远距离大范围半导体激光照明器变焦装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及半导体激光器的应用技术，特别公开了一种用于远距离大范围半导体激光照明器变焦装置。该远距离大范围半导体激光照明器变焦装置，包括半导体激光器，其特殊之处在于：所述半导体激光器的前端依次设有一整形光学装置、具有正光焦度的薄透镜组，整形后的光源Ｓ位于薄透镜组的光轴上，且与薄透镜组之间的间隔Ｌ满足：０≤Ｌ≤ｆ，其中ｆ为薄透镜组的焦距；所述薄透镜组的下端设有一机械传动机构，机械传动机构连接有电机。本实用新型专利技术提出了一种可以实现照明角度电动控制、大范围变化的半导体激光照明变焦装置，全部光学器件均采用常规的球面透镜，体积小，成本低，实现简单。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体激光器的应用技术，特别是指一种用于远距离大范围半导体激光照明器变焦装置，尤其是激光器用做照明光源时的应用装置。
技术介绍
用半导体激光器作为照明源的装置，其照明角度一般都是固定的，既使设计时留有一定的调节范围，但调节范围都比较小，且是手动的，一旦安装时调节好后，就完全固定死了。专利Z972157018中涉及到的用于铁路机车监视仪的激光照明器，为了看清2000米处景物信号，将照明角度固定的非常小。国内北京高博视讯公司和北京相干光电子公司的激光照明器产品，其照明角度都有一定的调节范围，但在安装时，通过手动调节好后固定死了，在使用过程中是不能随摄像机变焦而变化的。国外Eagle Technology公司的半导体激光照明产品，照明角度在1 °-3°内，只能手动调节。在远近距离比较大的应用场合，固定角度的照明就不太适合了。因为远距离时需要将目标放大，摄像镜头变到长焦，视场小，要求照明角度也比较小，才能有足够的照度；而近距离时需要大视场，摄像镜头变到短焦，要求照明角度也足够大，才能充满整个视场。如果照明角度固定，很容易造成摄像镜头长焦时，照明角度过大，超过视场，目标照度不够；而摄像镜头短焦时，照明角度太小，不能充满视场。专利CN99104568.6中涉及到的用于汽车辅助安全照明的激光照明器，虽然可以通过机械扫描臂驱动照明器整体进行扫描照明，但其扫描速度比较慢，存在阴影区，机械臂结构也不稳定。中国科学院半导体研究所专利技术的用于半导体激光照明的微型变焦结构(专利CN200310118153.8)，可以实现照明角度较大变化，但其使用了特殊的自聚焦透镜，难以降低成本，而且变焦移动范围太小(5mm)，精度要求高，不易实现电动自动控制。对于1000米以上的夜视照明，一个比较合适的照明角度范围应不低于0.5°-20°。一种折衷的解决方法，是提高激光发射功率，将照明角度固定在比较大的值(如10°)，这样既能保证远距离时有足够的照度，近距离时有足够的照明视场。左防等技术的大功率光纤耦合输出的半导体激光照明器(专利CN2005101083653.8)和美国ALS-20激光照明器就是采取这种方式，它们的光输出功率在20W以上，功耗都在60W以上。但这种方式带来的不利因素更多，功耗增大对散热系统和电源要求相当高，否则会影响激光器寿命，其体积和重量也随之增大，不利于安装。还有大功率激光器一般要光纤耦合输出，需要用到微透镜阵列和自聚焦透镜等较昂贵的光学元件，造成其成本非常高。另外在远距离成像时，激光还保持大角度照射，能量浪费严重。
技术实现思路
本技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种可以实现照明角度电动控制、大范围连续变化的远距离大范围半导体激光照明器变焦装置。本技术是通过如下技术方案实现的一种远距离大范围半导体激光照明器变焦装置，包括半导体激光器，其特殊之处在于所述半导体激光器的前端依次设有一整形光学装置、具有正光焦度的薄透镜组，整形后的光源S位于薄透镜组的光轴上，且与薄透镜组之间的间隔L满足0≤L≤f，其中f为薄透镜组的焦距。本技术的远距离大范围半导体激光照明器变焦装置，其进一步改进在于所述薄透镜组的下端设有一带动薄透镜组前后运动的机械传动机构，机械传动机构连接有电机。该机械传动机构可以控制薄透组与激光光源之间间距连续变化，用于控制薄透镜组和半导体激光源相对位置。