专利名称：一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及领域，具体来说，是一种为线阵相机提供合适补偿光源的激光镜头。
背景技术：
TFDS (货车故障轨边图像检测系统)等列车动态图像采集系统越来越多的采用线阵相机采集列车图像，对列车进行全天候的监控。但在监控过程中，会存在自然光线不足的情况(夜晚，阴雨天等)，由此就产生了如何在逆光环境中对列车图像进行识别的问题，在这种情况下就需要为线阵相机提供补偿光源。采用大功率泛光灯为线阵相机提供补偿光源，由于泛光灯能量不集中，要使拍摄图像达到足够亮度，需要相当大的功率，导致效率降低，同时，当白天阳光照射到相机时，会产生曝光过度现象，抗阳光干扰能力较弱。因此出现了采用激光器作为光源，通过激光镜头将激光器发射出的点状光转换为线状光，实现为线阵相机提供补偿光源。激光线性光源能量集中，提高了效率；其光谱为近红外波段，通过在相机镜头后加窄带滤光片，可避免阳光干扰。但目前采用这种方式所提供的补偿光源两端光弱、中部光强，使线阵相机所采集的图像在靠近铁轨侧曝光不足，线阵相机视场中部却曝光过度；在垂直于线阵相机扫描线方向上，补偿光源是发散式的，近处光强而远处光弱，使线阵相机采集的图像在列车底部交叉杆等近处曝光过度、远处却曝光不足。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型提出一种可与线阵相机配合，作为线阵相机补偿光源，应用于铁路TFDS (货车故障轨边图像检测系统)、TVDS (客车故障轨边图像检测系统)、TEDS (动车故障轨边图像检测系统)等列车动态图像采集系统中的激光镜头。该镜头发出的线性光源两端光强、中部光弱，使线阵相机所采图像在靠近铁轨侧也可充分曝光，而相机视场中部不会过度曝光；在垂直线阵相机扫描线方向上发出会聚光，使线阵相机采集的图像在列车底部交叉杆等近处不会过度曝光，而列车底部距相机较远处也可充分曝光。由此使线阵相机所采集的图像在横向、远近景处都有合适的曝光度。本实用新型为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，包括前端光学组件、镜头套筒、调节机构与光纤接头。所述调节机构包括半圆柱透镜、透镜夹具A、光纤接头连接块、调节套筒；其中，半圆柱透镜由透镜夹具A夹紧，同轴设置在镜头套筒内部后方；且半圆柱透镜突起一侧朝向套筒后端；光纤接头连接块位于镜头套筒内，前端与透镜夹具A固连，后端与螺纹套接在镜头套筒外侧壁上的调节套筒固连；光纤接头连接块具有贯通光纤接头连接块前后两端面的连接光纤通道；光纤接头连接块光纤接头的出光端与光纤通道螺纹连接；且使光纤接头的出光端与镜头套筒同轴设置。[0009]上述前端光学组件包括鲍威尔棱镜与整形机构；其中，整形机构包括平凸透镜与透镜夹具B，平凸透镜由透镜夹具B夹紧，同轴设置在镜头套筒内部；且平凸透镜的突起一端朝向镜头套筒前端；鲍威尔棱镜设置在镜头套筒内，与镜头套筒内侧壁周向间转动连接；且位于平凸透镜前方。本实用新型的优点在于:1、本实用新型激光镜头可在垂直于线阵相机扫描线方向上发出会聚光，在平行于线阵相机扫描线方向上发出两端较强、中部略弱的光，使线阵相机采集到的图像在横向、远近景处均可充分曝光，有效避免过度曝光或曝光不足的现象；2、本实用新型激光镜头可实现对射出线光源方向的调整以及光功率密度的调整；3、本实用新型激光镜头整体结构精细小巧，拆卸、安装便利。
图1为本实用新型激光镜头整体结构示意图。图中:1-前端光学组件2-镜头套筒3-调节机构4_光纤接头
5-固定板101-鲍威尔棱镜102-整形机构102a-平凸透镜102b-透镜夹具B103-整形机构套筒104-棱镜安装筒301-半圆柱透镜302-透镜夹具A303-光纤接头连接块304-调节套筒305-凸缘306-定位板具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。本实用新型为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，包括前端光学组件1、镜头套筒
