CN219533581U - 一种矩形激光照明模组 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光辅助照明技术领域，尤其是涉及一种矩形激光照明模组，包括调光组件和光源组件，光源组件发出的光束被调光组件接收并调制，光源组件包括光源、准直镜和设置于光源出光口位置的光纤，光纤的出光面为正方形，正方形的一组对边沿第一方向设置，准直镜设置于光纤远离光源的一端；调光组件包括第一整形棱镜组和变倍镜头组，第一整形棱镜组用于将输入的光束在第一方向进行拉伸或压缩，变倍镜头组用于将光束放大。本申请可以输出矩形激光光束，更加适配监视器的屏幕形状，兼顾了激光的能量利用率和显示屏的视野照明度。

Description

一种矩形激光照明模组

技术领域

本申请涉及激光辅助照明技术领域，尤其是涉及一种矩形激光照明模组。

背景技术

随着半导体红外激光技术的发展，安防监控系统实现了远距离全天候监控事物，监控系统中的激光照明器通常采用的是不可见红外激光，由于其隐蔽性更强，不可见红外激光照明器在安防监控上得到了广泛的应用。

目前，激光照明系统产生的光束，横截面大多为圆形，而绝大多数监控系统采用的是矩形显示屏，不管是曾经的4：3长宽比，还是近年兴起的16:9长宽比，都与圆形光束的激光照明系统存在接洽困难的问题：要么为了确保能量的利用率，牺牲一部分的视野；要么增大能量输入以保证视野的全覆盖，但这会导致大量的能量浪费。

以16:9的宽屏显示器进行计算，为了保证激光能量不浪费，设定圆形光斑的直径为其视野的宽边长时，其对显示器视野的覆盖率为44.17%；而为了使光斑100%覆盖视野，设定圆形光斑直径为视野的对角线时，能量的浪费率达到了216.18%。

因此，亟需一种矩形激光照明模组，以解决现有激光照明器和矩形显示屏不匹配，激光的能量利用率和显示屏视野照明度难以兼顾的问题。

实用新型内容

为了兼顾激光的能量利用率和显示屏的视野照明度，本申请提供一种矩形激光照明模组。

本申请提供的一种矩形激光照明模组采用如下的技术方案：

一种矩形激光照明模组，包括调光组件和光源组件，所述光源组件发出的光束被所述调光组件接收并调制，所述光源组件包括光源、准直镜和设置于所述光源出光口位置的光纤，所述光纤的出光面为正方形，所述正方形的一组对边沿第一方向设置，所述准直镜设置于所述光纤远离所述光源的一端；所述调光组件包括第一整形棱镜组和变倍镜头组，所述第一整形棱镜组用于将输入的光束在所述第一方向进行拉伸或压缩，所述变倍镜头组用于将光束放大。

通过采用上述技术方案，所述矩形激光照明模组可以输出长宽比可调的矩形激光。

优选的，所述光源射出的光束横截面为圆形，所述光纤的入光面为外切于所述圆形的正方形。

通过采用上述技术方案，光源发出的激光光束被光纤的入光面完全接收，从出光面射出的激光光束的横截面为正方形。

优选的，所述光源射出的光束横截面为圆形，所述光纤的入光面为圆形，且其直径大于或等于所述光束横截面，所述光束横截面和所述光纤入光面同心。

通过采用上述技术方案，光源发出的激光光束被光纤的入光面完全接收，从出光面射出的激光光束的横截面为正方形。

优选的，所述变倍镜头组包括依次设置的补偿透镜、变倍透镜以及输出透镜，所述输出透镜设置于所述调光组件的光路末端；所述第一整形棱镜组包括第一棱镜和第二棱镜。

通过采用上述技术方案，第一棱镜和第二棱镜的配合保证从第一整形棱镜组输出的光束依旧是平行光束，只是在第一方向产生了缩放；补偿透镜、变倍透镜、输出透镜的配置，使得变倍镜头组可以对光斑尺寸进行倍数可调的放大。

优选的，所述变倍镜头组设置于所述第一棱镜组的出光路径；所述调光组件还包括变焦镜头组，所述变焦镜头组与所述补偿透镜相对固定，用于调整所述补偿透镜与所述变倍透镜之间的距离。

通过采用上述技术方案，激光在经过第一整形棱镜组后才被放大，以较小的第一棱镜尺寸和第二棱镜尺寸达到了较大的第一方向缩放比；同时，在变焦镜头组的参与下，变倍镜头组内部的结构可以更加灵活地调整，用以调节整体结构尺寸或者达到更大的放大比。