本技术的远距离大范围半导体激光照明器变焦装置，所述整形光学装置与薄透镜组之间放置一进一步发散光束的凹透镜。本技术的远距离大范围半导体激光照明器变焦装置，所述薄透镜组为单透镜、双胶合透镜或双分离透镜或其它更复杂的薄透镜组。所述机械传动机构为丝杠传动、齿轮齿条传动或凸轮传动或其它传动方式。通过机械电动结构控制薄透镜组和半导体激光源相对位置连续变，从而达到控制照明角度大范围连续变化。其原理如下半导体激光器发出的光束通常为10°(水平)X40°(垂直)左右，通过整形光学装置，将水平和垂直发散角整成基本一致(所需要的角度)。整形后光束经具有正光焦度的薄透镜组角度压缩后，以出射光束出射，出射光角度与距离L相关，L为光源s和透镜之间距离。电机通过机械传动机构将旋转运动转换为直线运动，带动透镜前后运动，调节距离L，从而控制出射光束的出射角度。透镜前后运动过程中，始终保证光源S位于透镜的光轴上，整个光学系统是共轴的。出射光束的角度由整形后光源S的发散角θ、透镜的焦距f、透镜和光源之间的间隔L大小决定。如图2所示，特别的，光源S位于透镜的前点F之内，经透镜后成虚像光源S’，出射光束的角度就是光源S’的发散角θ’。由于激光光源线度很小，可以看成点光源，根据几何光学物像公式，出射光束角度为θ′=2tg-1]]>根据上述公式，当透镜靠近光源S时，L减小，出射光束角度θ’增大，当L减小至0时，出射光束角度θ’等于θ，达到最大。当透镜远离光源S时，L增大，出射光束角度θ’减小。特别的，当L增大到和透镜焦距f相同时，即光源S位于透镜的前焦点F上时，光束发散角达到最小，虽然激光光源很小，但还是有一定的线度，此时不能用上式公式计算，此时的发散角由光源大小和透镜焦距决定，如下式θmin′=2tg-1d2f]]>d为激光光源线度，f为透镜焦距。由上式可以看出f越大，能够达到的最小角度越小。当透镜继续远离光源S，超过焦点F时，发射光束变成会聚了，超出了范围。所以特别要求透镜的在0≤L≤f范围内移动。照明角度变化范围为θ≥θ′≥2tg-1d2f.]]>如最大角度θ不够大，还可以在整形透镜后放置一凹透镜，进一步发散光束。本技术提出了一种可以实现照明角度电动控制，大范围变化的半导体激光照明变焦装置，全部光学器件均采用常规的球面透镜，体积小，成本低，实现简单。附图说明以下结合附图对本技术作进一步的说明。图1、图2为本技术的结构原理示意图；图3为本技术的一种具体实施方式；图4为本技术带凹透镜时的一种具体实施方式。图中，1半导体激光器，2整形光学装置，3整形后光束，4薄透镜组，5出射光束，6电机，7机械传动机构，12双胶合球面透镜，13滤光保护玻璃，14传动丝杠，15直流电机，16镜头套筒，17连接件，18激光器保护外罩，22凹透镜，23单透镜。具体实施方式实施例1如图1所示，半导体激光器1发出的光束通常为10°(水平)X40°(垂直)左右，通过整形光学装置2，将水平和垂直发散角整成基本一致。整形后光束3经具有正光焦度的薄透镜组4角度压缩后，以出射光束5出射，出射光角度与距离L相关，L为光源s和薄透镜组4之间距离。电机6通过机械传动机构7将旋转运动转换为直线运动，带动透镜4前后运动，调节距离L，从而控制出射光束5的出射角度。薄透镜组4前后运动过程中，始终保证光源S位于薄透镜组4的光轴上，整个光学系统是共轴的。实施例2出射光束的角度由整形后光源S的发散角θ、透镜的焦距f、透镜和光源之间的间隔L大小决定。如图2所示，特别的，光源S位于透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远距离大范围半导体激光照明器变焦装置，包括半导体激光器（１），其特征在于：所述半导体激光器（１）的前端依次设有一整形光学装置（２）、具有正光焦度的薄透镜组（４），整形后的光源Ｓ位于薄透镜组（４）的光轴上，且与薄透镜组（４）之间的间隔Ｌ满足：０≤Ｌ≤ｆ，其中ｆ为薄透镜组（４）的焦距。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张超岳，桑建国，赵万存，杨华军，苏明连，王连文，赵敬伟，怀洪波，彭媛，郭栋，
申请(专利权)人：济南神戎电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：88[中国|济南]