CN206209204U - 一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，包括用于作为光源进行补光的尾纤输出半导体激光器，与所述尾纤输出半导体激光器连接的用于对尾纤输出激光的光斑进行匀光的光纤振动装置，与所述光纤振动装置连接的用于对激光输出光束进行准直或发散处理的光学镜组，以及与所述光学镜组连接的用于带动所述光学镜组移动的变焦装置。本实用新型采用振动尾纤减弱了激光散斑对摄像系统的影响，使激光器发射出来的光更加清晰、均匀，装置结构简单、性能可靠、使用寿命长，不会产生因多方向的拉扯扭曲而对光纤产生过快的疲劳甚至折断现象。

Description

一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统

技术领域

本实用新型涉及激光补光技术领域，尤其涉及一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统。

背景技术

在激光辅助照明领域，特别是用于夜视监控辅助补光，为了监控到更远更广的范围，对激光的功率要求越来越高，高达10瓦以上。但由于单芯片激光的发光功率，由于工艺和成本问题，很难实现10瓦以上的发光功率。所以目前远距离的激光补光灯，一般选用尾纤输出半导体激光器，但是，尾纤输出半导体激光器光束质量存在严重的散斑现象，摄像系统使用其补光时获得的图像质量差，无法满足夜视监控的需求，为获取清晰的监控图像带来了不便。

通过振动装置可以改善散斑现象，但是现有技术中光纤振动装置中的振动是会因多方向的拉扯扭曲而对光纤线产生过快的疲劳甚至折断现象。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型目的在于提供一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，旨在解决现有技术中光纤振动装置会因多方向的拉扯扭曲而对光纤线产生过快的疲劳甚至折断现象的技术问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，包括用于作为光源进行照明的尾纤输出半导体激光器，与所述尾纤输出半导体激光器连接的用于对光纤输出的激光光斑进行匀光的光纤振动装置，与所述光纤振动装置连接的用于对激光输出光束进行准直或发散处理的光学镜组，以及与所述光学镜组连接的用于带动所述光学镜组移动的变焦装置。

所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，所述光纤振动装置包括基座，设置在所述基座上用于带动光纤移动的振动机构，设置在所述基座上与所述振动机构接触的用于带动所述振动机构振动的驱动机构。

所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，所述光纤振动装置包括基座，设置在所述基座上用于带动光纤振动的振动机构，设置在所述基座上与所述振动机构接触的用于带动所述振动机构摆动的驱动机构。

所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，驱动机构包括设置在所述基座的一侧的电机，和设置所述基座的另一侧，并与所述电机固定连接的用于在所述电机的驱动下通过偏心转动带动所述驱动机构振动的偏心部件，所述电机用于驱动所述偏心部件。

所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，偏心部件为凸轮。

所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，偏心部件包括偏心轴和轴承，偏心轴的一端与电机的电机轴固定连接，偏心轴的另一端套接轴承。

所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，电机的转速的范围为3000~5000r/min。

所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其中，光纤的振幅范围为1~3mm。

本实用新型提供了一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，本实用新型中通过光纤振动装置使光纤输出后的激光所产生的光斑具有匀化作用，使激光发射出来的光更加清晰、匀称，装置结构简单、性能可靠、使用寿命长，单向的振动对光纤具有很好的保护作用，不会产生因多方向的拉扯扭曲而对光纤线产生过快的疲劳甚至折断现象。

附图说明

图1为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的较佳实施例的结构示意图。

图2a为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例一中的光纤振动装置的第一视角结构示意图。

图2b为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例一中的光纤振动装置的第二视角结构示意图。

图3a为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例二中的光纤振动装置的第一视角结构示意图。

图3b为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例二中的光纤振动装置的第二视角结构示意图。

图4a为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例三中的光纤振动装置的第一视角结构示意图。

图4b为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例三中的光纤振动装置的第二视角结构示意图。

图4c为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例三中的光纤振动装置的第三视角结构示意图。

图5a为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例四中的光纤振动装置的第一视角结构示意图。

图5b为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例四中的光纤振动装置的第二视角结构示意图。

图6a为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例五中的光纤振动装置的第一视角结构示意图。

图6b为本实用新型的一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统的具体应用实施例五中的光纤振动装置的第二视角结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统进行匀光的系统的较佳实施例的结构示意图，如图1所示，包括用于作为光源进行照明的尾纤输出半导体激光器1，与尾纤输出半导体激光器1连接的用于对光纤3输出的激光的光斑进行匀光的光纤振动装置2，与光纤振动装置2连接的用于对激光输出光束进行准直或发散处理的光学镜组4，以及与光学镜组连接的用于带动光学镜组移动的变焦装置5。光学镜组4和变焦装置5通过一轴用于固定连接，图中未示出。