优选的，所述矩形激光照明模组还包括调轴组件，所述调轴组件分别与所述变倍透镜和所述补偿透镜固定连接，用于沿光轴移动所述变倍透镜和所述补偿透镜。

通过采用上述技术方案，在使用过程中可以灵活调整光束的放大比例，调整出光的光斑大小，达到更佳的照明效果。

优选的，所述补偿透镜设置于所述第一整形棱镜组的入光光路，所述变倍透镜设置于所述第一整形棱镜组和所述补偿透镜之间，或所述第一整形棱镜组和所述输出透镜之间。

通过采用上述技术方案，第一整形棱镜组可以设置于变倍透镜组内部，调光组件在其输出光路方向的总长度减小。

优选的，所述变倍镜头组包括依次设置的输入透镜以及输出透镜，所述输入透镜为平凹透镜，所述输出透镜为平凸透镜。

通过采用上述技术方案，变倍透镜组通过最少两个透镜实现了放大光束的效果，精简了结构。

优选的，所述准直镜为弯月透镜、复合透镜以及非球面透镜中的任意一种，所述非球面透镜具有正光焦度，用于对所述光纤输出的光束进行准直。

通过采用上述技术方案，进入调光组件的光束具有更小的发散角，有利于后续调光。

优选的，所述调光组件还包括第二整形棱镜组，所述第二整形棱镜组包括第三棱镜和第四棱镜，用于将输入的光束在第二方向进行拉伸或压缩，所述第二方向为所述正方形另一组对边的方向。

通过采用上述技术方案，第一整形棱镜组和第二整形棱镜组相互配合，对光源组件输出光束的长宽比可以进行更大比例的调整，也降低了畸变。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.可以输出横截面为矩形的激光光束；

2.激光照明模组内部的透镜配置及结构关系可按需灵活调整；

3.输出光束的截面尺寸可通过调轴组件直接调节，无需外接调节镜组。

附图说明

图1是本申请实施例1的矩形激光照明模组的功能模块示意图；

图2是本申请实施例1的光源组件和调光组件沿光路折射面的剖面图；

图3是本申请实施例1的光源组件的结构示意图；

图4是本申请实施例1的调光组件沿光路折射面的剖面图；

图5是本申请实施例1的第一棱镜的光路图；

图6是本申请实施例2的调光组件的结构示意图；

图7是本申请实施例2的第三棱镜的光路图；

图8是本申请实施例3的调光组件沿光路折射面的剖面图；

图9是本申请实施例4的调光组件沿光路折射面的剖面图；

图10是本申请实施例5的调光组件沿光路折射面的剖面图。

附图标记说明：11、第一整形棱镜组；111、第一棱镜；112、第二棱镜；12、变倍镜头组；121、补偿透镜；122、变倍透镜；123、输出透镜；124、输入透镜；13、变焦镜头组；14、第二整形棱镜组；141、第三棱镜；142、第四棱镜；21、光源；22、光纤；23、准直镜。

具体实施方式

以下结合附图1-10对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种矩形激光照明模组。

实施例1

参照图1，矩形激光照明模组包括光源组件、调光组件、调轴组件和电源组件。

光源组件用于激光的发生，调光组件和调轴组件用于对光源组件发出的激光进行形状与尺寸的调整，电源组件用于对矩形激光照明模组进行供能。

参照图2，激光光束从光源21出射，依次经过光纤22、准直镜23、变焦镜头组13、补偿透镜121、变倍透镜122以及输出透镜123。

参考图3，光源组件包括光源21、光纤22和准直镜23。光纤22的入光面和出光面均为正方形，其中的一组对边沿第一方向设置，且其轴向沿光束传播方向设置；光纤22的入光面与光源21连接，且入光面外切于光源21发的光束；光纤22的出光面与准直镜23连接，准直镜23为具有正光焦度的非球面镜，也可为弯月透镜或复合透镜中的任意一种。

在本申请的另一个实施例中，光纤22的入光面被加工为圆形，出光面同实施例1，光源21发出的光束，横截面为略小于光纤22入光面的圆形，且光束的光轴穿过光纤22入光面的圆心。

参考图4，调光组件包括第一整形棱镜组11和变倍镜头组12、变焦镜头组13，变倍镜头组12设置于第一整形棱镜组11远离光源组件的一侧。

第一整形棱镜组11包括沿第一方向设置的第一棱镜111和第二棱镜112，第一棱镜111的出光面与其出光光路垂直，第二棱镜112的出光面与其出光光路垂直。

变倍镜头组12包括依次设置的补偿透镜121、变倍透镜122以及输出透镜123，输出透镜123设置于整个调光组件的光路末端，变倍镜头组12中的所有透镜沿同一光轴设置。

变焦镜头组13和补偿透镜121相对固定，设置于补偿透镜121的入光侧或出光侧，用于调节光束发散角以调整补偿透镜121和变倍透镜122之间的距离，其形状可以是凸透镜、凹透镜或复合透镜，具体形状可根据需求选配。

