CN206096644U - 配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头，其中配合成像视场的激光光斑整形装置包括光束规整微结构和电动变倍驱动装置；光束规整微结构包括支撑壳体和设置在支撑壳体上的多根光纤；多根光纤均匀间隔排列且一一对应安装设置在通孔内；电动变倍驱动装置包括电机、齿轮组、凸轮组；电机通过齿轮组及凸轮组进而调节激光镜头内的变倍组镜片在光轴方向上移动，实现激光镜头的焦距调节，进而实现对整形后的矩形的激光光斑的尺寸进行调整用以适应矩形成像视场的尺寸。本实用新型提供的配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头，可实现照明视场(FOI)与成像视场(FOV)的形状以及尺寸匹配适应。

Description

配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头

技术领域

本实用新型涉及激光镜头设备技术领域，尤其涉及一种配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头。

背景技术

一般来讲，激光主动成像系统包括激光发射和图像接收两个通道；由激光发射打出来的激光光斑为明亮对比度明显的圆形(即照明视场均为圆形)，然而CCD或CMOS的感应成像面典型结构为4：3横纵比的矩形(即成像视场均为矩形)；这样就会造成照明视场(FOI)与成像视场(FOV)的不匹配，这样不仅会使得激光能量不能充分利用，而且不能满足定视场范围照明的应用；

举例说明：即当圆形的照明视场范围完全覆盖矩形的成像视场时(如图1所示)，圆形的照明视场相比矩形的成像视场多余的范围就会浪费，因此浪费的局域范围所需的激光能量也就造成浪费，这样就会造成不必要的激光能量的损耗。即当矩形的成像视场范围覆盖圆形的照明视场时(如图2所示)，此时就会造成浪费成像视场的成像面的尺寸；

因此，如何实现圆形的照明视场与矩形的成像视场形状尺寸匹配，进而保证激光能量的合理利用，保证激光光斑的照明区域更加均匀，设计更合理是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头，以解决上述问题(即本实用新型采用全新设计的光纤束规整微结构和电动变倍镜头结合构成的激光光斑整形装置，可以对圆形的激光光斑实现改变形状以及改变尺寸，进而实现了FOI和FOV的适应匹配。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种配合成像视场的激光光斑整形装置，包括光束规整微结构和电动变倍驱动装置；

其中，所述光束规整微结构设置在所述激光镜头的前端；所述电动变倍驱动装置设置在所述激光镜头的顶部；

所述光束规整微结构包括支撑壳体和设置在所述支撑壳体上的多根光纤；其中，所述支撑壳体的表面上设置有多个通孔，且多个通孔均匀间隔排列呈矩形形状设置在所述支撑壳体的表面上；所述通孔作为所述光纤的安装孔；多根所述光纤均匀间隔排列且一一对应安装设置在所述通孔内；

所述电动变倍驱动装置包括电机、齿轮组以及凸轮组；所述电机用于通过齿轮组以及凸轮组进而使所述激光镜头内的变倍组镜片在光轴方向上移动(简单来说就是沿着光轴方向上水平移动)，实现激 光镜头的焦距调节，并进一步实现对整形后的矩形的激光光斑的尺寸进行调整用以适应矩形成像视场的尺寸。

优选的，作为一种可实施方案；所述光纤具体为TEC光纤。

优选的，作为一种可实施方案；所述支撑壳体用于支撑多根所述光纤均匀排列在支撑壳体的表面上。

优选的，作为一种可实施方案；所述支撑壳体具体为圆柱形支撑壳体。

优选的，作为一种可实施方案；所述支撑壳体上的多个所述通孔的孔径尺寸与多根所述光纤的外径尺寸均相适应。

优选的，作为一种可实施方案；所述支撑壳体为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)结构的支撑壳体。

需要说明的是，这样的结构材质易于机械加工，其塑形更好。

优选的，作为一种可实施方案；所述电机为伺服电机。

优选的，作为一种可实施方案；所述齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮；所述电机与所述第一齿轮同轴键连接；所述第二齿轮套设在所述激光镜头的转接盘外圈上；所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合配合。

