CN204065541U - 一种大变倍比的变焦激光照明器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大变倍比的变焦激光照明器，第一透镜组固定不动，第二组透镜与第三组透镜可以移动。在激光照明器变焦过程中，光束先通过第一透镜组会聚再通过第二透镜发散，最后第三透镜再进行会聚，通过调整第一透镜组与光纤端面的距离可实现调整经过第一透镜组后的发散角大小，然后调整第二透镜与第一透镜组的间距可对该发散角进行进一步扩束，从而实现大于66倍的焦距变化，保证了变焦激光照明器的高透过率、高通光量、易装配性，能实现了高通光量F1.8；第二透镜与第三透镜比第一透镜组小很多，选择驱动能力较小的电机即可；第一透镜组固定不动相当于变焦照明器有了一个类似玻璃窗口的装置，防止灰尘进入的同时能对变焦照明器起到很好的保护作用。

Description

一种大变倍比的变焦激光照明器

技术领域

本实用新型涉及一种变焦激光照明器，具体涉及一种大变倍比的变焦激光照明器。

背景技术

现有技术中利用成像原理设计的变焦照明器，光斑有清晰的边缘，对激光器匀化效果、夜视照明距离有很大的改善，但是目前利用成像原理设计的变焦激光照明器，如中国专利文献CN102252278A所述，采用远离光纤端面的两个镜片之间的间距变化实现光斑大小的变化，本专利中离光纤端面最远的一组镜片为胶合镜，口径较其他两个镜片也大很多，这样如果用电机驱动口径较大的胶合镜片移动实现光斑大小的变化，势必需要较大驱动能力的电机，对电机的寿命也是一种考验，而且采用电机驱动较大的镜片可能会带来较大的噪声；同时，变焦照明器最外面一组镜片为胶合镜片，最外面没有加玻璃窗口，当胶合镜片变倍到不是最远离光纤端面时，灰尘容易进入照明器，严重时可能污染到光纤端面，影响照明质量。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型提供一种大变倍比的变焦激光照明器，得到变倍比大、光束质量高的光斑。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的一种大变倍比的变焦激光照明器，包括外镜筒、内镜筒、光纤激光器和电机，所述光纤激光器经过光纤形成光纤端面，所述内镜筒内部前端固定有第一透镜组，所述第一透镜组与光纤端面之间依次设置有可移动的第二透镜和第三透镜，所述第二透镜和第三透镜均固定于透镜座上，内镜筒位于外镜筒的内部，透镜座处于内镜筒中；所述电机的输出轴上设置有传动齿轮，外镜筒外围设置有与传动齿轮相啮合的大齿轮；所述外镜筒内壁上开设有凸轮槽和螺纹槽，内镜筒沿光轴方向开设有两个相对的导向槽，透镜座的两侧固定有滑动杆；固定第二透镜的透镜座上的滑动杆穿过导向槽后置于凸轮槽内，固定第三透镜的透镜座上的滑动杆穿过导向槽后置于螺纹槽内。

所述外镜筒内壁上开设的凸轮槽和螺纹槽满足：电机通过正转驱使第二透镜由最远处朝靠近光纤端面运动的过程中，第三透镜首先朝远离光纤端面运动，再朝靠近光纤端面运动。

所述变焦照明器的变倍比f2/f1≥66，且f1≤1mm，f2≥66mm，变焦激光照明器的总长度为92mm，其中，f1为变焦激光照明器短焦端的有效焦距，f2为变焦激光照明器长焦端的有效焦距。

所述第一透镜组为一组具有正屈光力的胶合镜片，包括镜片一和镜片二；所述第二透镜为一片朝向光纤端面的具有负屈光力的负弯月透镜；所述第三透镜为一片具有正屈光力的双凸透镜。

所述第三透镜与光纤端面之间的距离大于2mm。

所述镜片二、第二透镜和第三透镜采用相同的玻璃材料，镜片一采用与镜片二不同的玻璃材料。

依次设镜片一、镜片二、第二透镜和第三透镜背向光纤端面的曲面分别为S1、S3、S5、S7，朝向光纤端面的曲面分别为S2、S4、S6、S8，所述曲面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8的曲率分别为47.49、-47.49、-47.49、-300、300、7.07、7.07、-7.07。

工作原理：

本实用新型采用第二组透镜与第三组透镜相对移动来实现光斑角度的变化，第一透镜组为凸透镜，其对光纤激光器发出的光束起到会聚作用，第二透镜负弯月透镜对第一透镜组凸透镜汇聚后的光束起到发散作用。在激光照明器变焦过程中，光束先通过第一透镜组会聚再通过第二透镜发散，最后第三透镜再进行会聚，通过调整第一透镜组距离光纤端面的距离可以实现调整经过第一透镜组后的发散角大小，然后调整第二透镜与第一透镜组的间距可以对该发散角进行进一步扩束，从而实现照明器角度的变化。当照明角度由大到小变化时，第一透镜组固定不动，第二透镜能够始终向光纤端面方向移动，所述第三透镜能够先远离光纤端面再靠近光纤端面；当照明角度由小到大变化时，第一透镜组固定不动，第二透镜能够始终向远离光纤端面方向移动，所述第三透镜能够先靠近光纤端面再远离光纤端面。第二透镜和第三透镜的移动是通过电机驱动的，电机转动时，将扭矩传递给电机输出轴上的传动齿轮，通过传动齿轮与设置在外镜筒上的大齿轮啮合，再将扭矩传递给外镜筒，外镜筒就进行转动，由于外镜筒内壁上设置有凸轮槽和螺纹槽，凸轮槽和螺纹槽又与滑动杆一端连接，这就使得滑动杆开始运动，这时滑动杆的运动会受到设置在内镜筒上的导向槽的限位作用，使得连在滑动杆另一端的透镜座带动第二透镜和第三透镜只能做直线运动。

