CN105589206A - 一种激光补光装置及其光照控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光补光装置及其光照控制方法，所述装置包括：激光器、第一透镜装置、匀化片、第二透镜装置；激光器、第一透镜装置、匀化片、及第二透镜装置依次设置在同一光轴上，第二透镜装置沿光轴可前后移动；匀化片通过一直流无刷电机驱动进行周期性转动；所述装置还增加一转速调节控制模块，用于根据光线的强弱变化进而调整所述直流无刷电机的转速。本发明光能利用率高，通过正透镜或正透镜组前后移动可连续调节光照角度，基本满足摄像机的补光需求，同时通过周期性转动的匀化片使激光匀化消除散斑，使摄像机摄录的图像清晰，同时增加转速调节控制模块，可使补光装置更稳定可靠，更能匹配摄像机在不同光线强度下的补光要求。

Description

一种激光补光装置及其光照控制方法

技术领域

本发明涉及红外激光夜间补光技术领域，尤其涉及的是一种激光补光装置及其光照控制方法。

背景技术

激光补光技术应用于安防监控领域是较为创新的一门技术，激光作为补光光源具有发射距离远、亮度强、寿命长、效率高、光衰小、能耗低等优势，特别适合于中、长远距离的监控成像领域，如在化工、森林、海关、边防等行业应用领域，特别是在平安城市、平安交通等安防监控领域。随着激光补光技术的发展，对照明质量的要求也越来越高。目前市场上采用的激光补光方法都有光能利用率不高、补光远近角度难以兼顾调节、补光效果差、补光装置稳定可靠性不足等弊端。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光补光装置及其光照控制方法；实现了光能利用率高、光照角度可连续调节，提高了补光装置的稳定性，又改善了补光效果。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种激光补光装置，其设置包括一用于发射激光的激光器，其中，还包括：

设置在所述激光器前方的用于把所述激光器发出的激光束进行聚焦的第一透镜装置；

设置在所述第一透镜装置前方的匀化片；

以及设置在所述匀化片前方的第二透镜装置；

所述激光器、第一透镜装置、匀化片、及所述第二透镜装置依次设置在同一光轴上，且所述第二透镜装置沿所述光轴可前后移动；所述匀化片通过一直流无刷电机驱动而进行周期性转动；

其中，所述激光补光装置，其还包括一转速调节控制模块，用于根据光线的强弱变化进而调整所述直流无刷电机的转速。

其还包括，设置在第二透镜装置光路前方的一负透镜，所述负透镜与所述第二透镜装置设置在同一光轴上。

所述直流无刷电机转速调整区间为1000-30000转/分钟。

所述激光器为半导体激光器。

所述半导体激光器为单芯片发光的激光器，所述单芯片发光的激光器光功率范围为2-20瓦。

所述第一透镜装置为起聚焦作用的平凸透镜、双凸透镜、非球面镜或自聚焦透镜。

所述匀化片为毛玻璃、微透镜阵列或复眼透镜。

所述匀化片的位置在所述短焦聚焦透镜聚焦激光束的汇聚处，且激光束在所述光束分割器上汇聚的光斑大小小于2.5mm×2.5mm。

所述第二透镜装置为正透镜或正透镜组。

所述正透镜包括平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、非球面镜或自聚焦透镜；所述正透镜组为平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、非球面透镜、自聚焦透镜中至少两个的组合。

一种如上述任一项所述的激光补光装置光照控制方法，其特征在于，所述方法包括：

激光器发出的激光束经第一透镜装置后，激光束被汇聚到进行周期性转动的匀化片上面，激光束在所述匀化片上汇聚的光斑大小小于2.5mm×2.5mm，激光束被周期性转动的匀化片匀化散射；通过第二透镜装置沿光轴移动时，调节装置光照角度；同时通过转速调节控制模块根据光线的强弱变化进而调整直流无刷电机的转速。

有益效果：本发明所提供的一种激光补光装置及其光照控制方法，相较于现有技术，本发明采用了创新的方法，使得激光能量的利用效率大大得到提高，并且可实现连续调节光照角度，通过周期性转动的匀化片使激光器照射出的激光快速匀化散射，保证明暗亮度区域的均匀照射，使本发明激光补光装置应用于摄像机能彻底消除摄录图像中的激光散斑，并且使图像成像更加稳定、清晰。同时增加转速调节控制模块，可使补光装置更稳定可靠，更能匹配摄像机在不同光线强度下的补光要求。

