CN213634070U - 一种双波长激光照明器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双波长激光照明器，包括系统光源、镜头组件和镜筒组件，系统光源包括具有不同波长的两个激光器，镜头组件包括从物方到像方沿光轴依次设置的第一透镜组、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜组为胶合透镜，具有正的光焦度，第二透镜为具有负光焦度的凹透镜，第三透镜为具有正光焦度的凸透镜，第四透镜为具有正光焦度的凸透镜，第一透镜组和第四透镜相对于系统整体成固定状态，第二透镜和第三透镜相对于系统整体成移动状态。本实用新型可以同时配合两种波长的激光器使用，发射532nm和808nm两种波长激光，同时具备大功率远距离照明和激光警示的作用。

Description

一种双波长激光照明器

技术领域

本实用新型涉及一种双波长激光照明器，属于激光照明领域。

背景技术

在夜视相关应用中，使用激光进行补光照明是一种很常见的手段，由于半导体激光器具有成本低，发光效率高的特点，通常被用来作为远距离激光照明的光源。但是半导体激光器直接出光时束散角较大且不易控制，因此需要使用激光照明器对其光束进行整形，控制其发散角以适应远距离照明的需求，可以说激光照明器是决定激光照明效果的核心器件。

目前公布的激光照明器，根据实际用途及作用距离的不同，可以配合某种特定波长附近的激光器进行使用，如专利201510264944 .4，201110185055 .0等，均只针对单一波长进行设计，在透过率和光斑效果方面无法适用于其他波长，更无法同时适配两种波段的光源，达到同时出光的效果。

几乎所有的远距离激光照明器都是针对波长808nm或者940nm等近红外激光设计的，该波段的激光能被摄像机感应，而且激光器的电转换效率可以达到百分之五十左右，体积小，功率高，适合用于远距离补光照明。由于该波段为人眼不可见波段，具有一定的隐蔽性，但同时这也是一个缺点，由于无法被人眼感知，所以无法起到警示的作用，而且只能为摄像机等电子产品补光，不能使用人眼直接观察。

绿光波段也是一种常见的激光光源波段，在激光眩目及警示等领域有着广泛的应用。绿光光源的优点在于容易被人眼感知，人眼视觉函数表明，绿光波段是人眼最为敏感的波段，但是绿光半导体激光器的电转换效率不到百分之二十，远远低于808nm半导体激光器，因此绿光半导体激光器通常功率不会超过8W，无法适用于远距离的照明。

在同时需要大功率激光进行补光和对人进行警示或者炫目的场合，往往需要使用两套光源分别为近红外波段和绿光波段的设备来实现功能，大大提高了成本和空间占用率，与现阶段设备小型化的趋势相悖。因此设计一种可以同时适配双波长乃至更多波长范围的激光照明器是行业发展的必然需求，对提高设备的小型化、集成化程度具有重要意义。

发明内容

本实用新型针对目前只有能够发射单一波长激光的激光照明器这一情况，提供一种双波长的激光照明器。其特别之处在于本实用新型使用532nm激光器和808nm激光器作为系统光源，同时出射两种波长激光，可以通过分别控制两个激光器的发光功率来控制最终光源中绿光与近红外激光的功率比例。两种光源下系统聚焦位置相同，无需额外的调试即可同时将这两个波长的光源调整束散角之后发射出去。这样使用一个照明器就可以达到原有两个照明器才能实现的效果。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双波长激光照明器，包括系统光源、镜头组件和镜筒组件，系统光源包括532nm激光器和808nm激光器，532nm激光器和808nm激光器的光纤尾纤经过光纤合束器耦合进同一根光纤并接入激光照明器中，镜头组件包括从物方到像方沿光轴依次设置的第一透镜组、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜组为胶合透镜，具有正的光焦度，第二透镜为具有负光焦度的凹透镜，第三透镜为具有正光焦度的凸透镜，第四透镜为具有正光焦度的凸透镜，第一透镜组和第四透镜相对于系统整体成固定状态，第二透镜和第三透镜相对于系统整体成移动状态。

进一步的，耦合后的系统光源光纤连接在光纤连接件上，光纤连接件上开有使系统光源光线通过的透光孔，第四透镜也安装在光纤连接件上。

镜筒组件的作用是承载透镜并驱动第二透镜和第三透镜移动，具体的，镜筒组件包括内镜筒、外镜筒、透镜架和电机，内镜筒位于外镜筒内部，第一透镜组、第二透镜和第三透镜分别固定于各自的透镜架上；内镜筒的相对位置上开有直线槽，第二透镜和第三透镜的透镜架的两侧均连接有凸轮，外镜筒的内表面上开有与凸轮相匹配的凸轮槽，凸轮穿过直线槽后伸入至凸轮槽内；电机的输出轴上固定有传动齿轮，外镜筒的外表面上固定有外齿圈，电机通过外齿圈与传动齿轮的啮合传动来驱动外镜筒转动，在电机驱使外镜筒转动的过程中，在凸轮槽对凸轮的驱动作用和直线槽对凸轮的限位作用下，驱使第二透镜和第三透镜沿设定好的凸轮曲线移动，实现激光照明器照明光斑角度的变化。

