CN108181724B - 用于安防夜视的高变倍比激光照明*** - Google Patents
用于安防夜视的高变倍比激光照明*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于安防夜视的高变倍比激光照明***，属于激光照明技术领域，包括垂直腔面阵半导体激光器、散热装置、高变倍比变角装置和控制板，所述高变倍比变角装置包括镜筒、变角组、固定组、第一导向杆、第二导向杆、第一透镜固定架、第二透镜固定架、螺纹压圈和步进电机。本发明由于采用了非相干耦合的匀光技术，彻底消除了由于激光的高相干性引起的干涉条纹和激光散斑，极大提升了近红外激光照明在夜视安防领域的应用效果，使照明光斑更加均匀，夜视摄像***拍摄的图像更加清晰。高变倍比激光照明***实现1.5度到70度连续变角、照明光斑均匀细腻，并且结构简单、照明效率高、安装方便、成本低、安全性好，充分地发挥了激光照明的优势。
Description
技术领域
本发明涉及激光照明技术领域，特别是涉及一种用于安防夜视的高变倍比激光照明***。
背景技术
随着夜视监控技术的发展，红外激光照明技术已广泛应用于安防行业中。目前安防行业绝大部分所采用的半导体激光器存在发散角度大，且远场光斑不均匀，呈现条纹分布等问题。因此，这类半导体激光器在作为光源时需要进行光斑整形和匀化。
目前普遍采用三种方法进行光束整形和匀化，第一种方法是磨砂玻璃匀光法，激光束经过磨砂玻璃，由于磨砂玻璃表面排布着许多微透镜阵列，微透镜阵列对激光光束进行整形、折射后在目标区域内叠加，使激光干涉条纹离散化，但这种方法存在发散角较大、透光率低等问题；第二种方法是磨砂玻璃旋转或振动匀光法，磨砂玻璃旋转(或震动)匀光提高了照明的均匀性，但光能利用率依然很低；第三种方法是光纤传导匀光法，光纤传导匀光法是指光束从光纤入口端耦合进入光纤，光线在光纤内部发生多次全反射并向前传播，出射的光能量相对均匀，但仍有微小的激光散斑，而且光纤耦合效率比较低，导致光纤匀光***的能量效率低，制作成本较高。目前这些光束整形和匀化的方法都无法有效解决边发射半导体激光器存在的发散角度大以及远场光斑不均匀的问题，严重影响激光照明的效果，不利于夜视监控领域的应用和推广。
发明内容
基于此，针对目前安防夜视照明行业采用半导体边发射激光器作为光源时导致图像上呈现斑纹以及照明效果不理想的问题，提供一种用于安防夜视的高变倍比激光照明***。
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
一种用于安防夜视的高变倍比激光照明***，包括垂直腔面阵半导体激光器、散热装置、高变倍比变角装置和控制板，所述高变倍比变角装置包括镜筒、变角组、固定组、第一导向杆、第二导向杆、第一透镜固定架、第二透镜固定架、螺纹压圈和步进电机；
所述散热装置与所述镜筒连接；
所述垂直腔面阵半导体激光器与所述散热装置连接；
在所述垂直腔面阵半导体激光器的激光出射方向上依次设置所述变角组和所述固定组，所述垂直腔面阵半导体激光器的中心轴与所述变角组、所述固定组的光轴同轴；所述第一导向杆与所述第二导向杆相互平行且所述第一导向杆、所述第二导向杆均与所述镜筒的内壁固定连接，所述变角组通过所述第一透镜固定架和第二透镜固定架在所述第一导向杆和所述第二导向杆上沿轴向移动；所述固定组通过螺纹压圈固定在所述镜筒内；
所述步进电机的电机座与所述镜筒固定连接，所述步进电机的输出轴丝杆与所述第一透镜固定架固定连接，且所述步进电机的输出轴丝杆带动所述第一透镜固定架在所述镜筒内滑动；
所述控制板分别与所述垂直腔面阵半导体激光器和所述步进电机连接，所述控制板用于根据夜视摄像***发送的控制指令驱动所述垂直腔面阵半导体激光器和所述步进电机。
上述用于安防夜视的高变倍比激光照明***由于采用了非相干耦合的匀光技术，彻底消除了由于激光的高相干性引起的干涉条纹和激光散斑，极大提升了近红外激光照明在夜视安防领域的应用效果，使照明光斑更加均匀，夜视摄像***拍摄的图像更加清晰，而且本实施例所提出的用于安防夜视的高变倍比激光照明***结构简单、照明效率高、安装方便、成本低、安全性好，充分地发挥了激光照明的优势。
附图说明
图1为本发明用于安防夜视的高变倍比激光照明***的第一剖视图；
图2为本发明用于安防夜视的高变倍比激光照明***中镜筒的第二剖视图；
图3为本发明用于安防夜视的高变倍比激光照明***的原理示意图；
图4为本发明高变倍比变角装置的激光光束发散角为大角度的示意图；
