一种光斑自适应的激光眩目器及其控制方法与流程

本发明涉及一种激光昡目器，尤其涉及一种光斑自适应的激光眩目器及其控制方法。

背景技术：

常规的激光眩目器通常采用人眼最敏感的绿光激光器作为光源，激光波长范围为520nm～532nm，将激光通过扩束准直光学系统或聚焦镜组后形成有一定光斑大小的激光后出射，该激光作用于不同距离、不同大小的目标或人群，实现眩目效果。

现有激光眩目器中的光学系统通常采用固定倍数的扩束准直系统或固定焦距的聚焦光学系统，使用过程中，只能适用于某个特定的距离，或很小的距离范围内下进行眩目照射。扩束准直系统理论上可以将激光束散角压缩至几个mrad的数量级，但如果要求在近场(如50m以内)和远场(如1km)同时实现这种小束散角的激光输出，就需要设计变倍扩束准直系统，而为了兼顾远场的小束散角和近场的大束散角，扩束系统的口径将会很大，这不仅使得成本大幅度增加，更使得激光眩目器整机体积和重量都增大。即便这种设计不考虑成本和体积重量的因素，为了实现激光眩目器在不同位置保持恒定的激光光斑，需要人工手动设置扩束系统的扩束倍数，在实际使用过程中难以操作。同样地，如果采用固定焦距的聚焦光学系统，由于激光束散角不可调，也就无法实现激光光斑在有效作用距离范围内自动调整，通常为了实现不同作用距离就需要更换其他焦距的镜头。

上述激光眩目器无法实现激光光斑自适应控制，在实际使用过程中，需人工手动调节扩束准直系统的变倍倍数，或更换其他焦距的镜头，当改变扩束倍数或镜头焦距时，为了满足远场激光光斑较小，需要高倍扩束，激光束散角压缩到很小的值，这样近场激光光斑很小，激光功率密度就可能很大，甚至超过人眼安全范围，实际使用过程中，存在伤害人眼的安全隐患。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种光斑自适应的激光眩目器及其控制方法，通过使用该结构及方法，实现了设备在有效作用范围内各个位置均保持恒定的光斑大小，实现光斑的自适应控制，且激光功率恒定，保证使用的安全性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光斑自适应的激光眩目器，包括：

激光器，所述激光器经过内部快慢轴压缩聚焦耦合至光纤输出激光；

准直镜组，位于所述激光器的光路上，将所述光纤输出的激光进行准直，并压缩激光束散角；

电动变焦光学模块，将准直镜组准直之后的激光进行变焦，调节光学镜头的焦距，使远近距离激光的光斑基本一致；

伺服电机，所述伺服电机设置于所述电动变焦光学模块的外部，所述电动变焦光学模块内设有活动镜片，所述伺服电机控制轴与所述电动变焦光学模块内部的活动镜片相连，用于调节所述电动变焦光学模块的焦距；

激光测距模块，所述激光测距模块用于测试目标与激光器之间的距离；

自适应反馈控制系统，用于电控连接激光器、激光测距模块及伺服电机，所述激光测距模块测出的距离反馈至自适应反馈控制系统内，控制激光器射出的激光光路，并控制伺服电机控制轴的转动并调节活动镜片的移动，用于调节电动变焦光学模块激光的焦距及激光射出光斑的大小。

上述技术方案中，所述电动变焦光学模块包括包括多组固定透镜及一组活动镜片，所述固定透镜包括一组前端固定透镜及多组后端固定透镜，所述活动镜片可移动设置于所述前端固定透镜与多组后端固定透镜之间，所述准直镜组射出的激光依次经过所述前端固定、活动镜片及多组后端固定透镜输出，所述活动镜片的前后移动，用于调节输出激光的焦距及光斑大小。

上述技术方案中，所述电动变焦光学模块与所述激光测距模块的光轴一致。

上述技术方案中，所述激光器为520nm～530nm的半导体绿光激光器。

上述技术方案中，所述激光测距模块为1535nm的激光测距模块。

为达到上述目的，本发明采用了一种光斑自适应的激光眩目器的控制方法，其步骤为：

①激光测距模块将获取的距离信息反馈至自适应反馈控制系统；

②自适应反馈控制系统解析距离信息，根据所需控制的激光光斑大小，换算出该距离下所需的焦距；

③自适应反馈控制系统控制伺服电机工作，伺服电机的控制轴工作，控制轴驱动活动镜片移动对应的距离，使活动镜片移动到对应的位置，即实现了焦距及光斑大小的自适应调整。

上述技术方案中，有效作用距离内的输出激光的光斑大小一致。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明中通过激光测距模块对目标进行测距，并将获取的信息反馈至自适应反馈控制系统，并且根据目标距离换算为控制电动变焦光学模块中伺服电机的参数，迅速改变电动变焦光学模块的等效焦距，从而改变激光束散角，使得激光昡目器在有效作用距离内各个位置保持恒定的光斑大小，实现光斑的自适应控制，并且激光功率恒定，防止对人眼造成伤害，降低安全隐患；同时，能够减小设备体积，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中的结构示意图。