进一步，第一透镜组直径为28mm，厚度为10.5mm，前表面曲率半径为32.812mm，胶合面曲率半径为20.906mm，后表面为平面。

进一步，第二透镜直径为10mm，中心厚度1.5mm，前表面曲率半径为-19.1mm，后表面曲率半径为8.899mm。

进一步，第三透镜直径为11mm，中心厚度3mm，前表面曲率半径为14.646mm，后表面曲率半径为-16.685mm。

进一步，第四透镜直径为4mm，中心厚度4.229mm，前表面曲率半径为7.965mm，后表面曲率半径为15.929mm；系统光学后截距为3.683mm。

进一步，所述双波长激光照明器光学系统总长为80mm，相邻透镜最小间隔3mm，长焦端焦距f1=50mm，短焦端焦距f2=1mm，变倍比f1/f2=50。

本实用新型的有益效果：本实用新型可以同时配合两种波长的激光器使用，发射532nm和808nm两种波长激光，同时具备了大功率远距离照明和激光警示炫目的作用。结构紧凑，提高了系统的集成化程度。镜片数少，保证了整体的高透过率和易装配性。对两种波长的色焦移小，保证照明器无需额外的调试即可同时对两种波长激光起到良好的整形扩束效果。

附图说明

图1为本实用新型的双波长激光照明器结构示意图。

图2为本实用新型的双波长激光照明器光学系统示意图。

图3为本实用新型的双波长激光照明器色焦移示意图。

图中：1、第一透镜组，2、第二透镜，3、第三透镜，4、第四透镜，5 、532nm激光器，6、808nm激光器，7、内镜筒，8、外镜筒，9、透镜架，10、直线槽，11、凸轮，12、电机，13、传动齿轮，14、外齿圈，15、光纤连接件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种双波长激光照明器，包括系统光源、镜头组件和镜筒组件。

如图1所示，系统光源包括532nm激光器5和808nm激光器6，二者均为半导体激光器，光线通过光纤尾纤输出，532nm激光器5和808nm激光器6的光纤尾纤经过光纤合束器耦合进同一根光纤并接入激光照明器中，激光照明器内部设有光纤连接件15，耦合后的系统光源光纤连接在光纤连接件15上，光纤连接件15上开有使系统光源光线通过的透光孔，第四透镜4也安装在光纤连接件15上。

未给532nm激光器5供电时，系统输出808nm激光，未给808nm激光器6供电时系统输出532nm激光，同时供电时可以通过分别控制两个激光器的发光功率来控制最终光源中绿光与近红外激光的功率比例。

本实施例所述激光照明器采用了凸轮槽的方式，即镜筒组件包括内镜筒7、外镜筒8、透镜架9、电机12；内镜筒7位于外镜筒8的内部，第一透镜组1、第二透镜2和第三透镜3分别固定于各自的透镜架9上。内径筒6的相对位置上开设有直线槽10，第二透镜2和第三透镜3对应的透镜架9的两侧均固定有凸轮11，外镜筒8的内表面上开设有与凸轮相配合的凸轮槽；凸轮11穿过直线槽10后伸入至凸轮槽中。所示电机12的输出轴上固定有传动齿轮13，外镜筒8的外表面上固定有外齿圈14，通过外齿圈14与传动齿轮13的啮合传动，电机12可驱使外镜筒8进行转动。在电机12驱使外镜筒8转动的过程中，在凸轮槽对凸轮11的驱动作用和直线槽10对凸轮11的限位作用下，可驱使第二透镜2和第三透镜3沿设定好的凸轮曲线移动，实现激光照明器照明光斑角度的变化。

如图2所示，给出了本实用新型的双波长激光照明器的光学系统示意图，即镜头组件包括从物方到像方沿光轴依次设置的第一透镜组1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，第一透镜组1为胶合透镜，具有正的光焦度，第二透镜2为具有负光焦度的凹透镜，第三透镜3为具有正光焦度的凸透镜，第四透镜4为具有正光焦度的凸透镜，第一透镜组1和第四透镜4相对于系统整体成固定状态，第二透镜2和第三透镜3相对于系统整体成移动状态，使照明器视场角发生改变。

第一透镜组1通过将不同折射率及阿贝数的材料的透镜胶合，负责减少系统的色差。第二透镜2通过其在光轴上的移动实现系统焦距的变化，同时维持像面位置不变。第四透镜4用于补偿剩余的像差，控制系统整体焦距值。镜片对808nm和532nm镀增透膜，系统整体尺寸紧凑，镜片数少，透过率较高。

