CN207636853U - 一种水下成像激光照明光斑匀化调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学照明和成像技术领域，具体涉及一种水下成像激光照明光斑匀化调节装置。包括镜筒、设置在镜筒内且与镜筒同轴的第一固定块、第二固定块、第一圆环及第二圆环；第一固定块、第二固定块分别用于固定第一圆环及第二圆环，第一圆环与第二圆环分别用于固定两片微透镜；通过机械结构设计，采用四个自由度单独调节的方式有效的实现了两组微透镜间的相对轴距误差、相对旋转误差和相对平移误差(X、Y两方向的平面移动)的微动调节，保证了两组微透镜阵列光轴的严格对齐，调节精度高、调节方法简单、光斑质量好。

Description

一种水下成像激光照明光斑匀化调节装置

技术领域

本实用新型属于光学照明和成像技术领域，具体涉及一种使用双列微透镜阵列调节机构使水下成像中照明激光器输出光束匀化的装置。

背景技术

在水下成像时，水体对自然光存在强烈的吸收和散射，采用自然光作为照明光源时光的能量衰减大，传输距离短。因此在水下成像相机系统中，多采用激光光源进行照明。激光器直接出射的光斑服从高斯分布，能量分布不均匀，呈现中心能量大，边缘能量低的特征，采用这种光源进行照明，会影响水下相机的成像效果，无法直接使用，需要对激光直接出射的光斑进行整形为平顶光束，使其整个光斑的能量均匀分布。

目前应用比较广泛的解决方法有：二元衍射元件、空心导管和微透镜阵列等三种方法。由于微透镜阵列法具有光束匀化系统体积小、能量传输效率高、对输入光强分布不敏感等特点，而且还可实现一定的焦深等优点，所以该方法越来越多的应用到激光的匀化使用中。

常用的微透镜阵列法由两列串联的微透镜组合而成，这两列微透镜间必须有严格的相对位置关系，即在保证两透镜之间焦距的前提下，每个微小透镜单元需严格对齐。这就要求两微透镜要具有一定的调节机构来消除由于安装本体的加工装配等带来的误差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水下成像激光照明光斑匀化调节装置，通过机械结构设计，采用四个自由度单独调节的方式有效的实现了两组微透镜间的相对轴距误差、相对旋转误差和相对平移误差(X、Y两方向的平面移动)的微动调节，保证了两组微透镜阵列光轴的严格对齐，调节精度高、调节方法简单、光斑质量好。

本实用新型的技术解决方案是提供一种水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特殊之处在于：包括镜筒、设置在镜筒内且与镜筒同轴的第一固定块、第二固定块、第一圆环及第二圆环；第一固定块、第二固定块分别用于固定第一圆环及第二圆环，第一圆环与第二圆环分别用于固定两片微透镜；

还包括固定调节装置，上述固定调节装置包括第一紧定螺钉、第二紧定螺钉、调节螺杆及轴移螺杆；

上述第一固定块的中心具有椭圆形通孔，将椭圆形通孔的短轴方向定义为上下方向，椭圆形通孔的长轴方向定义为左右方向；

镜筒内壁设有孔槽，第一固定块左侧外壁与右侧外壁均为平面，并与镜筒中的孔槽平面贴合，孔槽上下两弧面间距大于第一固定块中上下两弧面间距；

上述第一圆环位于所述椭圆形通孔内部，椭圆形通孔的上部及下部与第一圆环的外圆紧密贴合；

第一紧定螺钉及第二紧定螺钉分别位于椭圆形通孔的短轴及长轴延长线上，第一紧定螺钉及第二紧定螺钉穿过镜筒，第一紧定螺钉及第二紧定螺钉头部分别顶紧第一圆环及第一固定块；

沿镜筒内壁周向还设有环形突起，第二固定块与所述环形突起的一个端面接触；上述轴移螺杆的一端依次穿过镜筒前端盖、第二固定块及环形突起通过轴用弹性挡圈限位在环形突起的另一端面；轴移螺杆的另一端接触镜筒前端盖；轴移螺杆与第二固定块螺纹连接；

