一种用于远距离照明的大变倍比激光照明器的制作方法

本发明涉及一种用于远距离照明的大变倍比激光照明器，属于激光照明技术领域。

背景技术：

使用激光进行辅助补光的红外激光照明技术已经广泛的应用于夜视领域，而激光照明器是决定激光照明效果的核心器件。现有技术中使用成像原理设计的激光照明器具有光斑均匀性好，边缘清晰等特点，有利于提高夜视照明距离。

根据目前主要远距离激光夜视仪的视场角度可以拟定激光照明器角度，为了保证最远夜视距离，激光光斑应足够小，同时为了兼顾视野，通常照明器的最小光斑要上下内切屏幕，而最大光斑则尽量能够覆盖大视场的整个视野范围，这对激光照明器的最小视场角和视场角变化范围都提出了很高的要求。目前公布的利用成像原理设计的变焦照明器，如专利201510264944.4，201110185055.0等，变倍比均小于60倍，且搭配400um芯径的光纤进行使用时，最小视场角均大于0.3°，光线无法集中，光斑亮度低，难以满足远距离夜视的要求，为此需要设计一款更大变倍比的变焦照明器，在覆盖足够大视野范围的基础上能满足更远距离夜视照明的需求。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种用于远距离照明的大变倍比激光照明器，解决现有技术最小光斑不够小，视场变化范围不够大的问题。

为了解决所述所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于远距离照明的大变倍比激光照明器，包括由光纤端面向外沿光轴依次设置的第四透镜、第三透镜、第二透镜和第一透镜组，光纤端面由与激光器相连接的光纤产生，第四透镜和第三透镜采用正光焦度的凸透镜，第二透镜采用负光焦度的凹透镜，第一透镜组为由第一镜片和第二镜片组成的具有正光焦度的胶合镜片，第四透镜和第一透镜组相对光纤端面的距离固定，设有距离调节装置，距离调节装置用于调节第三透镜与第二透镜相对光纤端面的距离，从而调节激光照明器的照明角度，即实现变倍。

进一步的，所述距离调节装置包括内镜筒、外镜筒、透镜架、直线槽、凸轮、凸轮槽、电机、传动齿轮和齿轮圈，内镜筒位于外镜筒的内部，第一透镜组、第二透镜、第三透镜分别通过各自的透镜架设置于内镜筒内，凸轮分别位于第二透镜和第三透镜的透镜架的两端，直线槽开在内镜筒上，凸轮槽开在外镜筒上，凸轮穿过直线槽后伸入至凸轮槽中，齿轮圈固定在外镜筒上，传动齿轮与电机的输出轴相连，齿轮圈与传动齿轮相啮合。

进一步的，激光照明器的照明角度由小到大变化的过程中，第三透镜由远离光纤端面向靠近光纤端面的方向移动，第二透镜由靠近光纤端面向远离光纤端面的方向移动。

进一步的，激光照明器的照明角度由大到小变化的过程中，第三透镜由靠近光纤端面向远离光纤端面的方向移动，第二透镜由远离光纤端面向靠近光纤端面的方向移动。

进一步的，在激光照明器最短焦处，第三透镜与第四透镜的间隔最小，第二透镜与第三透镜的间隔最大，最长焦处，第二透镜与第三透镜的间隔最小，第三透镜与第四透镜的间隔最大。

进一步的，在激光照明器变倍过程中，第二透镜和第三透镜同时通过各自成像倍率为-1的点。

进一步的，本激光照明器的变倍比f2/f1≥133，f1≤0.75mm，f2≥100mm，totr＜155mm，f1为激光照明器短焦端的有效焦距，f2为变焦激光照明器长焦端的有效焦距，totr为光学系统总长。

进一步的，本激光照明器满足以下关系式：（d78max-d78min）/f1≤30，（d34max-d34min）/f2≤1，其中d78max和d78min分别为激光照明器变倍过程中第三透镜和第四透镜间隔的最大值和最小值，d34max和d34min分别为激光照明器变倍过程中第一透镜组和第二透镜间隔的最大值和最小值。

进一步的，激光照明器光学系统总长为154.5mm，相邻透镜间隔不小于3mm，第四透镜距离光纤端面的距离大于3mm。

进一步的，激光器采用400um光纤，最大照明角度为30°，最小照明角度为0.23°。

本发明的有益效果：

1、仅靠两组镜片移动实现了130倍以上的超大变倍比，且移动的镜组口径、重量很小，方便选用动力小的电机，不会因负载过大减少电机使用寿命。

2、最长焦距超过100mm，在搭配激光照明常用的400um芯径光纤时，最小视场角小于0.23°，远小于常规激光照明器的0.3°，激光能量更集中，可以实现更远距离的照明。

3、系统结构紧凑，镜片数少，保证了激光照明器的高透过率和易装配性。

4、系统总长固定，远离光纤端面的第一透镜组和靠近光纤端面的第四透镜固定不动，使激光照明器内部处于封闭状态，有利于提高照明器结构的稳定性，并且方便机械设计。

附图说明

图1为实施例1所述激光照明器的结构示意图；

图2为实施例1所述激光照明器的光学系统示意图；

图3为实施例1所述激光照明器第二透镜、第三透镜距第四透镜前表面的距离与系统焦距的关系图；

图中：1、第一透镜组，2、第二透镜，3、第三透镜，4、第四透镜，5、光纤端面，6、激光器，7、内镜筒，8、外镜筒，9、透镜架，10、直线槽，11、凸轮，12、电机，13、传动齿轮，14、外齿圈，15、凸轮槽，1-1、第一镜片，1-2、第二镜片，a第二透镜距光纤端面的距离，b第三透镜距光纤端面的距离。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例1公开一种用于远距离照明的大变倍比激光照明器，如图1所示，其光学系统部分包括激光器6、光纤端面5、第四透镜4、第三透镜3、第二透镜2、第一透镜组1，光纤端面5由与激光器6相连接的光纤产生，第四透镜4、第三透镜3、第二透镜2和第一透镜组1沿光轴依次设置于光纤端面5的前端。