2、调节机构3与光纤接头4，如图1所示。所述调节机构3包括半圆柱透镜301、透镜夹具A302、光纤接头连接块303、调节套筒304 ;其中，半圆柱透镜301由透镜夹具A302夹紧，半圆柱透镜301突起一侧朝向镜头套筒2后端。透镜夹具A302固定安装在镜头套筒2内部后方，实现半圆柱透镜301与镜头套筒2间的同轴定位。光纤接头连接块303位于镜头套筒2内；光纤接头连接块303前端面与透镜夹具A302固连，后端与螺纹套接在镜头套筒2外侧壁上的调节套筒304固连。本实用新型中在光纤接头连接块303后端面周向上设计有凸缘305，凸缘305由调节套筒304后端面，以及与调节套筒304后端面螺栓固定连接的定位板306夹紧固定，便于拆卸、更换与维护。光纤接头连接块303内部具有贯穿光纤接头连接块303前后端面的光纤通道；光纤接头4的出光端与光纤接头连接块303后端面处的光纤通道间螺纹连接，且使光纤接头4的出光端与镜头套筒2同轴设置。为使光纤接头4出光端射出的光可完全射入到半圆柱透镜301上，因此，将光纤通道设计为具有大直径段与小直径段；小直径段用于连接光纤接头4出光端；大直径段直径不小于半圆柱透镜301的直径，用于为入射光提供发散的空间。通过上述结构，光纤接头4入光端将激光器发出的点光源(圆光斑)射入到镜头套筒2内半圆柱透镜301中；通过半圆柱透镜301将圆光斑整形为椭圆光斑后，入射到前端光学组件I中；上述调节套筒304前端面在距凸透镜48mnT68mm范围内可调，由此通过转动调节套筒304可带动光纤接头连接块303、透镜夹具A302共同沿镜头套筒2轴向运动，实现半圆柱透镜301在镜头套筒2轴向上运动；此过程中，由于光纤接头连接块303与光纤接头4间采用螺纹连接，因此在转动调节套筒304时，光纤接头4不会产生径向和周向上的运动。上述前端光学组件I包括鲍威尔棱镜101与整形机构102 ;其中，整形机构102由平凸透镜102a与透镜夹具B102b构成，平凸透镜102a由透镜夹具B102b夹紧，透镜夹具B102b固定安装在镜头套筒2内部前方，使平凸透镜201a与镜头套筒2间同轴定位；且平凸透镜102a的突起一端朝向镜头套筒2前端，平凸透镜102a与半圆柱透镜301间的水平距离为40mm-60mm。所述鲍威尔棱镜101通过打磨成型,使激光束通过后可以最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线；鲍威尔棱镜101设置在镜头套筒2内与镜头套筒2内侧壁周向间转动连接，且位于平凸透镜102a前方，使鲍威尔棱镜101可周向旋转，实现调整由鲍威尔棱镜101射出的线光源方向。由此经半圆柱透镜301后的椭圆光射入到整形机构102中的平凸透镜102a上，通过平凸透镜102a进行聚光后，射入到鲍威尔棱镜101进行划线(将激光束转换成近平行的线光源)，覆盖线阵相机扫描线。且通过调节机构304调节半圆柱透镜301与平凸透镜102a间距，进而调节最终由鲍威尔棱镜101射出的线光源的宽度和光功率密度。为了便于整形机构102与鲍威尔棱镜101的拆卸、更换与维护，本实用新型将整形机构102设置在整形机构套筒103内，将整形机构套筒103设置在镜头套筒2内部前方，且通过螺钉穿过镜头套筒2外侧壁上的连接孔，实现整形机构套筒103与镜头套筒2固定。鲍威尔棱镜101固定安装在棱镜安装筒104内，棱镜安装筒104与整形机构套筒103间通过螺栓固连，使鲍威尔棱镜101与平凸透镜102a径向和轴向相对位置固定。由此可通过转动整个前端光学组件1，使鲍威尔棱镜101转动，从而实现调整由鲍威尔棱镜101射出的线光源方向，当调整好出射光方向后，再通过螺栓将整形机构套筒103固定，以紧固前端光学组件I。同时，通过螺钉的紧固程度的不同，可以实现微调出射光方向，以更好的覆盖相机扫描线。上述镜头套筒2外部侧壁上还设计有一体结构的固定板5，固定板5上开设4个调整孔、4个固定孔；通过螺栓穿过固定孔与镜头支架固连；通过螺栓穿过调整孔顶紧镜头支架(镜头支架用于固定激光镜头以及线阵相机)，实现镜头套筒2与镜头支架间的定位；且通过调整螺钉与镜头支架的顶紧程度，也可调整由鲍威尔棱镜101射出的线光源方向。