第二固定块的中心开设有圆形通孔，第二圆环固定在所述圆形通孔内且能够沿圆形通孔的内壁周向旋转，第二圆环径向方向开有螺纹孔，第二固定块与镜筒上均开设有腰孔，调节螺杆穿过镜筒及第二固定块的腰孔与第二圆环上的螺纹孔固定。

优选地，为了实现第二固定快及第二圆环平稳轴向移动，本实用新型水下成像激光照明光斑匀化调节装置还包括导向光杆，上述导向光杆的一端依次穿过镜筒前端盖、第二固定块及环形突起限位在环形突起的另一端面；上述导向光杆的另一端压紧在镜筒前端盖端面。

优选地，上述镜筒上上下开有2个螺纹孔，左右开有2个通孔，两个螺纹孔位于椭圆形通孔的短轴延长线上，通孔位于椭圆形通孔的长轴延长线上；

第一固定块上开有两个螺纹孔，两个螺纹孔位于椭圆孔的长轴的延长线上，第一紧定螺钉依次穿过镜筒的通孔及第一固定块上的螺纹后顶紧第一圆环。

优选地，第一固定块上还开设两个盲孔，第二紧定螺钉穿过镜筒的螺纹顶紧所述盲孔。

优选地，第一固定块的厚度大于第一圆环的厚度，第一固定块内壁周向具有凹槽，第一圆环部分卡入所述凹槽内。

优选地，本实用新型还包括小端盖，上述小端盖位于第二固定块的端面，第二固定块沿圆形通孔的周向开设环形凹槽，第二圆环位于所述环形凹槽内，且通过小端盖固定。

优选地，本实用新型还包括锁紧机构，通过锁紧机构将调节螺杆锁紧在固定位置。

优选地，上述锁紧机构包括锁紧螺母及垫片。

优选地，微透镜通过注胶固定在第一圆环与第二圆环内。

优选地，上述导向光杆的另一端通过螺母压紧在镜筒前端盖端面。

本实用新型的有益效果是：

1)、本实用新型调节装置可简化为四个自由度的调节，能完全使两组微透镜阵列光轴对齐，且各自由度调节互不干涉，调节精度高；

2)、本实用新型通过独立的两个调节模块，实现左右平移与上下平移，不会产生因共同调节时产生的附带转动效应；

3)、使用螺纹的方式调节平移和轴移具有较高的调节精度，对调节量相对较大的转动调节与轴向调节，添加了锁紧机构，具有良好的调节稳定性和操作便利性。

4)、通过调节后，有效的降低了激光出射光斑的干涉条纹、减少了散斑现象，使光斑照度更加均匀；

5)、本实用新型装置体积小、输出光强分布均匀、能量效率高。

附图说明

图1为包括本实用新型调节装置的匀光镜头后端面图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为图1中B-B剖视图；

图4为图1中C-C剖视图；

图5为图1中D向视图；

图中附图标记为：1-镜筒，2-前端盖，3-第一固定块，4-第一圆环，5-第二紧定螺钉，6-第二固定块，7-小端盖，8-第二圆环，9-轴移螺杆，10-导向光杆，11-弹簧垫圈，12-螺母，13-轴用弹性挡圈，14-第一紧定螺钉，15-调节螺杆，16-锁紧螺母，17-垫片，18-第一内六角螺栓，19-第二内六角螺栓，20-微透镜，21-环形突起。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的描述。

结合图1及图2，可以看出，本实用新型调节装置主要包括镜筒1、设置在镜筒1内且与镜筒1同轴的第一固定块3、第二固定块6、第一圆环4及第二圆环8；

从图1可以看出，镜筒1内壁设有孔槽，第一固定块3左侧外壁与右侧外壁为平面，并与镜筒1中的孔槽平面贴合，孔槽上下两弧面间距大于第一固定块3中上下两弧面间距；

第一固定块3的中心具有椭圆形通孔，椭圆形通孔为左右方向的开孔，第一圆环4位于椭圆形通孔内部，椭圆形通孔的上部及下部与第一圆环4的外圆紧密贴合；

镜筒1上下开有2个螺纹孔，左右开有2个通孔，两个螺纹孔位于椭圆形通孔的短轴延长线上，通孔位于椭圆形通孔的长轴延长线上；

第一固定块3上开有两个螺纹孔(见图3)，两个螺纹孔位于椭圆孔的长轴的延长线上，第一紧定螺钉14依次穿过镜筒1的通孔及第一固定块3上的螺纹孔后顶紧第一圆环4，此处第一圆环4上可以设有盲孔，第一紧定螺钉14的头部顶紧盲孔。