具体实施时，尾纤输出半导体激光器输出的激光通过光纤进行传输，在输出激光的光纤上选取一预定长度的光纤，将预定长度的光纤的两端固定后，在预定长度的光纤的中点部分与光纤振动装置连接，光纤振动装置带到光纤上下振动，获取振动后的光纤输出的激光，并通过变焦装置和光学镜组进行准直后进行下一步的应用，例如进行照明和显示等操作。

进一步的实施例中，光纤振动装置包括基座，设置在基座上用于带动光纤移动的振动机构，设置在基座上与振动机构接触的用于带动振动机构振动的驱动机构。

具体地，驱动机构包括滑动导杆，滑动导杆用于在驱动机构的作用下，带动光纤上下振动。其中，滑动导杆通过设置滑动轴承与基座连接。滑动导杆还设置有压缩弹簧，利用压缩弹簧与固定基座弹性连接。进一步的，驱动机构也可采用弹簧片，通过在驱动机构利用弹簧片本身的特性实现单向弹性共振。

进一步的实施例中，光纤振动装置包括基座，设置在基座上用于带动光纤振动的振动机构，设置在基座上与振动机构接触的用于带动振动机构摆动的驱动机构。具体的驱动机构可能是摆杆及摆杆轴，摆杆轴在驱动机构的作用下进行径向刚性来回振动，从而带动光纤沿一个弧度方向做来回摆动以达到振动目的。径向刚性振动的噪音较大，优选的通过扭簧或拉簧进行径向弹性来回振动。

进一步的实施例中，驱动机构包括设置在基座的一侧的电机，和设置基座的另一侧，并与电机固定连接的用于电机的驱动下通过偏心转动带动驱动机构振动的偏心部件，电机用于驱动偏心部件。

偏心部件为凸轮或偏心组件。当偏心部件采用凸轮时，凸轮在使用时，只要设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。进一步地，偏心部件采用偏心轮，偏心轮指这个轮的中心不在旋转点上，一般指代的圆形轮，当圆形没有绕着自己的中心旋转时，就成了偏心轮。偏心部件为偏心组件时，偏心组件包括偏心轴和轴承，偏心轴的一端与电机的电机轴固定连接，偏心轴的另一端套接轴承。采用轴承可有效减少磨损，提高设备的使用寿命。

电机的转速的范围为3000~5000r/min。同时电机的选择中扭力值需至少1.5倍负载，负载为压缩弹簧与光纤藕合线。

光纤采用光纤耦合线。光纤的振幅范围为1~3mm。较佳地，光纤振幅控制在2mm左右为最佳状态。

光纤振动装置还包括用于夹持预定长度的光纤的夹持组件（图中未示出），夹持组件所夹持的光纤的中部固定在光纤过孔内。预定长度大于等于40mm，优选为50mm。这样设置使得光纤有两个支撑点，以支撑光纤，也将振动限制在AB段的光纤内，不会影响和干涉其他部件。

本实用新型的一种光纤振动装置的具体实施例一的结构示意图，如图2a和图2b所示，光纤振动装置包括电机1、偏心部件2、球头滑动导杆3、压缩弹簧4、基座5、光纤固定装置6、滑动轴承8；球头滑动导杆3的顶部设置有凸缘，压缩弹簧4的一端抵住凸缘，压缩弹簧4的另一端固定在基座5上，电机1固定在基座5的一侧，基座5上设置有电机轴过孔，电机1的电机轴穿过电机轴过孔与基座5的另一侧的偏心部件2固定连接；偏心部件2在电机1的驱动下通过偏心转动带动压缩弹簧4振动。光纤固定装置6与滑动导杆3连接，光纤固定装置6用于固定光纤7。滑动轴承8设置于基座5上，用于连接滑动导杆3和光纤固定装置6。球头滑动导杆3的顶部设置于偏心部件2下方，基座5上设置有滑动导杆过孔，滑动导杆3通过设置于滑动导杆过孔的滑动轴承8与光纤固定装置6连接。光纤固定装置6为一个光纤线卡槽，与光纤7的尺寸相匹配。

