凸透镜后形成的光斑与柱形平凹透镜曲面的重叠区域，提高激光的利用率，进而增加了光强。此外，前面的柱形平凸透镜对垂直于其母线方向的光束发散角进行压缩，从而调节最终所需要的光斑的宽度，这样，使后面的柱形平凹透镜在该方向的尺寸与照射到其表面的光斑在该方向的尺寸相适应，以保证所有的光都能被折射，也可以提高激光利用率。同时，经过柱形平凸透镜和柱形平凹透镜后形成的光斑，可以在两个垂直方向上各自进行调整以满足相机拍摄的宽度和长度要求，且调整过程中相互之间不会产生影响。所以，本实用新型的技术方案可以保证在提高激光的利用率的同时使光斑形状符合相机拍摄要求。

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

Claims (10)

1.一种补偿光源系统，包括具有光纤(51)的激光发生装置(50)，所述光纤(51)具有光输出端，其特征在于，所述补偿光源系统还包括光束整形组件，所述光束整形组件包括：

柱形平凸透镜(80)，与所述光纤(51)的光输出端相对设置；以及

柱形平凹透镜(90)，与柱形平凸透镜(80)沿所述光纤(51)的光输出端所传出的激光光束的传输方向顺次设置，所述柱形平凹透镜(90)的母线与所述柱形平凸透镜(80)的母线互相垂直设置。

2.根据权利要求1所述的补偿光源系统，其特征在于，所述柱形平凸透镜(80)具有相对设置的第一平面(83)以及第一弧面(84)，所述柱形平凹透镜(90)具有相对设置的第二平面(94)以及第二弧面(93)，所述第一弧面(84)和所述第二弧面(93)相对设置。

3.根据权利要求1所述的补偿光源系统，其特征在于，所述柱形平凸透镜(80)有多个，多个所述柱形平凸透镜(80)沿所述激光光束的传输方向顺次设置。

4.根据权利要求1所述的补偿光源系统，其特征在于，所述柱形平凹透镜(90)有多个，多个所述柱形平凹透镜(90)沿所述激光光束的传输方向顺次设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的补偿光源系统，其特征在于，所述光束整形组件还包括套设在所述柱形平凸透镜(80)和所述柱形平凹透镜(90)外的外壳(70)。

6.根据权利要求5所述的补偿光源系统，其特征在于，所述外壳(70)包括：

第一壳体(71)，其第一端具有光纤连接头插孔(711)，所述光纤(51)的光输出端穿射在所述光纤连接头插孔(711)中；

第二壳体(72)，其第一端嵌设在所述第一壳体(71)内并相对于所述第一壳体(71)沿轴线方向可运动地设置，其第二端具有第一外螺纹段，所述第二壳体(72)具有与所述光纤(51)的光输出端对应设置且沿所述光纤(51)的光输出端所传出的激光光束的传输方向延伸的通孔；

第三壳体(73)，其第一端具有与所述第一外螺纹段相配合的第一内螺纹段，所述第三壳体(73)具有与所述通孔对应设置的柱形平凸透镜安装空间以及柱形平凹透镜安装空间；以及

端盖(76)，与所述第三壳体(73)的第二端密封连接，所述端盖(76)具有激光射出窗口(761)。

7.根据权利要求6所述的补偿光源系统，其特征在于，

所述第一壳体(71)的第二端具有第二外螺纹段；

所述外壳(70)还包括调节壳体(74)以及锁紧环(75)，所述调节壳体(74)套设在所述第二壳体(72)外并具有与所述第二外螺纹段相配合的第二内螺纹段，所述锁紧环(75)套设在所述第一壳体(71)外并与所述调节壳体(74)抵接。

8.根据权利要求7所述的补偿光源系统，其特征在于，

所述第一壳体(71)具有沿其径向方向设置的定向螺栓(712)；

所述调节壳体(74)的内周壁具有周向凹槽；

所述第二壳体(72)具有沿其轴向方向延伸并与所述定向螺栓(712)相配合的滑槽以及与所述周向凹槽活动配合的凸缘。

9.根据权利要求6所述的补偿光源系统，其特征在于，所述端盖(76)具有密封槽，所述密封槽内嵌设有密封结构。

10.一种列车运行故障动态图像检测设备，包括补偿光源系统，其特征在于，所述补偿光源系统为权利要求1至9中任一项所述的补偿光源系统。

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