本实用新型的有益效果：

1、靠移动两组透镜来实现大于66倍的焦距变化，从而保证了变焦激光照明器的高透过率、高通光量、易装配性，能实现了高通光量F1.8。

2、第二透镜与第三透镜口径都较第一透镜组小很多，对应透镜的重量也会小很多，所以使用电机驱动第二透镜与第三透镜移动时选择驱动能力较小的电机即可，并且镜片口径小和重量轻不会导致电机寿命的衰减。

3、采用三组镜片中最远离光纤端面的第一透镜组固定不动的方式设计变焦照明器，相当于变焦照明器有了一个类似玻璃窗口的装置，整个变焦照明器处于完全封闭的状态，防止灰尘进入，还能对变焦照明器起到很好的保护作用。

4、采用最远离光纤端面的第一透镜组固定不动的方式能够保证在变焦过程中光学系统的总长是一定的，在设计机械结构时可以根据光学系统的总长进行设计，而采用最远离光纤端面的第一透镜组可以移动的方式进行设计，在设计结构时需要根据变焦照明器在变焦过程中的光学系统最长的结构进行设计，所以采用最远离光纤端面的第一透镜组固定不动的方式可以为结构设计带来方便。

附图说明

图1是本实用新型的一种大变倍比的变焦激光照明器的结构示意图。

图2是本实用新型的一种大变倍比的变焦激光照明器的光路图。

图1-2中：1、第一透镜组，1-1、镜片一，1-2、镜片二，2、第二透镜，3、第三透镜，4、光纤端面，5、光纤激光器，6、电机，7、滑动杆，8、内镜筒，9、外镜筒，10、传动齿轮，11、大齿轮，12、透镜座，13、凸轮槽、14、螺纹槽，15、导向槽，S1、镜片一的前曲面，S2、镜片一的后曲面，S3、镜片二的前曲面，S4、镜片二的后曲面，S5、第二透镜的前曲面，S6、第二透镜的后曲面，S7、第三透镜的前曲面，S8、第三透镜的后曲面。

图3是本实用新型的一种大变倍比的变焦激光照明器上的滑槽曲线示意图。

图3中：1、第二透镜与光纤端面之间的间隔变化趋势曲线，2、第三透镜与光纤端面之间的间隔变化趋势曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的大变倍比的变焦激光照明器结构，如图1所示，包括外镜筒9、内镜筒8、光纤激光器5和电机6，所述光纤激光器5经过光纤形成光纤端面4，所述内镜筒8内部前端固定有第一透镜组1，所述第一透镜组1与光纤端面4之间依次设置有可移动的第二透镜2和第三透镜3，所述第二透镜2和第三透镜3均固定于透镜座12上，内镜筒8位于外镜筒9的内部，透镜座12处于内镜筒8中；所述电机6的输出轴上设置有传动齿轮10，外镜筒9外围设置有与传动齿轮10相啮合的大齿轮11；所述外镜筒9内壁上开设有凸轮槽13和螺纹槽14，内镜筒8沿光轴方向开设有两个相对的导向槽15，透镜座12的两侧固定有滑动杆7；固定第二透镜2的透镜座12上的滑动杆7穿过导向槽15后置于凸轮槽13内，固定第三透镜3的透镜座12上的滑动杆7穿过导向槽15后置于螺纹槽14内。

所述外镜9内壁上开设的凸轮槽13和螺纹槽14满足：电机6通过正转驱使第二透镜2由最远处朝靠近光纤端面4运动的过程中，第三透镜3首先朝远离光纤端面4运动，再朝靠近光纤端面4运动。

所述变焦照明器的变倍比f2/f1=66，且f1=1mm，f2=66mm，变焦激光照明器的总长度为92mm，其中，f1为变焦激光照明器短焦端的有效焦距，f2为变焦激光照明器长焦端的有效焦距。

所述第一透镜组为一组具有正屈光力的胶合镜片，包括镜片一和镜片二；所述第二透镜为一片朝向光纤端面的具有负屈光力的负弯月透镜；所述第三透镜为一片具有正屈光力的双凸透镜。