附图说明

图1是本发明激光补光装置的第一较佳实施例中的光路组成示意图。

图2是本发明激光补光装置的第二较佳实施例中的光路组成示意图。

图3是本发明激光补光装置的第三较佳实施例中的光路组成示意图。

图4是本发明激光补光装置的激光准直出射的光路示意图。

图5是本发明激光补光装置的激光发散出射的光路示意图。

图6是本发明激光补光装置的的光学部件位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对目前采用的激光补光方法中激光利用率不高、补光远近角度难以兼顾调节、激光匀化性差导致摄像图像质量差等弊病，本发明提供一种激光补光装置。参见图1或图2所示，所述装置包括：激光器A、第一透镜装置B、匀化片C、第二透镜装置D；

所述激光器A、第一透镜装置B、匀化片C、及所述第二透镜装置D依次设置在同一光轴上，

所述第二透镜装置D沿所述光轴可前后移动；

所述匀化片C通过一直流无刷电机驱动而进行周期性转动；其中，所述装置还包括一转速调节控制模块，用于根据光线的强弱变化进而调整所述直流无刷电机的转速。

参见图1或图2所示，其中A是激光器，优选为半导体激光器，包括激光二极管、带光纤输出的激光二极管等，用于发射激光。进一步地，所述半导体激光器为单芯片发光的激光器，所述单芯片发光的激光器光功率范围为2-20瓦。采用2-20瓦较大光功率的单芯片激光器发射的红外激光，用于摄像机夜间摄像补光，其有效照明距离远、夜视成像效果较好，彻底解决夜视照明难题，较适用于目前红外夜视监控设备中。

图1或图2所示，B是将激光器A发出的激光束进行汇聚的第一透镜装置，设置于所述激光器A前方，并且所述第一透镜装置B可以为具有对激光起聚焦作用的平凸透镜、双凸透镜、非球面镜或自聚焦透镜，用于将半导体激光器发射的激光激光束进行聚焦。C为设置在所述第一透镜装置前方的匀化片，具体实施时优选为毛玻璃，但也可以为对激光光束起分割匀化作用的微透镜阵列或复眼透镜等，匀化片用于对所述第一透镜装置B聚焦的激光束进行散射匀化处理，以使补光均匀照射。本发明激光补光装置中，在匀化片C之前设置第一透镜装置B，使激发束先汇聚，可以使光能利用率更高。

进一步地，本发明激光补光装置还包括，设置在所述匀化片C前方的第二透镜装置D(如图1或图2所示)，所述的第二透镜装置D用于将经过匀化片C匀化后的激光束进行调节光照角度，以满足不同情况下激光补光光照角度需求。第二透镜装置D为聚焦正透镜或正透镜组。图1中所示，当第二透镜装置D为聚焦正透镜时，可以为具有聚焦作用的平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、非球面镜或自聚焦透镜等。当第二透镜装置D为正透镜组时，正透镜组可以为平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、非球面透镜、自聚焦透镜中至少两个的组合。本发明具体实施时，优选地，所述正透镜组包括依次设置的凹凸透镜和双凸透镜（图2所示）。

在本发明另一实施例中，在所述第二透镜装置前方还设置一用于激光扩散的负透镜E，使本发明补光装置照射范围更广。本发明具体实施时，负透镜E优选为双凹透镜（参见图3所示）。

本发明激光补光装置中所述第二透镜装置D在激光传导方向的光轴上可实现前后移动，具体的可以是将微型马达（图中未标出）通过结构件连接所述第二透镜装置D，通过马达输出轴旋转带动驱动第二透镜装置D远离或靠近所述匀化片C；从而使发射出去的激光束可连续调节光照角度，实现激光准直或扩散。

本发明激光补光装置中所述匀化片C通过一直流无刷电机驱动而进行周期性转动；其中，所述装置还包括一转速调节控制模块，用于根据光线的强弱变化进而调整所述直流无刷电机的转速。通过微型电机驱动匀化片C进行周期性转动，基本消除激光散斑，使任意补光区域的光亮度变得均匀，解决激光散斑导致的图像不清晰的缺陷。