图5为本发明高变倍比变角装置的激光光束发散角为小角度的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，如图1和图2所示，用于安防夜视的高变倍比激光照明***包括垂直腔面阵半导体激光器100、散热装置200、高变倍比变角装置和控制板，其中，高变倍比变角装置包括镜筒310、变角组320、固定组330、第一透镜固定架340、第二透镜固定架350、第一导向杆360、第二导向杆370、螺纹压圈380和步进电机390。由于在同一剖视图中无法同时示出第一导向杆360、第二导向杆370和步进电机390，因此本实施例分别示出包括步进电机390的第一剖视图(图1)和包括第一导向杆360、第二导向杆370的第二剖视图(图2)，以便能够更加清楚地说明本发明的技术方案。
具体地，在本实施例中，散热装置200与镜筒310连接，以使得本发明的结构紧凑。
垂直腔面阵半导体激光器100与散热装置200连接，散热装置200用于为垂直腔面阵半导体激光器100进行散热，从而保证用于安防夜视的高变倍比激光照明***在70℃高温环境中能够正常工作，避免高温对激光照明***造成损伤。本实施例中的垂直腔面阵半导体激光器100由若干个单孔激光器阵列排布构成，每一个单孔激光器发射一束激光，若干束激光共同构成本发明的照明光源。本实施例以垂直腔面阵半导体激光器作为光源，结合高变倍比变角光学***，使其发出的激光光束呈圆形光斑，并且实现均匀照明的效果。
在垂直腔面阵半导体激光器100的激光出射方向上依次设置变角组320和固定组330，垂直腔面阵半导体激光器100的中心轴与变角组320、固定组330的光轴同轴；第一导向杆360和第二导向杆370相互平行，并且第一导向杆360和第二导向杆370均与镜筒310的内壁固定连接，变角组320被第一透镜固定架340和第二透镜固定架350固定，第一导向杆360和第二导向杆370对第一透镜固定架340和第二透镜固定架350进行限位，使得变角组320通过第一透镜固定架340和第二透镜固定架350可在第一导向杆360和第二导向杆370进行沿轴向移动；螺纹压圈380与镜筒310匹配，以实现对固定组330的固定作用。在本发明中，变角组320为双凹透镜，固定组330为弯月透镜，双凹透镜被第一透镜固定架340和第二透镜固定架350固定，螺纹压圈380与镜筒310匹配，以实现对弯月透镜的固定作用。
步进电机390的电机座与镜筒310固定连接，步进电机390的输出轴丝杆与第一透镜固定架340固定连接，并且步进电机390的输出轴丝杆带动第一透镜固定架340在镜筒310内滑动。本实施例中的步进电机390为减速步进电机，有利于进一步提高高变倍比变角装置的自动变角精度。
控制板分别与垂直腔面阵半导体激光器100和步进电机390连接，用于根据夜视摄像***发送的控制指令驱动散热装置200、垂直腔面阵半导体激光器100和步进电机390。本发明所提出的用于安防夜视的高变倍比激光照明***与夜视摄像***同步配合工作，当夜视摄像***检测到当前环境光强小于阈值时，夜视摄像***可以通过无线模块向本发明的激光照明***发送控制指令，本发明的激光照明***的控制板接收到夜视摄像***发送的控制指令后，根据该控制指令驱动垂直腔面阵半导体激光器100和步进电机390，即启动用于安防夜视的高变倍比激光照明***，从而为夜视摄像***提供均匀照明。夜视摄像***发送至激光照明***的控制指令包括设定高变倍比变角装置的激光光束发散角的指令，亦即设定步进电机390转动参数(包括转动方向、转数)的指令，高变倍比变角装置的激光光束发散角的大小由夜视摄像***的视场角决定。
如图3所示为本实施例用于安防夜视的高变倍比激光照明***的原理示意图，本实施例以垂直腔面阵半导体激光器作为照明光源，对垂直腔面阵半导体激光器的出射激光进行扩束、整形以及变角调整后，出射激光投射至被照明目标面，形成目标面高度均匀的照明光斑。本实施例中垂直腔面阵半导体激光器100发射的激光光束进入高变倍比变角装置，该高变倍比变角装置包括一片变角组320、一片固定组330和一个步进电机390，通过步进电机390对变角组320的位置的调整，变角组320和固定组330对激光光束进行扩束、整形以及角度变化调整，调整后的激光光束投射至被照明目标面形成目标面高度均匀的照明光斑，并且由于变角组320搭载上步进电机390，而步进电机390可以带动变角组320在镜筒310内实现连续移动，因此高变倍比变角装置的激光光束发散角可以从1.5度连续变化至70度，使得高变倍比变角装置的激光光束发散角具有较大的变化范围。如图4所示为高变倍比变角装置的激光光束发散角为大角度的示意图，图5所示为高变倍比变角装置的激光光束发散角为小角度的示意图。高变倍比变角装置的准直时最小通光口径可达15mm，匀化了激光能量，提高了激光的安全等级。
上述用于安防夜视的高变倍比激光照明***由于采用了非相干耦合的匀光技术，彻底消除了由于激光的高相干性引起的干涉条纹和激光散斑，极大提升了近红外激光照明在夜视安防领域的应用效果，使照明光斑更加均匀，夜视摄像***拍摄的图像更加清晰，而且本实施例所提出的用于安防夜视的高变倍比激光照明***结构简单、照明效率高、安装方便、成本低、安全性好，充分地发挥了激光照明的优势。