优选的，作为一种可实施方案；所述第二齿轮与所述凸轮组配合；所述凸轮组与所述激光镜头内的变倍组镜片配合。所述光纤为48根至100根。

相应的，本实用新型还提供了一种可整形的激光变焦镜头，包括激光镜头本体以及配合成像视场的激光光斑整形装置；其中，所述配合成像视场的激光光斑整形装置中的光束规整微结构设置在所述激 光镜头本体的前端；所述配合成像视场的激光光斑整形装置中的所述电动变倍驱动装置设置在所述激光镜头本体的顶部。

与现有技术相比，本实用新型实施例的优点在于：

本实用新型提供的一种配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头，其中，上述配合成像视场的激光光斑整形装置主要由光束规整微结构和电动变倍驱动装置两大结构装置构成；

其中，所述光束规整微结构包括支撑壳体和设置在所述支撑壳体上的多根光纤；其中，所述支撑壳体的表面上设置有多个通孔，且多个通孔均匀间隔排列呈矩形形状设置在所述支撑壳体的表面上；所述通孔作为所述光纤的安装孔；多根所述光纤均匀间隔排列且一一对应安装设置在所述通孔内；

所述电动变倍驱动装置包括电机、齿轮组以及凸轮组；所述电机用于通过齿轮组以及凸轮组进而调节所述激光镜头内的变倍组镜片在光轴方向上移动，实现激光镜头的焦距调节(简单来说就是沿着光轴方向上水平移动)，进而实现对整形后的矩形的激光光斑的尺寸进行调整用以适应矩形成像视场的尺寸。

需要说明的是，上述光束规整微结构用于通过矩形排列的光束阵将圆形的激光光斑(即圆形的照明视场)调节整形成矩形的激光光斑(即矩形的照明视场)；同时，上述电动变倍驱动装置可以改变激光镜头的焦距进而实现对整形后的矩形的激光光斑的尺寸进行调整；这样一来经过上述配合成像视场的激光光斑整形装置，即可实现照明视场(FOI)与成像视场(FOV)的形状以及尺寸匹配适应了；进而也提高了激光能量的利用率，使光斑的照明区域分布更加匀化、合理化，结构更加小型化；同时为激光主动成像系统在有严格体积要求、重量要求时，提供了新的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中的圆形的照明视场范围完全覆盖矩形的成像视场的配合关系图；

图2为现有技术中的矩形的成像视场范围完全覆盖圆形的照明视场的配合关系图；

图3为本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置中的配合成像视场的激光光斑整形装置一视角下的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置中的配合成像视场的激光光斑整形装置另一视角下的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置中的电动变倍驱动装置与激光镜头的配合结构示意图；

图6为本实用新型实施例中整形后的矩形的照明视场与矩形的成像视场的配合关系图；

附图标记说明：

激光镜头A；规整后的光纤束B；

光束规整微结构100；

电动变倍驱动装置200；

支撑壳体1；光纤2；通孔3；电机4；齿轮组5；凸轮组6；第 一齿轮7；第二齿轮8；转接盘9。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

本实用新型实施例提供的一种配合成像视场的激光光斑整形装置，包括光束规整微结构100(具体参见图3和图4)和电动变倍驱动装置200(另参见图5)；

其中，所述光束规整微结构100设置在所述激光镜头A的前端；所述电动变倍驱动装置设置在所述激光镜头A的顶部；

如图3以及图4所示，所述光束规整微结构100具体包括支撑壳体1和设置在所述支撑壳体1上的多根光纤2；其中，所述支撑壳体1的表面上设置有多个通孔3，且多个通孔3均匀间隔排列呈矩形形状设置在所述支撑壳体1的表面上；所述通孔3作为所述光纤2的安装孔；多根所述光纤2均匀间隔排列且一一对应安装设置在所述通孔3内；