其中，从监控摄像设备拍摄时间长、拍摄稳定性要求高的角度考虑，本发明采用体积小、重量轻、稳定性好、使用寿命达10000小时以上的微型直流无刷电机，驱动匀化片C进行周期性转动，满足长时间工作的需求；所述匀化片C可通过连接件与直流无刷电机的转子输出轴连接，使得电机启动后能通过其输出轴带动所述匀化片C进行周期性转动。并且，进一步地，本发明激光补光装置中还包括一转速调节控制模块，用于根据光线的强弱变化进而调整所述直流无刷电机的转速。在监控摄像过程中，为了提高图像拍摄清晰度，一般将电子快门速度设置为自动适应环境光强度。特别是在夜间监控拍摄时，快门速度适应光线较弱的环境适应性调慢，既提高了拍摄清晰度，又降低了摄像机和激光补光装置能耗。因而，本发明中设置转速调节控制模块调整电机转速，能使本发明的激光补光装置应用于摄像机的适用范围更广，无论处于何种拍摄环境，使匀化片都能根据不同环境光强度需要自适应调整转动的周期，从而在匀化片周期性转动实现消除激光相干性所产生的摄录图像中激光散斑缺陷现象后，还使无论处于何种环境下的拍摄图像更加清晰，极大提升了本发明激光补光装置在摄像领域的应用范围。

进一步地，本发明中，还可以将所述直流无刷电机转速控制在1000~30000转/分范围内，当电机转速在1000~30000转/分范围内，本发明补光效果较佳，使得图像能更加清晰、稳定。

进一步地，匀化片C的位置可以安置在所述第一透镜装置B聚焦激光束的汇聚处，如图4或图5所示。由半导体激光器A发出的激光束经第一透镜装置B后，激光束被汇聚到匀化片C上面，通过以上设置能使匀化片C上的激光点重新发射激光束，从而可以看作成新的激光光源；并且可进一步地控制激光束在匀化片C上面汇聚的光斑大小小于2.5mm×2.5mm，光斑越小，越有利于激光照射得更加均匀、以及消减边缘光毛边。

当第二透镜装置D沿光轴前后移动时，匀化片与第二透镜装置的相对距离发生变化，因而其光照角度随第二透镜装置D的位置变化而同步变化。可以使半导体激光器发射的激光的照明角度可调节，消除现有激光器照射距离受限导致难以将激光照明发挥应用于中远距离照明的优势。

譬如，如图4所示，将所述正透镜或正透镜组D远离匀化片C端，激光处于小角度（远角）出射状态；远角照明，适应于远距离补光。又譬如图4所示，将所述正透镜或正透镜组D靠近匀化片C端，装置处于大角度（近角）出射状态；近角照明，适应于近距离补光。

进一步地，参见图6所示，为本发明激光补光装置的光学部件位置示意图，图中S是激光器A所在位置；L1是第一透镜装置B所在，其焦距为f1；G是匀化片C所在位置，L2是第二透镜装置D所在位置，其焦距为f2。其中，S-L1表示激光器A到第一透镜装置B的距离；L1-G表示第一透镜装置B与匀化片C间的距离；L2-G表示第二透镜装置D与匀化片C间的距离。

本发明具体实施时，

当满足条件条件：

，并且时，

此时，第一透镜装置B将激光束聚焦在匀化片C表面，并由第二透镜装置D准直输出，产生远角照明。若继续移动第二透镜装置D使其靠近匀化片C时，光照角度逐步扩大，从而产生近角照明的效果。因而，可根据实际对第二透镜装置D、匀化片C与第一透镜装置B的相对位置参数进行设计，理论上可满足所有摄像机的补光要求，同时所有光学部件距离较近，故光能损耗较低。

在本发明的激光补光装置的光照控制方法的较佳实施例中，所述匀化片的位置在所述短焦聚焦透镜聚焦激光束的汇聚处，且激光束在所述光束分割器上汇聚的光斑大小小于2.5mm×2.5mm。匀化片上的光斑可看作新的光源，激光通过周期性转动的匀化片被快速匀化散射；当所述第二透镜装置沿光轴移动时，在匀化片与所述第二透镜装置的相对距离发生变化；其光照角度随第二透镜装置的位置变化而同步变化。