第四透镜4和第三透镜3采用正光焦度的凸透镜，第二透镜2为负光焦度的凹透镜，第一透镜组1采用由第一镜片1-1和第二镜片1-2组成的胶合透镜，第二镜片1-2位于靠近光纤端面4的一侧。

所述第四透镜4将光纤发出的激光的发散角进行减小，第三透镜3将第四透镜4汇聚后的光束进一步汇聚，第二透镜2对第三透镜3汇聚后的光束起到发散作用，第一透镜组1对第二透镜2发散后的光束再次进行汇聚。

第四透镜4和第一透镜组1相对于光纤端面5成固定状态设置，第二透镜2和第三透镜3可沿光轴进行移动，使照明器视场角发生改变，以应对不同距离下的照明需求。

通过调整第二透镜2与光纤端面5之间的距离可以调整光束经过第一透镜组1后的发散角，通过调整第三透镜3与第二透镜2之间的距离可以实现像面位置的补偿，从而使激光照明器照明角度可以大范围调节的同时，像面位置不变，实现了在整个调节过程中均具有良好的照明效果。

本实施例中，通过距离调节装置实现第二透镜2和第三透镜3相对光纤端面距离的调节。如图1所示，所述距离调节装置包括内镜筒7、外镜筒8、透镜架9、电机12；内镜筒7位于外镜筒8的内部，第一透镜组1、第二透镜2和第三透镜3分别通过各自的透镜架9设置于内镜筒内。内镜筒6的相对位置上开设有直线槽10，第二透镜2和第三透镜3对应的透镜架9的两侧均固定有凸轮11（图1中也只画出了上侧的凸轮11），外镜筒8的内表面上开设有与凸轮相配合的凸轮槽；凸轮11穿过直线槽10后伸入至凸轮槽中。所示电机12的输出轴上固定有传动齿轮13，外镜筒8的外表面上固定有外齿圈14，通过外齿圈14与传动齿轮13的啮合传动，电机12可驱使外镜筒8进行转动。在电机12驱使外镜筒8转动的过程中，在凸轮槽对凸轮11的驱动作用和直线槽10对凸轮11的限位作用下，可驱使第二透镜2和第三透镜3沿设定好的凸轮曲线移动，实现激光照明器照明光斑角度的变化。

如图2所示，给出了本发明的高清大角度变焦激光照明器的工作原理图，第二透镜2采用凹透镜，是整体系统中唯一提供负光焦度的镜片，通过其在光轴方向上的移动，使系统的成像倍率发生改变。第三透镜3采用凸透镜，其配合第二透镜2作出相应的移动，改变系统放大倍率的同时保证像面位置在变倍过程中不发生变化。第二透镜2和第三透镜3共同决定了激光照明器的变倍比，在变倍过程中，第二透镜2和第三透镜3同时通过各自成像倍率为-1的点，保证了这两个镜组在整个变倍过程中的移动方向不会发生改变，缩短了镜组移动的距离，使曲线更加平滑，更有利于机械结构的设计。第一透镜组1由第一镜片1-1和第二镜片1-2胶合而成，对经过的激光起到汇聚作用，减小球差和由于激光波长漂移引起的色差。第四透镜4采用凸透镜，具有正光焦度，和第一透镜组1共同控制系统起始焦距的大小。

如表1所示，给出了一种具体结构的激光照明器中第一镜片1-1、第二镜片1-2、第

二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的具体参数，其中透镜远离光纤端面的一侧为前表面，靠近光纤端面的一侧为后表面：

表1

所述激光照明器第四透镜4距离光纤端面5的距离为3.7mm。

如图3所示，给出了激光照明器中第二透镜2和第三透镜3距第四透镜4前表面的距离与系统焦距的关系图。图3中，纵坐标为透镜距第四透镜4前表面的距离，横坐标为此时的激光照明器焦距；a曲线为第二透镜的运动曲线，b曲线为第三透镜的运动曲线。由图3可知在照明器焦距由小到大的变化过程中，第二透镜2距第四透镜4前表面的距离逐渐减小，第三透镜3距第四透镜4前表面的距离逐渐增大。在照明器最短焦处，第三透镜3与第四透镜4的间隔最小，为4mm，此时第二透镜2与第三透镜3的间隔最大，为120mm，第一透镜组1与第二透镜2的间隔最小，为5mm；最长焦处，第二透镜2与第三透镜3之间间隔最小，为3mm，第三透镜3与第四透镜4的间隔最大，为26mm，第一透镜组1与第二透镜2的间隔最大，为100mm。

所述激光照明器光学系统总长为154.5mm，为防止变倍时镜片相互影响，相邻透镜间隔不小于3mm，在保持结构紧凑的同时，为机械设计和装调保留了足够空间。

所述激光照明器长焦端焦距f2=100mm，短焦端焦距f1=0.75mm，变倍比f2/f1≥133，搭配400um光纤使用，最大照明角度可达30°，最小照明角度可达0.23°。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。