一种大角度变焦透镜组件及其激光照明设备的制作方法

1.本实用新型属于激光照明技术领域，具体涉及一种大角度变焦透镜组件及其激光照明设备。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.现在的社会生活中，对照明补光有需求的场合非常多，比如交通违法监控、车载系统、安全部门、牧场、农场、果园、监狱、边防海防、森林防火、油田油库、大型厂区、生态保护区、能源采矿、水利电力、机场港口、行政执法、渔政海监等需要进行夜间监控的场所都有照明补光的需求。
4.照明技术根据光源种类分为泛光照明和激光照明，泛光光源包括各种灯泡，包括led等，泛光照明光源由于发光面大、发光角度大，无法进行远距离的传输，一般应用于照明距离较短的场合。激光照明即用激光光源进行照明，具体分为可见光激光照明和红外激光照明。现有激光照明技术中，存在以下几个问题：1、由于激光的相干特性，激光直接投射到需要照明的物体上会产生严重的散斑，造成红外夜视镜头拍摄到的物体图像呈现较强的颗粒感，像质不够细腻；2、由于一般激光照明光斑为高斯型，能量中间强，边缘弱，物体细节分辨能力较差；3、夜视相机靶面几乎都是矩形，而照明光斑是圆形，如果不对照明光斑加以整形就用其成像照明，会有相当大的一部分能量被浪费掉；4、市面照明器具大部分是定焦补光镜头，只能对特定距离处的物体进行照明，无法动态跟踪移动的物体。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷，本实用新型提供一种大角度变焦透镜组件及采用该组件的激光照明设备，
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。
7.一种大角度变焦透镜组件，包括：
8.准直透镜组，用于将光束准直；
9.液晶匀化片，用于将入射激光的光场进行光场微分；
10.变焦移动透镜组，用于将液晶匀化片微分的光场进行积分叠加，积分叠加后的光场各个方向是均匀的；
11.变焦固定透镜组；
12.所述准直透镜组、液晶匀化片、变焦移动透镜组和变焦固定透镜组依次设置。.
13.本实用新型还提供一种激光照明设备，包括激光发射器模组、大角度变焦透镜组件和用于安装激光发射器模组和大角度变焦透镜组件的壳体，大角度变焦透镜组件包括依次设置的准直透镜组、液晶匀化片、变焦移动透镜组和变焦固定透镜组。
14.对上述技术方案的进一步描述，所述激光发射器模组包括vcsel（垂直腔面发射激光器）芯片，所述vcsel芯片设置在所述壳体的后端。
15.对上述技术方案的进一步描述，所述壳体内设有准直镜筒，所述准直镜筒设置在所述vcsel芯片的前方，所述准直透镜组安装在所述准直镜筒内，所述准直透镜组的前焦面位于vcsel芯片的发光表面，用于将激光光束准直。
16.对上述技术方案的进一步描述，所述液晶匀化片也设置在所述准直镜筒上。
17.对上述技术方案的进一步描述，所述壳体内设有变焦镜架和出射镜筒，所述变焦镜架和出射镜筒依次设置在所述准直镜筒的前方，所述变焦移动透镜组安装在所述变焦镜架上并与一微型电机电连接，所述变焦固定透镜组安装在所述出射镜筒上。
18.对上述技术方案的进一步描述，所述变焦镜架上设有所述微型电机的限位器，所述限位器包括挡片和光电限位开关。
19.对上述技术方案的进一步描述，所述激光照明设备还包括驱动电路板，所述驱动电路板与所述vcsel芯片和微型电机均电性连接。
20.对上述技术方案的进一步描述，所述壳体上设有散热器，所述散热器位于所述vcsel芯片的后方并贴近所述vcsel芯片。
21.对上述技术方案的进一步描述，所述壳体表面开设有若干个散热孔。开孔利于空气对流，为整个装置散热。
22.1、本实用新型提供的激光照明装置可配合相机同步变焦，在夜间对动态目标进行跟踪；
23.2、由于vcsel天然的消相干特性，采用vcsel芯片做光源可显著抑制激光散斑，使相机采集到的补光图像更加细腻；