这样就可以消除摄像机摄录图像中的激光散斑，实现激光均匀补光，并使得激光能量的利用效率大大提高，补光范围更广，大小角度照明满足了摄像机在各种拍摄环境下的要求。

本发明的激光补光装置的另一实施例，如图3所示，本实施例的激光补光装置除了包括上述实施例的结构还包括：设置在第二透镜装置光路后方的一负透镜E，所述负透镜E与所述第二透镜装置设置在同一光轴上。

如图3所示的本实施例的激光补光装置的光路原理，本包括一激光器A，用来发射激光；发射出的激光通过一短焦透镜B进行汇聚，并在该短焦透镜B的焦点前后设置一匀化装置C；在该匀化装置C后设置所述第二透镜装置D（如正透镜组）以及一负透镜E组成的结构，激光经过该两个透镜，形成一定的补光范围。本实施例将正透镜组设置负透镜E的前方，并且设置正透镜组可以前后移动，从而形成可调整出光角度的照明装置，该出光角度的调整可以实现本发明照明装置补光范围的调整。

本发明所提供的激光补光装置，相较于现有技术，本发明采用了创新的方法，使得激光能量的利用效率大大得到提高，通过周期性转动的匀化片使激光器照射出的激光迅速匀化，保证明暗亮度区域的均匀照射，并且可实现连续调节光照角度，使本发明激光补光装置应用于摄像机能彻底消除摄录图像中的激光散斑，并且使图像成像更加稳定、清晰。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种激光补光装置，其设置包括一用于发射激光的激光器，其特征在于，还包括：

设置在所述激光器前方的用于把所述激光器发出的激光束进行聚焦的第一透镜装置；

设置在所述第一透镜装置前方的匀化片；

以及设置在所述匀化片前方的第二透镜装置；

所述激光器、第一透镜装置、匀化片、及所述第二透镜装置依次设置在同一光轴上，且所述第二透镜装置沿所述光轴可前后移动；所述匀化片通过一直流无刷电机驱动而进行周期性转动；

其中，所述激光补光装置，其还包括一转速调节控制模块，用于根据光线的强弱变化进而调整所述直流无刷电机的转速。

2.根据权利要求1所述的激光补光装置，其特征在于，其还包括，设置在第二透镜装置光路前方的一负透镜，所述负透镜与所述第二透镜装置设置在同一光轴上。

3.根据权利要求1所述的激光补光装置，其特征在于，所述直流无刷电机转速调整区间为1000~30000转/分钟。

4.根据权利要求1所述的激光补光装置，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。

5.根据权利要求4所述的激光补光装置，其特征在于，所述半导体激光器为单芯片发光的激光器，所述单芯片发光的激光器光功率范围为2-20瓦。

6.根据权利要求1所述的激光补光装置，其特征在于，所述第一透镜装置为起聚焦作用的平凸透镜、双凸透镜、非球面镜或自聚焦透镜。

7.根据权利要求1所述的激光补光装置，其特征在于，所述匀化片为毛玻璃、微透镜阵列或复眼透镜。

8.根据权利要求1所述可连续调节光照角度的红外激光补光装置，其特征在于，所述匀化片的位置在所述短焦聚焦透镜聚焦激光束的汇聚处，且激光束在所述光束分割器上汇聚的光斑大小小于2.5mm×2.5mm。

9.根据权利要求1所述的激光补光装置，其特征在于，所述第二透镜装置为正透镜或正透镜组。

10.根据权利要求9所述的激光补光装置，其特征在于，所述正透镜包括平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、非球面镜或自聚焦透镜；所述正透镜组为平凸透镜、双凸透镜、凹凸透镜、非球面透镜、自聚焦透镜中至少两个的组合。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的激光补光装置光照控制方法，其特征在于，所述方法包括：

激光器发出的激光束经第一透镜装置后，激光束被汇聚到进行周期性转动的匀化片上面，激光束在所述匀化片上汇聚的光斑大小小于2.5mm×2.5mm，激光束被周期性转动的匀化片匀化散射；通过第二透镜装置沿光轴移动时，调节装置光照角度；同时通过转速调节控制模块根据光线的强弱变化进而调整直流无刷电机的转速。