调光组件中的各个透镜由材质均匀的玻璃制成，表面均镀有增透膜。

调轴组件分别与变倍透镜122和补偿透镜121固定连接，用于沿光轴移动变倍透镜122和补偿透镜121；调轴组件与电源组件电气连接。

在本申请另一个实施例中，调轴组件由使用者手动控制，则不与电源组件电气连接。

实施例1的实施原理为：

光源21产生激光，激光经光纤22耦合变为正方形，激光从光纤22远离光源21的一端射出，经准直镜23调校后，以较小的发散角射入调光组件；经过第一整形棱镜组11，激光光束在且仅在第一方向上拉长，其横截面变为矩形；再经变焦镜头组13和变倍镜头组12调整，以更大的尺寸输出。

参考图5，以第一棱镜111为例说明本实施例的第一整形棱镜组11的调光原理，图中虚线为光路，点划线为入射面的法线，浅色虚线为辅助线。

根据斯涅尔定律，sinθ1*n1=sinθ2*n2,当光从光疏介质射入光密介质时，其入射角与出射角的比例大于1，当光沿法线入射时，其入射角出射角均为0°。

所以，在激光光束入射第一棱镜111时，其入射角θ1大于其出射角θ2，以入射面上的光斑宽度L为参考，入射光束在折射面的宽度d1=L*cosθ1，出射光束在折射面的宽度d2=L*cosθ2，易得d2大于d1。换言之，激光光束入射第一棱镜111时，其在入射平面的宽度增大，即，在第一方向产生拉伸。

而在激光光束从第一棱镜111出射时，因为其传播方向和出射面的法线平行，故传播方向不发生改变，形状与尺寸不发生变换。

第二棱镜112的调光逻辑同第一棱镜111，但折射方向相反，用以回调第一棱镜111对光束传播方向的弯折，降低调光组件垂直于光路方向的尺寸。

综上所述，从光源组件发出的激光光束经第一棱镜111和第二棱镜112的调整，沿第一方向拉长后，输出为矩形激光光束。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于：

参照图6，调光组件还包括第二整形棱镜组14。

第二整形棱镜组14设置于第一整形棱镜组11和变倍镜头组12之间，包括沿第二方向设置的第三棱镜141和第四棱镜142，第三棱镜141和第四棱镜142

实施例2的实施原理为：

当激光光束从第一整形棱镜组11输出后，其长宽比受棱镜角度和加工工艺限制，其拉伸比过大时会产生较明显的畸变，而在第一方向上继续拉伸会导致后续的棱镜组尺寸过大，也容易导致激光的失真，所以，设置第二整形棱镜组14，在第一整形棱镜组11的基础上，对激光光束在第二方向进行压缩，得到更大范围的长宽比。

参考图7，以第三棱镜141为例说明本实施例的第二整形棱镜组14的调光原理。

与实施例1相比，本实施例为法线方向入射，与法线成角度出射，相应的，在入射过程不发生折射角的变化，其光束横截面也不变；

而出射时，由于是从光密介质射入光疏介质，其入射角θ1小于其出射角θ2，以入射面上的光斑宽度L为参考，入射光束在折射面的宽度d1=L*cosθ1，出射光束在折射面的宽度d2=L*cosθ2，易得d2小于d1。换言之，激光光束出射第三棱镜141时，其在出射平面的宽度增大，即，在第二方向的尺寸被压缩。

第四棱镜142的调光原理同第三棱镜141，但折射方向相反，用以回调第三棱镜141对光束传播方向的弯折，降低调光组件垂直于光路方向的尺寸。

最终，由本实施例的矩形激光照明模组输出的光束，其横截面长宽比为第一整形棱镜组11的放大比与第二整形棱镜组14的压缩比的乘积。

在本申请另一个实施例中，第一棱镜111的入射光线与入射面垂直，第二棱镜112的入射光线与入射面垂直，第三棱镜141的出射光线与出射面垂直，第四棱镜142的出射光线与出射面垂直。此时，第一整形棱镜组11对光束在第一方向进行压缩，第二整形棱镜组14对光束在第二方向进行拉伸。

实施例3

参考图8，本实施例与实施例1的不同之处在于：

第一整形棱镜组11设置于变倍镜头组12内部，变倍透镜122和输出透镜123之间。

输出透镜123的焦距相比于实施例1更长。

实施例3的实施原理为：

光源组件发出的激光，输入调光组件后，不以平行光输入第一整形透镜组，而是先经过补偿透镜121和后变倍透镜122，在带有一定发散角的情况下射入第一整形棱镜组11，激光光束在第一整形棱镜组11内沿第一方向拉伸的过程中，同时进行发散并扩大其折射面上的发散角，从第一整形棱镜组11射出后，经输出透镜123会聚，以平行光输出。