24.3、通过引入液晶匀化片，可根据相机靶面的大小定制与之视场完全匹配的补光光场，有效避免能量浪费；而且，液晶匀化片将照明光场匀化，出射的光斑投射到远场更加均匀，可使相机夜间对物体细节分辨率更高，通过定制匀化片，本激光照明装置出射的光斑能够适应市面上所有不同的相机视场；本实用新型采用液晶匀化片（基底厚度0.5mm），较其他折射型的匀化片更为轻薄。
25.4、本实用新型提供的激光照明装置投射距离更远，更易实现调谐。
附图说明
26.图1是具体实施例中变焦透镜组件的示意图；
27.图2是具体实施例中激光照明装置的结构示意图；
28.图3是具体实施例中激光照明装置的剖面示意图；
29.其中：0-被照明物体，1-外壳，2-驱动电路板，3-微型电机，4-散热风扇，5-vcsel（垂直腔面发射激光器）芯片模组，6-准直透镜组，7-变焦移动透镜组，8-变焦固定透镜组，9-准直镜筒，10-变焦镜架，11-出射镜筒，12-光电限位开关，13-液晶匀化片，14-透气孔，15-挡片。
实施例
30.以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.如图1所示，本具体实施例大角度变焦透镜组件包括依次设置的准直透镜组6、液晶匀化片13、变焦移动透镜组7和变焦固定透镜组8。
32.激光光源发出的高斯光斑经过准直透镜组6准直后，入射到液晶匀化片13。液晶匀化片13由许多微小的液晶平面透镜组成，它们的焦距和轮廓形状一致，平面透镜的轮廓决定了最后投射到被照明物体0上的光场的轮廓，可通过定制匀化片使其与相机视场一致。液晶匀化片13对入射激光光场的调控称为光场微分，变焦移动透镜组7可以将匀化片微分的光场在其后焦面位置进行积分叠加，积分叠加后的光场各个方向是均匀的。在变焦移动透镜组7的后焦面位置的积分光场作为变焦固定透镜组8的物，变焦移动透镜组7通过改变位置形成对变焦固定透镜组8来说移动的物，从而形成远场不同位置的均匀照明。整个变焦透镜组（包括变焦移动透镜组7和变焦固定透镜组8）焦距变化的范围越大，其可补光的距离范围越宽。
33.本具体实施例的激光照明装置如图2-3所示，该激光照明装置包括立方体状的铝制外壳1、驱动电路板2、微型电机3、散热器4、vcsel（垂直腔面发射激光器）芯片模组5、准直透镜组6、变焦移动透镜组 7、变焦固定透镜组 8、准直镜筒9、液晶匀化片13、变焦镜架10、出射镜筒11和光电限位开关12。
34.铝制外壳1表面开设有许多透气孔，为整个照明装置提供支撑和散热必须的空气对流。
35.散热器4设置在铝制外壳1内最后端，散热器4带有散热风扇，散热风扇与设置于其上方的驱动电路板2电连接。在其他具体实例中，也可以采用其他模式的散热器，比如散热翅片等。
36.vcsel芯片模组5位于散热器4的前方，并紧贴在散热器4上，便于散热器将vcsel芯片工作时产生的热量及时散去。驱动电路板2 与vcsel芯片模组5与电连接，为vcsel芯片提供动力和控制。
37.准直镜筒9设置在vcsel芯片的前方，准直透镜组6安装在准直镜筒9里，准直透镜组6的前焦面位于vcsel芯片的发光表面，用于将光束准直。液晶匀化片13安装在准直镜筒9的右端面。
38.变焦镜架10设置在准直镜筒9的前方，变焦移动透镜组7安装于变焦镜架10上，并受设置于准直镜筒9 上方的微型电机3驱动，微型电机3由驱动电路板2提供动力和控制。变焦镜架10下方设有挡片15，挡片15与光电限位开关12配合检测变焦镜架10的移动极限位。出射镜筒11设置在外壳1的前端，变焦固定透镜组8安装于出射镜筒11中。变焦移动透镜组7和变焦固定透镜组8共同组成变焦透镜组。
39.驱动电路板2控制微型电机3带动变焦移动透镜组7移动对系统进行变焦，从而改
变从出射镜筒11出射光的角度。
40.驱动电路板2可根据出射的角度同步调整vcsel芯片模组5的发光功率和散热风扇的转速，以匹配不同距离的照明能量要求并保证散热良好。