如表1所示，给出了双波长激光照明器光学件的具体参数

表

由表1可知，第一镜组1胶合镜直径为28mm、厚度10.5mm，前表面曲率半径为32.812mm，胶合面曲率半径20.906mm，后表面为平面；第二透镜2直径为10mm，中心厚度1.5mm，前表面曲率半径为-19.1mm，后表面曲率半径为8.899mm；第三透镜3直径为11mm，中心厚度3mm，前表面曲率半径为14.646mm，后表面曲率半径为-16.685mm；第四透镜4直径为4mm，中心厚度4.229mm，前表面曲率半径为7.965mm，后表面曲率半径为15.929mm；系统光学后截距为3.683mm。

所述双波长激光照明器光学系统总长为80mm，相邻透镜最小间隔3mm，长焦端焦距f1=50mm，短焦端焦距f2=1mm，变倍比f1/f2=50，可搭配芯径为400μm及以下的光纤使用，装配简单，结构紧凑。

如图3所示，给出了双波长激光照明器的色焦移图。色焦移图可以反应光学系统在不同波长的光源下焦点位置的相对变化情况。图3中，纵坐标为光源波长，横坐标为焦点的相对位置。为了实现同时适配两种波长的光源，在设计时对对材料进行优化，针对532nm和808nm进行消色差处理，从图中可以看出，在光源波长由522nm绿光波段向818nm近红外波段的变化过程中，焦点相对于原点的距离先增大后减小，其中在532nm和808nm波长附近，焦点的相对位置接近于原点的位置，说明该光学系统在波长为532nm和808nm的光源下聚焦位置相同，可以同时适配这两种波长的激光，无需额外的调试即可同时对这两个波长的光源起到调整光源发散角的作用。

本实施例所述激光照明器在具有808nm激光照明器功率高、作用距离远的优点的同时，还能起到炫目及警示的作用，有效的减小了系统体积，提高了系统的集成程度。

以上描述的仅是本实用新型的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和替换，属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种双波长激光照明器，其特征在于：包括系统光源、镜头组件和镜筒组件，系统光源包括532nm激光器和808nm激光器，532nm激光器和808nm激光器的光纤尾纤经过光纤合束器耦合进同一根光纤并接入激光照明器中，镜头组件包括从物方到像方沿光轴依次设置的第一透镜组、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜组为胶合透镜，具有正的光焦度，第二透镜为具有负光焦度的凹透镜，第三透镜为具有正光焦度的凸透镜，第四透镜为具有正光焦度的凸透镜，第一透镜组和第四透镜相对于系统整体成固定状态，第二透镜和第三透镜相对于系统整体成移动状态。

2.根据权利要求1所述的双波长激光照明器，其特征在于：耦合后的系统光源光纤连接在光纤连接件上，光纤连接件上开有使系统光源光线通过的透光孔，第四透镜也安装在光纤连接件上。

3.根据权利要求1所述的双波长激光照明器，其特征在于：镜筒组件包括内镜筒、外镜筒、透镜架和电机，内镜筒位于外镜筒内部，第一透镜组、第二透镜和第三透镜分别固定于各自的透镜架上；内镜筒的相对位置上开有直线槽，第二透镜和第三透镜的透镜架的两侧均连接有凸轮，外镜筒的内表面上开有与凸轮相匹配的凸轮槽，凸轮穿过直线槽后伸入至凸轮槽内；电机的输出轴上固定有传动齿轮，外镜筒的外表面上固定有外齿圈，电机通过外齿圈与传动齿轮的啮合传动来驱动外镜筒转动，在电机驱使外镜筒转动的过程中，在凸轮槽对凸轮的驱动作用和直线槽对凸轮的限位作用下，驱使第二透镜和第三透镜沿设定好的凸轮曲线移动，实现激光照明器照明光斑角度的变化。

4.根据权利要求1所述的双波长激光照明器，其特征在于：第一透镜组直径为28mm，厚度为10.5mm，前表面曲率半径为32.812mm，胶合面曲率半径为20.906mm，后表面为平面。

5.根据权利要求1所述的双波长激光照明器，其特征在于：第二透镜直径为10mm，中心厚度1.5mm，前表面曲率半径为-19.1mm，后表面曲率半径为8.899mm。

6.根据权利要求1所述的双波长激光照明器，其特征在于：第三透镜直径为11mm，中心厚度3mm，前表面曲率半径为14.646mm，后表面曲率半径为-16.685mm。

7.根据权利要求1所述的双波长激光照明器，其特征在于：第四透镜直径为4mm，中心厚度4.229mm，前表面曲率半径为7.965mm，后表面曲率半径为15.929mm；系统光学后截距为3.683mm。

8.根据权利要求1所述的双波长激光照明器，其特征在于：所述双波长激光照明器光学系统总长为80mm，相邻透镜最小间隔3mm，长焦端焦距f1=50mm，短焦端焦距f2=1mm，变倍比f1/f2=50。

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