进一步的实施例，当凸轮采用偏心轮时，球头滑动导杆对应的采用顶端为平面的滑动导杆。采用平面的滑动导杆噪音更小。

优选的，为了减小偏心轮的磨损，可采用滚珠轴承和导杆轴承座的方式替代球头滑动导杆，可延长装置的使用寿命。

具体地，通过通过电机输出一定转速及偏心部件的连接组合来实现在一定的频率及振幅下，通过压缩弹簧在滑动轴承中往复运动，从而带动光纤以一定的振幅和频率进行振动，实现对从光纤输出的散斑起到减弱作用。

本实用新型的一种光纤振动装置的具体应用实施例二，如图3a和图3b所示，基座5，与基座5铰接的摆杆11，偏心部件2以及用于驱动偏心部件2的电机1；摆杆11的一端设置有U型槽，偏心部件2设置在U型槽内，偏心部件2在电机1的驱动下通过偏心转动带动摆杆11摆动；摆杆11的另一端设置有用于固定光纤7的固定结构。光纤7优选为光纤藕合线，即光纤振动装置与尾纤输出半导体激光器配套使用，通过振动光纤藕合线，减弱光纤输出的激光的散斑。

摆杆11通过一摆杆轴13铰接在基座5上，基座5上固定有第一轴承12，第一轴承12的内圈固定摆杆轴13的一端，摆杆轴13的另一端固定在摆杆11上。换而言之，通过固定在基座1上的第一轴承12，摆杆11得以相对基座5进行转动。光纤需要高频振动，利用轴承良好的润滑和转动特性，极大的降低了磨损和噪音，提高了装置的稳定性。第一轴承12可以采用滚动轴承，也可采用滑动轴承。

由于光纤固定在摆杆的另一端，通过偏心部件的偏心转动带动摆杆的一端往复摆动，从而利用杠杆原理（铰接点为支点）使得摆杆另一端的光纤往复摆动，实现了光纤的振动，有效的减弱了激光散斑。

本实用新型的一种光纤振动装置的具体应用实施例三，如图4a、图4b和图4c所示，括：基座1，设置在基座5上的摆杆轴13，依次套在摆杆轴13上的扭簧14和倒V形摆杆（也可称之为倒U形摆杆）11，以及与倒V形摆杆11的第一摆臂接触的振动机构；摆杆轴13和振动机构均固定在基座5上，倒V形摆杆11的顶部套在摆杆轴13上，即扭簧14和倒V形摆杆11通过摆杆轴13枢接在基座5上。扭簧14的第一扭杆21固定在基座5上，扭簧14的第二扭杆固定在倒V形摆杆11的第一摆臂上；倒V形摆杆11的第二摆臂的端部用于固定光纤7，具体的，振动机构包括固定在基座5上的电机1以及与电机1的电机轴固定连接的偏心部件2；偏心部件2在电机1的驱动下通过偏心转动带动倒V形摆杆11摆动。倒V形摆杆11的第二摆臂的端部设置有用于固定光纤的固定结构。光纤优选为光纤藕合线，即，光纤振动装置与尾纤输出半导体激光器配套使用，通过振动光纤藕合线，减弱光纤输出的激光的散斑。

本实用新型的一种光纤振动装置的具体应用实施例四，如图5a和图5b所示，装置包括基座5，一端与基座5的上部铰接的摆杆11，一端设置在基座5下部的拉簧15，用于使摆杆11往复摆动的振动机构；拉簧15的另一端与摆杆11固定连接，摆杆11与振动机构接触，摆杆11的另一端用于固定光纤7。光纤优选为光纤藕合线。

具体的，基座5的正面上部固定有摆杆轴13，摆杆轴13与摆杆11铰接。基座5的正面下部固定有固定轴16，拉簧15的一端固定在固定轴16上。振动机构包括偏心部件2和固定在基座5背面的电机1；基座5上设置有电机轴过孔，电机1的电机轴穿过电机轴过孔与基座5正面的偏心部件2固定连接；偏心部件2在电机1的驱动下通过偏心转动带动摆杆11摆动。

由于光纤固定在摆杆的另一端上，通过振动机构振动摆杆，利用杠杆原理（摆杆轴13为支点）使得摆杆往复摆动，实现了光纤的振动（振动方向如图5a实线箭头所示），使光纤输出后的激光所产生的光斑具有匀化作用，有效的减弱了激光散斑。