如图5所示，所述电动变倍驱动装置200具体包括电机4、齿轮组5以及凸轮组6；所述电机4用于通过齿轮组5以及凸轮组6进而调节所述激光镜头A内的变倍组镜片在光轴方向上移动，实现激光镜头A的焦距调节(简单来说就是沿着光轴方向上水平移动)，进而实现对整形后的矩形的激光光斑的尺寸进行调整用以适应矩形成像视场的尺寸。(上述激光光斑即为照明视场，在上述过程中即通过驱动变倍组镜片在光轴方向上移动即可实现激光镜头的焦距调节，从而也就实现了对整形后的矩形的激光光斑的尺寸调整了，通过该调整可以实现调整后的矩形的激光光斑的尺寸与矩形成像视场的尺寸适应)。

需要说明的是，上述光束规整微结构100用于将圆形的激光光斑(即圆形的照明视场)调节整形成矩形的激光光斑(即矩形的照明视场)；经过上述光束规整微结构100后即可形成了矩形的激光光斑(或称规整后的光纤束B)，即完成了形状调节。

然后规整后的光纤束B，进入图5中激光镜头，实施尺寸调节；上述电动变倍驱动装置用于改变所述激光镜头的焦距进而实现对整形后的矩形的激光光斑的尺寸进行调整用以适应矩形成像视场的形状以及尺寸；

下面对本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置的具体结构以及具体技术效果做一下详细说明：

优选的，作为一种可实施方案；所述光纤2具体为TEC光纤。需要说明的是，上述光纤优选使用TEC光纤。

优选的，作为一种可实施方案；所述支撑壳体1用于支撑多根所述光纤2均匀排列在支撑壳体1的表面上。且所述支撑壳体1具体为圆柱形支撑壳体。

需要说明的是，在上述光束规整微结构100的具体结构中，上述支撑壳体的主要作用就是对矩形阵列的光纤进行支撑，保证经过光纤输出的矩形的激光光斑成型更规范。

优选的，作为一种可实施方案；所述支撑壳体为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)结构的支撑壳体。

需要说明的是，上述支撑壳体选择使用多种结构材质，但是其优选方案之一是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)结构的支撑壳体，因为这样的结构材质易于机械加工，其塑形更好。

优选的，作为一种可实施方案；所述支撑壳体1上的多个所述通孔3的孔径尺寸与多根所述光纤2的外径尺寸均相适应。

需要说明的是，上述支撑壳体1上的通孔3的孔径尺寸需要与光纤2的外径尺寸相互适应和配合，这样才能保证光纤2可以更好的固定连接在支撑壳体上。

优选的，作为一种可实施方案；所述电机4为伺服电机。

需要说明的是，上述电机可以选择使用多种形式和类型的电机作为电动变倍驱动装置的主要动力驱动装置，但是作为优选的技术方式之一，其可以优选使用伺服电机。

因为，伺服电机可有效的控制速度，位置精度非常准确。1.体积小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽；2.低速力矩大，波动小，运行平稳；3.低噪音，高效率；4.变压范围大，频率可调，基于以上技术优点，上述电动变倍驱动装置结构中电机优选使用声音更小，控制精度更高的伺服电机。

优选的，作为一种可实施方案；所述齿轮组5包括第一齿轮7和第二齿轮8；所述电机4与所述第一齿轮7同轴键连接；所述第二齿轮8套设在所述激光镜头的转接盘9外圈上；所述第一齿轮7与所述第二齿轮8啮合配合。

优选的，作为一种可实施方案；所述第二齿轮与所述凸轮组配合；所述凸轮组与所述激光镜头内的变倍组镜片配合。所述光纤为48根至100根。

需要说明的是，如图3所示的激光光斑整形装置示意图，规整后的光纤束固定到镜头上，经由电机带动齿轮组，变倍组镜片在凸轮槽内运动。当一束激光通过规整后的TEC光纤束后形成矩形光斑，经由 变倍镜头，聚焦照射到目标物上，通过给电机发指令，调整镜头的变倍组，矩形光斑大小得以改变，进而达到照明视场(FOI)与成像视场(FOV)匹配。其中光纤束与镜头的连接装置如图3所示。

TEC光纤将高斯光束准直，利用TEC光纤填充聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的微结构，解决了单丝排列不整齐，光纤间隔不均，操作复杂等问题，利用模具加工PMMA的空气孔，可以根据需要排列出不同形状，本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置中的光束规整微结构是选择矩形均匀排列。