作为一种具体的实施方式，散热装置200包括风扇210和金属散热器220，如图1所示，垂直腔面阵半导体激光器100与金属散热器220连接。在本实施方式中，控制板供电后，风扇210智能温控，当温度达到45度自动启动，风扇210宜选用大风量风扇，以增强散热效果；金属散热器220可采用物理导热散热设计，以使散热装置200达到良好的散热效果；垂直腔面阵半导体激光器100设置在金属散热器220上，高变倍比变角装置与金属散热器220连接，在高变倍比变角装置中，步进电机390带动变角组320沿光轴方向相对垂直腔面阵半导体激光器100连续移动，通过对变角组320的位置调整，实现激光光束发散角在最小值为1.5度、最大值为70度之间的连续变化，从而实现激光照明***的连续变角。实验结果表明，本发明所提出的用于安防夜视的高变倍比激光照明***可彻底消除激光干涉条纹和激光散斑现象，实现能量高度均匀的照明光斑。
作为一种具体的实施方式，控制板还用于接收测试板发送的控制信号，并根据控制信号驱动垂直腔面阵半导体激光器100和步进电机390。本实施方式在用于安防夜视的高变倍比激光照明***可在夜视摄像***的控制下进行自动变角的基础之上，提供了一种同时能够测试用于安防夜视的高变倍比激光照明***的性能的方式，以便于对用于安防夜视的高变倍比激光照明***的调试和维护。本实施方式通过利用与控制板外接的测试板，当测试板向控制板发送控制信号时，即控制板接收到控制信号时，控制板根据控制信号驱动垂直腔面阵半导体激光器100和步进电机390，实现对对激光光束进行扩束、整形以及角度变化调整，以达到对用于安防夜视的高变倍比激光照明***的快速调试和维护。
作为一种具体的实施方式，变角组320和固定组330均镀有增透膜，且增透膜的透过率大于等于99.5％，从而有利于提高本发明用于安防夜视的高变倍比激光照明***的能量利用率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种用于安防夜视的高变倍比激光照明***，其特征在于，包括垂直腔面阵半导体激光器(100)、散热装置(200)、高变倍比变角装置和控制板，所述高变倍比变角装置包括镜筒(310)、变角组(320)、固定组(330)、第一透镜固定架(340)、第二透镜固定架(350)、第一导向杆(360)、第二导向杆(370)、螺纹压圈(380)和步进电机(390)，所述高变倍比变角装置的激光光束发散角的变化范围为1.5度～70度，所述高变倍比变角装置准直时最小通光口径为15mm；
所述散热装置(200)与所述镜筒(310)连接；所述散热装置(200)包括风扇(210)和金属散热器(220)，所述垂直腔面阵半导体激光器(100)与所述金属散热器(220)连接；
所述垂直腔面阵半导体激光器(100)与所述散热装置(200)连接；
在所述垂直腔面阵半导体激光器(100)的激光出射方向上依次设置所述变角组(320)和所述固定组(330)，所述垂直腔面阵半导体激光器(100)的中心轴与所述变角组(320)、所述固定组(330)的光轴同轴；所述第一导向杆(360)与所述第二导向杆(370)相互平行且所述第一导向杆(360)、所述第二导向杆(370)均与所述镜筒(310)的内壁固定连接，所述变角组(320)通过所述第一透镜固定架(340)和第二透镜固定架(350)在所述第一导向杆(360)和所述第二导向杆(370)上沿轴向移动；所述固定组(330)通过螺纹压圈(380)固定在所述镜筒(310)内；
所述步进电机(390)的电机座与所述镜筒(310)固定连接，所述步进电机(390)的输出轴丝杆与所述第一透镜固定架(340)固定连接，且所述步进电机(390)的输出轴丝杆带动所述第一透镜固定架(340)在所述镜筒(310)内滑动；
所述控制板分别与所述垂直腔面阵半导体激光器(100)和所述步进电机(390)连接，所述控制板用于根据夜视摄像***发送的控制指令驱动所述垂直腔面阵半导体激光器(100)和所述步进电机(390)；所述控制板还用于接收测试板发送的控制信号，并根据所述控制信号驱动所述垂直腔面阵半导体激光器(100)和所述步进电机(390)。
2.根据权利要求1所述的用于安防夜视的高变倍比激光照明***，其特征在于，
所述变角组(320)和所述固定组(330)均镀有增透膜，且所述增透膜的透过率大于等于99.5％。
3.根据权利要求1所述的用于安防夜视的高变倍比激光照明***，其特征在于，
所述垂直腔面阵半导体激光器(100)由若干个单孔激光器阵列排布构成。
4.根据权利要求1所述的用于安防夜视的高变倍比激光照明***，其特征在于，
所述步进电机(390)为减速步进电机。
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