权利要求1.一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:包括前端光学组件、镜头套筒、调节机构与光纤接头； 所述调节机构包括半圆柱透镜、透镜夹具A、光纤接头连接块、调节套筒；其中，半圆柱透镜由透镜夹具A夹紧，同轴设置在镜头套筒内部后方；且半圆柱透镜突起一侧朝向套筒后端；光纤接头连接块位于镜头套筒内，前端与透镜夹具A固连，后端与螺纹套接在镜头套筒外侧壁上的调节套筒固连；光纤接头连接块具有贯通光纤接头连接块前后两端面的连接光纤通道；光纤接头连接块光纤接头的出光端与光纤通道螺纹连接；且使光纤接头的出光立而与镜头套筒冋轴设直； 上述前端光学组件包括鲍威尔棱镜与整形机构；其中，整形机构包括平凸透镜与透镜夹具B，平凸透镜由透镜夹具B夹紧，同轴设置在镜头套筒内部；且平凸透镜的突起一端朝向镜头套筒前端；鲍威尔棱镜设置在镜头套筒内，与镜头套筒内侧壁周向间转动连接；且位于平凸透镜前方。
2.如权利要求1所述一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:所述光纤接头连接块后端面周向上设计有凸缘，凸缘由调节套筒后端面，以及与调节套筒后端面螺栓固定连接的定位板夹紧固定。
3.如权利要求1所述一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:所述整形机构设置在整形机构套筒内，将整形机构套筒设置在镜头套筒内部前方，且通过螺钉穿过镜头套筒外侧壁上的连接孔将整形机构套筒与镜头套筒固定；鲍威尔棱镜固定安装在棱镜安装筒内，棱镜安装筒与整形机构套筒间固定连接。
4.如权利要求1所述一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:镜头套筒2外部侧壁上还设计有一体机构的固定板，固定板上开有调整孔，调整孔处还开有固定孔。
5.如权利要求1所述一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:所述光纤通道具有大直径段与小直径段；光纤接头与小直径段螺纹连接。
6.如权利要求3所述一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:所述大直径段直径不小于半圆柱透镜的直径。
7.如权利要求1所述一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:所述平凸透镜与半圆柱透镜间的水平距离为40mm-60mm。
8.如权利要求1所述一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，其特征在于:所述调节套筒前端面在距半圆柱透镜48mnT68mm范围内可调。
专利摘要本实用新型公开了一种为线阵相机提供补偿光源的激光镜头，包括前端光学组件、镜头套筒、调节机构与光纤接头；前端光学组件包括鲍威尔棱镜与平凸透镜；调节机构包括半圆柱透镜与光纤接头连接块。镜头套筒内部由前至后依次设置有鲍威尔棱镜、平凸透镜、半圆柱透镜与光纤接头连接块；光纤结构连接块连接光纤接头，激光器由光纤接头射出的圆光斑射入到半圆柱透镜转换为椭圆光斑，后经平凸透镜聚光后射入鲍威尔棱镜进行划线射出。通过镜头套筒外侧套接的调节套筒，可调节半圆柱透镜与平凸透镜间距；且前端光学组件可周向转动，调节射出光方向。本实用新型激光镜头可使线阵相机的采集图像在横向、远近景处充分曝光，有效避免过度曝光或曝光不足的现象。
文档编号G02B6/36GK202975558SQ20122073561
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者李侠, 陈岳明, 宛金波, 张卓, 杜江凌, 李汝成 申请人:北京康拓红外技术股份有限公司