第二紧定螺钉5穿过位于椭圆形通孔短轴方向镜筒1的螺纹孔顶紧第一固定块3。

从图2可以看出，第二固定块6的中心开设有圆形通孔，第二固定块6沿圆形通孔的周向开设环形凹槽，第二圆环8位于环形凹槽内，且通过小端盖7固定，第二圆环8固定在圆形通孔内且能够沿圆形通孔的内壁周向旋转；

沿镜筒1内壁周向还设有环形突起21，第二固定块6与环形突起21的一个端面接触；轴移螺杆9的一端依次穿过镜筒1前端盖2、第二固定块6及环形突起21通过轴用弹性挡圈13限位在环形突起21的另一端面；轴移螺杆9的另一端松接触镜筒1的前端盖2；轴移螺杆9与第二固定块6螺纹连接；导向光杆10的一端依次穿过镜筒前端盖2、第二固定块6及环形突起21限位在环形突起21的另一端面；导向光杆10的另一端通过螺母12压紧在镜筒前端盖2。

从图4可以看出，第二圆环8径向方向开有螺纹孔，第二固定块6与镜筒1上均开设有腰孔，调节螺杆15穿过镜筒1及第二固定块6的腰孔与第二圆环8上的螺纹孔固定，调节螺杆15上还设有锁紧螺母16与垫片17。

两片微透镜20通过注胶分装在两个不同的圆环中，其中第一圆环4可以带动微透镜20上下、左右平移，第二圆环8可以带动微透镜20相对于第一圆环4中的微透镜20进行轴向移动和旋转。

具体通过如下方式实现：

第一圆环4中微透镜20的左右平移：如图1、图3所示，第一圆环4安装在第一固定块3的椭圆形通孔内，椭圆形通孔为左右方向的开孔，其顶部、底部与第一圆环4外圆紧密贴合，第一紧定螺钉14通过镜筒1左右两侧的通孔并安装在第一固定块3的螺纹孔内，第一圆环4在第一紧定螺钉14的作用下可左右平移。

第一圆环4中微透镜20的上下平移：如图1、图2所示，第一固定块3为非标准圆形，其两侧被削平并与镜筒1中与之配合的孔槽平面相贴合，孔槽上下两弧面间距大于第一固定块3中上下两弧面间距，第二紧定螺钉5安装在镜筒1中上下两侧螺纹孔内，第一固定块3连同第一圆环4在第二紧定螺钉5的作用下可上下平移。

第二圆环8中微透镜20的旋转：如图4、图5所示，第二圆环8通过小端盖7安装在第二固定块6的槽中，由于其配合圆周面均为圆形，因此第二圆环8可绕其轴线相对第二固定块6转动，第二圆环8在径向方向上开有螺纹孔，第二固定块6在与其对应的圆周位置方向上开有腰孔，镜筒1在调节的位置处也开有较大的孔，因此，调节螺杆15穿过镜筒1中的较大孔和第二固定块6中的腰孔与第二圆环8中的螺纹孔连接，并可带动第二圆环8相对于第二固定块6进行旋转，旋转调节完后，通过拧紧调节螺杆15，可使第二圆环8的外弧面与第二固定块6的内弧面压紧，进行锁定。

第二圆环8中微透镜20的轴向移动：如图2所示，前端盖2通过螺栓与镜筒1连接，轴移螺杆9与导向光杆10均一端安装在前端盖2的孔内，另一端安装在镜筒1内的孔内，轴移螺杆9使用轴用弹性挡圈13进行轴向的松固定。第二固定块6开有螺纹孔及光孔，分别与轴移螺杆9和导向光杆10连接并安装在镜筒1内。通过旋转轴移螺杆9可带动第二固定块6沿着导向光杆10进行轴向移动调节。调节完后，通过拧紧锁紧螺母16，把第二固定块6锁定在调节的轴向位置处。

Claims (10)