需要注意的是，光束经过第一整形棱镜组11传播的过程中，其发散角有轻微减小，所以需要更长焦距的输出透镜123将其会聚平行。

实施例4

参考图9，本实施例与实施例1的区别在于：

变倍镜头组12包括依次设置的输入透镜124以及输出透镜123，所述输入透镜124为平凹透镜，所述输出透镜123为平凸透镜。

变倍镜头组12设置于第一整形棱镜组11的出光光路，对第一整形棱镜组11输出的激光光束进行放大。

实施例4的实施原理为：

激光光源21激光光束经第一整形棱镜组11拉伸变为矩形后，射入变倍镜头组12，由输入透镜124进行发散，在激光光束横截面尺寸扩大后，被输出镜头组汇聚为平行光线，最终输出并应用。

在本申请另一个实施例中，在调光组件还包括设置于调光组件的光路的末端的出光准直镜23，出光准直镜23的为弯月透镜或复合透镜中的一种，用于对输出透镜123会聚的激光光束，进行输出前的准直。

实施例5

参考图10，本实施例和实施例4的不同之处在于：

第一整形棱镜组11设置于输入透镜124与输出透镜123之间，输出透镜123的焦距相比于实施例4中的输出透镜123更长。

实施例5的实施原理为：

光源组件发出的激光光束输入调光组件后，不以平行光输入第一整形透镜组，而是先经过输入透镜124后，在带有一定发散角的情况下射入第一整形棱镜组11，激光光束在第一整形棱镜组11内沿第一方向拉伸的过程中，同时进行发散并扩大其折射面上的发散角，从第一整形棱镜组11射出后，经输出透镜123会聚，以平行光输出。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矩形激光照明模组，包括调光组件和光源组件，所述光源组件发出的光束被所述调光组件接收并调制，其特征在于：所述光源组件包括光源（21）、准直镜（23）和设置于所述光源（21）出光口位置的光纤（22），所述光纤（22）的出光面为正方形，所述正方形的一组对边沿第一方向设置，所述准直镜（23）设置于所述光纤（22）远离所述光源（21）的一端；所述调光组件包括第一整形棱镜组（11）和变倍镜头组（12），所述第一整形棱镜组（11）用于将输入的光束在所述第一方向进行拉伸或压缩，所述变倍镜头组（12）用于将光束放大。

2.根据权利要求1所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述光源（21）射出的光束横截面为圆形，所述光纤（22）的入光面为外切于所述圆形的正方形。

3.根据权利要求1所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述光源（21）射出的光束横截面为圆形，所述光纤（22）的入光面为圆形，且其直径大于或等于所述光束横截面，所述光束横截面和所述光纤（22）入光面同心。

4.根据权利要求1所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述变倍镜头组（12）包括依次设置的补偿透镜（121）、变倍透镜（122）以及输出透镜（123），所述输出透镜（123）设置于所述调光组件的光路末端；所述第一整形棱镜组（11）包括第一棱镜（111）和第二棱镜（112）。

5.根据权利要求4所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述变倍镜头组（12）设置于所述第一棱镜（111）组的出光路径；所述调光组件还包括变焦镜头组（13），所述变焦镜头组（13）与所述补偿透镜（121）相对固定，用于调整所述补偿透镜（121）与所述变倍透镜（122）之间的距离。

6.根据权利要求5所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述矩形激光照明模组还包括调轴组件，所述调轴组件分别与所述变倍透镜（122）和所述补偿透镜（121）固定连接，用于沿光轴移动所述变倍透镜（122）和所述补偿透镜（121）。

7.根据权利要求4所述的矩形激光照明模组，其特征在于所述补偿透镜（121）设置于所述第一整形棱镜组（11）的入光光路，所述变倍透镜（122）设置于所述第一整形棱镜组（11）和所述补偿透镜（121）之间，或所述第一整形棱镜组（11）和所述输出透镜（123）之间。

8.根据权利要求1所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述变倍镜头组（12）包括依次设置的输入透镜（124）以及输出透镜（123），所述输入透镜（124）为平凹透镜，所述输出透镜（123）为平凸透镜。

9.根据权利要求1所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述准直镜（23）为弯月透镜、复合透镜以及非球面透镜中的任意一种，所述非球面透镜具有正光焦度，用于对所述光纤（22）输出的光束进行准直。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的矩形激光照明模组，其特征在于：所述调光组件还包括第二整形棱镜组（14），所述第二整形棱镜组（14）包括第三棱镜（141）和第四棱镜（142），用于将输入的光束在第二方向进行拉伸或压缩，所述第二方向为所述正方形另一组对边的方向。