41.显然，以上仅为本实用新型的部分实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有前述各种技术特征的组合和变型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，对本实用新型的改进、变型、等同替换，或者将本实用新型的结构或方法用于其它领域以取得同样的效果，都属于本实用新型包括的保护范围。

技术特征：
1.一种大角度变焦透镜组件，其特征在于：包括准直透镜组，用于将光束准直；液晶匀化片，用于将入射激光的光场进行光场微分；变焦移动透镜组，用于将液晶匀化片微分的光场进行积分叠加，积分叠加后的光场各个方向是均匀的；变焦固定透镜组；所述准直透镜组、液晶匀化片、变焦移动透镜组和变焦固定透镜组依次设置。2.一种激光照明设备，其特征在于：包括激光发射器模组、大角度变焦透镜组件和用于安装激光发射器模组和大角度变焦透镜组件的壳体，大角度变焦透镜组件包括依次设置的准直透镜组、液晶匀化片、变焦移动透镜组和变焦固定透镜组。3.根据权利要求2所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述激光发射器模组包括vcsel芯片，所述vcsel芯片设置在所述壳体的后端。4.根据权利要求3所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述壳体内设有准直镜筒，所述准直镜筒设置在所述vcsel芯片的前方，所述准直透镜组安装在所述准直镜筒内，所述准直透镜组的前焦面位于vcsel芯片的发光表面。5.根据权利要求4所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述液晶匀化片也设置在所述准直镜筒上。6.根据权利要求5所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述壳体内设有变焦镜架和出射镜筒，所述变焦镜架和出射镜筒依次设置在所述准直镜筒的前方，所述变焦移动透镜组安装在所述变焦镜架上并与一微型电机电连接，所述变焦固定透镜组安装在所述出射镜筒上。7.根据权利要求6所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述变焦镜架上设有所述微型电机的限位器，所述限位器包括挡片和光电限位开关。8.根据权利要求6所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述激光照明设备还包括驱动电路板，所述驱动电路板与所述vcsel芯片和微型电机均电性连接。9.根据权利要求8所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述壳体上设有散热器，所述散热器位于所述vcsel芯片的后方并贴近所述vcsel芯片。10.根据权利要求2所述的一种激光照明设备，其特征在于：所述壳体表面开设有若干个散热孔。

技术总结
本实用新型提供一种大角度变焦透镜组件，包括准直透镜组、液晶匀化片、变焦移动透镜组和变焦固定透镜组，所述准直透镜组、液晶匀化片、变焦移动透镜组和变焦固定透镜组依次设置。本实用新型还提供一种激光照明设备，包括激光发射器模组、大角度变焦透镜组件和用于安装激光发射器模组和大角度变焦透镜组件的壳体，大角度变焦透镜组件包括依次设置的准直透镜组、液晶匀化片、变焦移动透镜组和变焦固定透镜组。采用该透镜组件的激光照明装置，能够在夜间对动态目标进行跟踪并显著抑制激光散斑，使相机采集到的补光图像更加细腻，出射的光斑投射到远场更加均匀。光斑投射到远场更加均匀。光斑投射到远场更加均匀。


技术研发人员：邹志新 范颖超 李晓春
受保护的技术使用者：长沙麓邦光电科技有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/8/26