1.一种水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：包括镜筒(1)、设置在镜筒(1)内且与镜筒(1)同轴的第一固定块(3)、第二固定块(6)、第一圆环(4)及第二圆环(8)；第一固定块(3)、第二固定块(6)分别用于固定第一圆环(4)及第二圆环(8)，第一圆环(4)与第二圆环(8)分别用于固定两片微透镜(20)；

还包括固定调节装置，所述固定调节装置包括第一紧定螺钉(14)、第二紧定螺钉(5)、调节螺杆(15)及轴移螺杆(9)；

所述第一固定块(3)的中心具有椭圆形通孔，将椭圆形通孔的短轴方向定义为上下方向，椭圆形通孔的长轴方向定义为左右方向；

镜筒(1)内壁设有孔槽，第一固定块(3)左侧外壁与右侧外壁均为平面，并与镜筒(1)中的孔槽平面贴合，孔槽上下两弧面间距大于第一固定块(3)中上下两弧面间距；

所述第一圆环(4)位于所述椭圆形通孔内部，椭圆形通孔的上部及下部与第一圆环(4)的外圆紧密贴合；

第一紧定螺钉(14)及第二紧定螺钉(5)分别位于椭圆形通孔的短轴及长轴延长线上，第一紧定螺钉(14)及第二紧定螺钉(5)穿过镜筒(1)，第一紧定螺钉(14)及第二紧定螺钉(5)头部分别顶紧第一圆环(4)及第一固定块(3)；

沿镜筒(1)内壁周向还设有环形突起(21)，第二固定块(6)与所述环形突起(21)的一个端面接触；所述轴移螺杆(9)的一端依次穿过镜筒前端盖(2)、第二固定块(6)及环形突起(21)通过轴用弹性挡圈(13)限位在环形突起(21)的另一端面；轴移螺杆(9)的另一端接触镜筒前端盖(2)；轴移螺杆(9)与第二固定块(6)螺纹连接；

第二固定块(6)的中心开设有圆形通孔，第二圆环(8)固定在所述圆形通孔内且能够沿圆形通孔的内壁周向旋转，第二圆环(8)径向方向开有螺纹孔，第二固定块(6)与镜筒(1)上均开设有腰孔，调节螺杆(15)穿过镜筒(1)及第二固定块(6)的腰孔与第二圆环(8)上的螺纹孔固定。

2.根据权利要求1所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：还包括导向光杆(10)，所述导向光杆(10)的一端依次穿过镜筒前端盖(2)、第二固定块(6)及环形突起(21)限位在环形突起(21)的另一端面；所述导向光杆(10)的另一端压紧在镜筒前端盖(2)端面。

3.根据权利要求2所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：所述镜筒(1)上上下开有2个螺纹孔，左右开有2个通孔，两个螺纹孔位于椭圆形通孔的短轴延长线上，通孔位于椭圆形通孔的长轴延长线上；

第一固定块(3)上开有两个螺纹孔，两个螺纹孔位于椭圆孔的长轴的延长线上，第一紧定螺钉(14)依次穿过镜筒(1)的通孔及第一固定块(3)上的螺纹后顶紧第一圆环(4)。

4.根据权利要求3所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：第一固定块(3)上还开设两个盲孔，第二紧定螺钉(5)穿过镜筒(1)的螺纹顶紧所述盲孔。

5.根据权利要求4所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：第一固定块(3)的厚度大于第一圆环(4)的厚度，第一固定块(3)内壁周向具有凹槽，第一圆环(4)部分卡入所述凹槽内。

6.根据权利要求5所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：还包括小端盖(7)，所述小端盖(7)位于第二固定块(6)的端面，第二固定块(6)沿圆形通孔的周向开设环形凹槽，第二圆环(8)位于所述环形凹槽内，且通过小端盖(7)固定。

7.根据权利要求6所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：还包括锁紧机构，通过锁紧机构将调节螺杆(15)锁紧在固定位置。

8.根据权利要求7所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：所述锁紧机构包括锁紧螺母(16)及垫片(17)。

9.根据权利要求8所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：微透镜(20)通过注胶固定在第一圆环(4)与第二圆环(8)内。

10.根据权利要求9所述的水下成像激光照明光斑匀化调节装置，其特征在于：所述导向光杆(10)的另一端通过螺母(12)压紧在镜筒前端盖(2)端面。