其中：1、激光器；2、准直镜组；3、电动变焦光学模块；4、伺服电机；5、活动镜片；6、激光测距模块；7、自适应反馈控制系统；8、前端固定透镜；9、后端固定透镜；10、光纤。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种光斑自适应的激光眩目器，包括：

激光器1，所述激光器经过内部快慢轴压缩聚焦耦合至光纤10输出激光；

准直镜组2，位于所述激光器的光路上，将所述光纤输出的激光进行准直，并压缩激光束散角；

电动变焦光学模块3，将准直镜组准直之后的激光进行变焦，调节光学镜头的焦距，使远近距离激光的光斑基本一致；

伺服电机4，所述伺服电机设置于所述电动变焦光学模块的外部，所述电动变焦光学模块内设有活动镜片，所述伺服电机控制轴与所述电动变焦光学模块内部的活动镜片5相连，用于调节所述电动变焦光学模块的焦距；

激光测距模块6，所述激光测距模块用于测试目标与激光器之间的距离；

自适应反馈控制系统7，用于电控连接激光器、激光测距模块及伺服电机，所述激光测距模块测出的距离反馈至自适应反馈控制系统内，控制激光器射出的激光光路，并控制伺服电机控制轴的转动并调节活动镜片的移动，用于调节电动变焦光学模块激光的焦距及激光射出光斑的大小。

在本实施例中，自适应反馈控制系统为控制器，内部会预制对应距离的计算程序，在激光测距模块对测试目标进行距离的测试，将距离信息反馈至自适应反馈控制系统内，尤其自动计算，换算为电动变焦光学模块所需调节的焦距位置，同时换算为伺服电机控制轴需要转动的角度，然后控制伺服电机工作，这样伺服电机就会带动内部的活动镜片移动，从而调节激光的焦距，在激光焦距调节的时候，同时会改变激光束散角，使得输出的激光的光斑在激光昡目器有效作用距离范围内的光斑大小保持恒定，实现光斑的自适应调节，而且能够保证激光功率相对恒定，处在保证人眼安全的前提下，还能够实现昡目效果。其中，在本实施例中，激光峰值功率密度始终会处在0.2mw/cm²～2.5mw/cm²范围内。

参见图1所示，所述电动变焦光学模块包括包括多组固定透镜及一组活动镜片，所述固定透镜包括一组前端固定透镜8及多组后端固定透镜9，所述活动镜片可移动设置于所述前端固定透镜与多组后端固定透镜之间，所述准直镜组射出的激光依次经过所述前端固定、活动镜片及多组后端固定透镜输出，所述活动镜片的前后移动，用于调节输出激光的焦距及光斑大小。其中，固定透镜及活动镜头构成光学镜头。

在本实施例中，多组固定透镜及活动镜片的设置，活动镜片相对于固定透镜的移动，能够调节输出激光的焦距以及光斑大小，保证在有效作用范围内各个位置激光光斑的大小一致。

其中，所述电动变焦光学模块与所述激光测距模块的光轴一致。两者光轴一致，这样能够保证作用于同一目标，保证目标光斑的自适应调节。

其中，所述激光器为520nm～530nm的半导体绿光激光器。根据不同的作用距离，可以选用500mw～10w的不同功率。

所述激光测距模块为1535nm的激光测距模块。这样激光测距模块为人眼安全波长的激光测距模块，能够防止对人眼造成伤害。

为达到上述目的，本发明采用了一种光斑自适应的激光眩目器的控制方法，其步骤为：

①激光测距模块将获取的距离信息反馈至自适应反馈控制系统；

②自适应反馈控制系统解析距离信息，根据所需控制的激光光斑大小，换算出该距离下所需的焦距；

③自适应反馈控制系统控制伺服电机工作，伺服电机的控制轴工作，控制轴驱动活动镜片移动对应的距离，使活动镜片移动到对应的位置，即实现了焦距及光斑大小的自适应调整。

有效作用距离内的输出激光的光斑大小一致。

在本实施例中，对作用距离范围最近目标激光昡目时，激光测距模块获取该距离后，自适应反馈控制系统控制伺服电机工作，通过电动变焦光学模块将焦距控制在最小值，此时对于的激光束散角处在最大值，照射至最近目标的激光光斑大小为d0。

对作用距离范围最远目标激光昡目时，激光测距模块获取该距离后，自适应反馈控制系统控制伺服电机工作，通过电动变焦光学模块将焦距控制在最大值，此时对于的激光束散角处在最小值，照射至最远目标的激光光斑大小也为d0。

当目标处在作用距离范围最近和最远之间的任意位置，激光测距模块获取该距离信息之后，适应反馈控制系统控制伺服电机工作，调节电动变焦光学模块中输出激光的对应焦距，同时会将该激光束散角调节至合适的值，确保输出激光在目标上面的光斑大小也是d0。这样就实现了激光光斑的自适应控制，而且是全自动控制，无需人工手动调节，并且输出激光功率稳定，保证使用的安全性。