所述第三透镜与光纤端面之间的距离为3mm。

所述镜片二、第二透镜和第三透镜采用相同的玻璃材料，镜片一采用与镜片二不同的玻璃材料。

第一透镜组、第二透镜和第三透镜采用如表1的具体参数设计： 

 表1

表1中，镜片或透镜的前曲面是指背向光纤端面4的曲面，后曲面是指朝向光纤端面4的曲面。

当变焦激光照明器工作时，由于变焦激光照明器结构上采用凸轮槽和螺纹槽来实现第二透镜以及第三透镜与光纤端面之间的间隔变化，间隔的变化会导致光斑角度的变化，如图3所示一种大变倍的变焦激光照明器上的滑槽曲线示意图，图中横坐标表示变焦照明器的焦距，单位为mm，纵坐标表示透镜距离光纤端面的间距，单位为mm。图中曲线1代表第二透镜与光纤端面之间的间隔变化趋势，曲线2代表第三透镜与光纤端面之间的间隔变化趋势，在光斑角度由大变小时，即图中横坐标从左到右变焦照明器焦距由短变长时，第二透镜是始终远离光纤端面运动的，其中焦距最短时，第二透镜与光纤端面距离为65.42mm，焦距最长时，第二透镜与光纤端面距离为5.36mm；而第三透镜是先远离光纤端面然后靠近光纤端面运动的，其中焦距最短时，第三透镜与光纤端面距离为4.43mm，焦距最长时，第三透镜与光纤端面距离为2.29mm，在光斑角度变化过程中，第三透镜与光纤端面的距离最远为4.84mm。

由于两组透镜分别与光纤端面的间隔发生的变化，导致光斑角度的变化，而且光斑角度的变化是连续的，在两组透镜变化的过程中，光斑的角度会始终朝着某一个方向（变大或变小）变化。同时，在本实用新型中，各种参数（曲率、镜片厚度合材料）确定的前提下，为了实现变焦照明器焦距的变化从而实现变焦照明器角度的变化，滑槽曲线示意图的曲线是唯一的。

Claims (7)

1.一种大变倍比的变焦激光照明器，包括外镜筒（9）、内镜筒（8）、光纤激光器（5）和电机（6），所述光纤激光器（5）经过光纤形成光纤端面（4），所述内镜筒（8）内部前端固定有第一透镜组（1），所述第一透镜组（1）与光纤端面（4）之间依次设置有可移动的第二透镜（2）和第三透镜（3），所述第二透镜（2）和第三透镜（3）均固定于透镜座（12）上，内镜筒（8）位于外镜筒（9）的内部，透镜座（12）处于内镜筒（8）中；其特征在于，所述电机（6）的输出轴上设置有传动齿轮（10），外镜筒（9）外围设置有与传动齿轮（10）相啮合的大齿轮（11）；所述外镜筒（9）内壁上开设有凸轮槽（13）和螺纹槽（14），内镜筒（8）沿光轴方向开设有两个相对的导向槽（15），透镜座（12）的两侧固定有滑动杆（7）；固定第二透镜（2）的透镜座（12）上的滑动杆（7）穿过导向槽（15）后置于凸轮槽（13）内，固定第三透镜（3）的透镜座（12）上的滑动杆（7）穿过导向槽（15）后置于螺纹槽（14）内。

2.根据权利要求1所述的大变倍比的变焦激光照明器，其特征在于，所述外镜筒（9）内壁上开设的凸轮槽（13）和螺纹槽（14）满足：电机（6）通过正转驱使第二透镜（2）由最远处朝靠近光纤端面（4）运动的过程中，第三透镜（3）首先朝远离光纤端面（4）运动，再朝靠近光纤端面（4）运动。

3.根据权利要求1所述的大变倍比的变焦激光照明器，其特征在于，所述变焦照明器的变倍比f2/f1≥66，且f1≤1mm，f2≥66mm，变焦激光照明器的总长度为92mm，其中，f1为变焦激光照明器短焦端的有效焦距，f2为变焦激光照明器长焦端的有效焦距。

4.根据权利要求1或2或3所述的大变倍比的变焦激光照明器，其特征在于，所述第一透镜组（1）为一组具有正屈光力的胶合镜片，包括镜片一（1-1）和镜片二（1-2）；所述第二透镜（2）为一片朝向光纤端面（4）的具有负屈光力的负弯月透镜；所述第三透镜（3）为一片具有正屈光力的双凸透镜。

5.根据权利要求1或2或3所述的大变倍比的变焦激光照明器，其特征在于，所述第三透镜（3）与光纤端面（4）之间的距离大于2mm。

6.根据权利要求4所述的大变倍比的变焦激光照明器，其特征在于，所述镜片二（1-2）、第二透镜（2）和第三透镜（3）采用相同的玻璃材料，镜片一（1-1）采用与镜片二（1-2）不同的玻璃材料。

7.根据权利要求4所述的大变倍比的变焦激光照明器，其特征在于，依次设镜片一、镜片二、第二透镜和第三透镜背向光纤端面的曲面分别为S1、S3、S5、S7，朝向光纤端面的曲面分别为S2、S4、S6、S8，所述曲面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8的曲率分别为47.49、-47.49、-47.49、-300、300、7.07、7.07、-7.07。