一种光纤振动装置的具体应用实施例五，如图6a和图6b所示，包括：基座5，一端固定在基座5上的弹簧片17，与弹簧片17底面接触的偏心部件2以及用于驱动偏心部件2转动的电机1；偏心部件2在电机1的驱动下通过偏心转动带动弹簧片17振动；弹簧片17的另一端用于固定光纤7。光纤优选为光纤藕合线。

由于光纤固定在弹簧片的端部，通过偏心部件的偏心转动来振动弹簧片，实现了光纤的振动（振动方向如图6a实线箭头所示），使光纤输出后的激光所产生的光斑具有匀化作用，使激光所发射出来的光更加清晰、匀称，有效的减弱了激光散斑。

本实用新型还提供了一种激光补光的匀光方法，方法包括：

步骤S100、检测到尾纤输出半导体激光器输出激光时，设置在光纤上的光纤振动装置带动光纤以一定的振幅振动；

步骤S200、获取光纤振动后的输出的激光通过光学镜组和变焦装置进行准直处理后，生成匀光后的激光。

具体实施时，尾纤输出半导体激光器开启后，获取光纤较为平缓的一段设置光纤振动装置，通过光纤振动装置带动光纤上下振动，并通过光学镜组及变焦装置对光纤振动后输出的激光进行准直处理，用于下一步的照明或显示。其中，为了防止光纤振动幅度过大，损坏光纤，一般控制光纤的振幅为为1~3mm。

匀光装置中的光学振动装置中的驱动部分属于硬性接触，所以其机械结构容易产生磨损及噪音，由于扭簧/拉簧也存在一定的回弹速度限制，故其所产生的噪音相对较大，同时结构间属于硬接触类型，故为避免噪音过大及磨损现象的发生，可对接触的活动机构进行不同材料配置，其中一材料需本身具有自润性及抗耐磨性能，或对相应材料进行其它表面处理，如浸油、涂抺润滑油脂之类，也可增加相应的软体材料如橡胶类、阻尼脂类进行降噪处理。

综上，本实用新型提出了一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，系统包括用于作为光源进行照明的尾纤输出半导体激光器，与所述尾纤输出半导体激光器连接的用于对光纤输出的激光的光斑进行匀光的光纤振动装置，与所述光纤振动装置连接的用于对激光输出光束进行准直或发散处理的光学镜组，以及与所述光学镜组连接的用于带动所述光学镜组移动的变焦装置。本实用新型中通过光纤振动装置使光纤输出后的激光所产生的光斑具有匀化作用，使激光发射出来的光更加清晰、匀称，装置结构简单、性能可靠、使用寿命长，单向的振动对光纤具有很好的保护作用，不会产生因多方向的拉扯扭曲而对光纤线产生过快的疲劳甚至折断现象。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，包括用于作为光源进行照明的尾纤输出半导体激光器，与所述尾纤输出半导体激光器连接的用于对光纤输出的激光的光斑进行匀光的光纤振动装置，与所述光纤振动装置连接的用于对激光输出光束进行准直或发散处理的光学镜组，以及与所述光学镜组连接的用于带动所述光学镜组移动的变焦装置。

2.根据权利要求1所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，所述光纤振动装置包括基座，设置在所述基座上用于带动光纤移动的振动机构，设置在所述基座上与所述振动机构接触的用于带动所述振动机构振动的驱动机构。

3.根据权利要求1所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，所述光纤振动装置包括基座，设置在所述基座上用于带动光纤振动的振动机构，设置在所述基座上与所述振动机构接触的用于带动所述振动机构摆动的驱动机构。

4.根据权利要求2或3所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，所述驱动机构包括设置在所述基座的一侧的电机，和设置所述基座的另一侧，并与所述电机固定连接的用于在所述电机的驱动下通过偏心转动带动所述驱动机构振动的偏心部件，所述电机用于驱动所述偏心部件。

5.根据权利要求4所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，所述偏心部件为凸轮。

6.根据权利要求4所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，所述偏心部件包括偏心轴和轴承，所述偏心轴的一端与电机的电机轴固定连接，所述偏心轴的另一端套接所述轴承。

7.根据权利要求4所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，所述电机的转速的范围为3000～5000r/min。

8.根据权利要求7所述的对半导体激光器输出的激光光斑进行匀光的系统，其特征在于，所述光纤的振幅范围为1～3mm。