有关技术效果与优势：

照明视场(FOI)与成像视场(FOV)的配合，如图6所示；相比较图1以及图2其显然实现了照明视场(FOI)与成像视场(FOV)的形状以及尺寸匹配；

如图6所示，通过此激光光斑整形装置，使得照明视场(FOI)与成像视场(FOV)的匹配，照明视场为明显横纵比的矩形，远距离反馈的照明图像矩形边缘清晰分辨。此装置同时实现激光扩束、准直和光斑整形功能，提高了激光能量的利用率，使光斑的照明区域分布更加匀化、合理化，结构更加小型化，为激光主动成像系统在有严格体积要求、重量要求时，提供了新的解决方案。

相应的，本实用新型还提供了一种可整形的激光变焦镜头，包括激光镜头本体以及配合成像视场的激光光斑整形装置；

其中，所述配合成像视场的激光光斑整形装置中的光束规整微结构设置在所述激光镜头本体的前端；所述配合成像视场的激光光斑整形装置中的所述电动变倍驱动装置设置在所述激光镜头本体的顶部。

本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头具有如下方面的技术优势：

本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头，其设计更为合理，系统架构更加新颖、功能更加完善。本实用新型实施例提供的配合成像视场的激光光斑整形装置及可整形的激光变焦镜头，经过光纤束规整微结构进行整形，经过电动变倍驱动装置以及镜头进行变焦调节尺寸，从而使得照明视场(FOI)与成像视场(FOV)匹配成为可能；其同时提高了激光能量的利用率，使光斑的照明区域分布更加匀化、合理化，结构更加小型化，同时也达到了节能的技术目的。

基于以上诸多显著的技术优势，本实用新型提供的配合成像视场的激光光斑整形装置必将带来良好的市场前景和经济效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，包括光束规整微结构和电动变倍驱动装置；

其中，所述光束规整微结构设置在激光镜头的前端；所述电动变倍驱动装置设置在所述激光镜头的顶部；

所述光束规整微结构包括支撑壳体和设置在所述支撑壳体上的多根光纤；其中，所述支撑壳体的表面上设置有多个通孔，且多个通孔均匀间隔排列呈矩形形状设置在所述支撑壳体的表面上；所述通孔作为所述光纤的安装孔；多根所述光纤均匀间隔排列且一一对应安装设置在所述通孔内；

所述电动变倍驱动装置包括电机、齿轮组以及凸轮组；所述电机用于通过齿轮组以及凸轮组进而使所述激光镜头内的变倍组镜片在光轴方向上移动，实现激光镜头的焦距调节，并进一步实现对整形后的矩形的激光光斑的尺寸进行调整用以适应矩形成像视场的尺寸。

2.如权利要求1所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述光纤具体为TEC光纤。

3.如权利要求1所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述支撑壳体用于支撑多根所述光纤均匀排列在支撑壳体的表面上。

4.如权利要求3所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述支撑壳体具体为圆柱形支撑壳体。

5.如权利要求4所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述支撑壳体上的多个所述通孔的孔径尺寸与多根所述光纤的外径尺寸均相适应。

6.如权利要求5所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述支撑壳体为聚甲基丙烯酸甲酯结构的支撑壳体。

7.如权利要求1所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述电机为伺服电机。

8.如权利要求1所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮；所述电机与所述第一齿轮同轴键连接；所述第二齿轮套设在所述激光镜头的转接盘外圈上；所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合配合。

9.如权利要求8所述的配合成像视场的激光光斑整形装置，其特征在于，

所述第二齿轮与所述凸轮组配合；所述凸轮组与所述激光镜头内的变倍组镜片配合。

10.一种可整形的激光变焦镜头，其特征在于，包括激光镜头本体以及如权利要求1－9任一项所述的配合成像视场的激光光斑整形装置；

其中，所述配合成像视场的激光光斑整形装置中的光束规整微结构设置在所述激光镜头本体的前端；所述配合成像视场的激光光斑整形装置中的所述电动变倍驱动装置设置在所述激光镜头本体的顶部。