一種大變倍比的變焦激光照明器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大變倍比的變焦激光照明器，第一透鏡組固定不動，第二組透鏡與第三組透鏡可以移動。在激光照明器變焦過程中，光束先通過第一透鏡組會聚再通過第二透鏡發(fā)散，最后第三透鏡再進(jìn)行會聚，通過調(diào)整第一透鏡組與光纖端面的距離可實(shí)現(xiàn)調(diào)整經(jīng)過第一透鏡組后的發(fā)散角大小，然后調(diào)整第二透鏡與第一透鏡組的間距可對該發(fā)散角進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)束，從而實(shí)現(xiàn)大于66倍的焦距變化，保證了變焦激光照明器的高透過率、高通光量、易裝配性，能實(shí)現(xiàn)了高通光量F1.8；第二透鏡與第三透鏡比第一透鏡組小很多，選擇驅(qū)動能力較小的電機(jī)即可；第一透鏡組固定不動相當(dāng)于變焦照明器有了一個類似玻璃窗口的裝置，防止灰塵進(jìn)入的同時能對變焦照明器起到很好的保護(hù)作用。
【專利說明】一種大變倍比的變焦激光照明器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變焦激光照明器，具體涉及一種大變倍比的變焦激光照明器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中利用成像原理設(shè)計(jì)的變焦照明器，光斑有清晰的邊緣，對激光器勻化效果、夜視照明距離有很大的改善，但是目前利用成像原理設(shè)計(jì)的變焦激光照明器，如中國專利文獻(xiàn)CN102252278A所述，采用遠(yuǎn)離光纖端面的兩個鏡片之間的間距變化實(shí)現(xiàn)光斑大小的變化，本專利中離光纖端面最遠(yuǎn)的一組鏡片為膠合鏡，口徑較其他兩個鏡片也大很多，這樣如果用電機(jī)驅(qū)動口徑較大的膠合鏡片移動實(shí)現(xiàn)光斑大小的變化，勢必需要較大驅(qū)動能力的電機(jī)，對電機(jī)的壽命也是一種考驗(yàn)，而且采用電機(jī)驅(qū)動較大的鏡片可能會帶來較大的噪聲；同時，變焦照明器最外面一組鏡片為膠合鏡片，最外面沒有加玻璃窗口，當(dāng)膠合鏡片變倍到不是最遠(yuǎn)離光纖端面時，灰塵容易進(jìn)入照明器，嚴(yán)重時可能污染到光纖端面，影響照明質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種大變倍比的變焦激光照明器，得到變倍比大、光束質(zhì)量高的光斑。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的一種大變倍比的變焦激光照明器，包括外鏡筒、內(nèi)鏡筒、光纖激光器和電機(jī)，所述光纖激光器經(jīng)過光纖形成光纖端面，所述內(nèi)鏡筒內(nèi)部前端固定有第一透鏡組，所述第一透鏡組與光纖端面之間依次設(shè)置有可移動的第二透鏡和第三透鏡，所述第二透鏡和第三透鏡均固定于透鏡座上，內(nèi)鏡筒位于外鏡筒的內(nèi)部，透鏡座處于內(nèi)鏡筒中；所述電機(jī)的輸出軸上設(shè)置有傳動齒輪，外鏡筒外圍設(shè)置有與傳動齒輪相嚙合的大齒輪；所述外鏡筒內(nèi)壁上開設(shè)有凸輪槽和螺紋槽，內(nèi)鏡筒沿光軸方向開設(shè)有兩個相對的導(dǎo)向槽，透鏡座的兩側(cè)固定有滑動桿；固定第二透鏡的透鏡座上的滑動桿穿過導(dǎo)向槽后置于凸輪槽內(nèi)，固定第三透鏡的透鏡座上的滑動桿穿過導(dǎo)向槽后置于螺紋槽內(nèi)。
[0005]所述外鏡筒內(nèi)壁上開設(shè)的凸輪槽和螺紋槽滿足:電機(jī)通過正轉(zhuǎn)驅(qū)使第二透鏡由最遠(yuǎn)處朝靠近光纖端面運(yùn)動的過程中，第三透鏡首先朝遠(yuǎn)離光纖端面運(yùn)動，再朝靠近光纖端面運(yùn)動。
[0006]所述變焦照明器的變倍比f2/fl彡66，且fl ( lmm, f2彡66mm，變焦激光照明器的總長度為92mm，其中，fl為變焦激光照明器短焦端的有效焦距，f2為變焦激光照明器長焦端的有效焦距。
[0007]所述第一透鏡組為一組具有正屈光力的膠合鏡片，包括鏡片一和鏡片二；所述第二透鏡為一片朝向光纖端面的具有負(fù)屈光力的負(fù)彎月透鏡；所述第三透鏡為一片具有正屈光力的雙凸透鏡。
[0008]所述第三透鏡與光纖端面之間的距離大于2mm。
[0009]所述鏡片二、第二透鏡和第三透鏡采用相同的玻璃材料，鏡片一采用與鏡片二不同的玻璃材料。
[0010]依次設(shè)鏡片一、鏡片二、第二透鏡和第三透鏡背向光纖端面的曲面分別為S1、S3、S5、S7，朝向光纖端面的曲面分別為S2、S4、S6、S8，所述曲面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8的曲率分別為 47.49,-47.49,-47.49,-300,300,7.07,7.07、-7.07。
[0011]工作原理:
本發(fā)明采用第二組透鏡與第三組透鏡相對移動來實(shí)現(xiàn)光斑角度的變化，第一透鏡組為凸透鏡，其對光纖激光器發(fā)出的光束起到會聚作用，第二透鏡負(fù)彎月透鏡對第一透鏡組凸透鏡匯聚后的光束起到發(fā)散作用。在激光照明器變焦過程中，光束先通過第一透鏡組會聚再通過第二透鏡發(fā)散，最后第三透鏡再進(jìn)行會聚，通過調(diào)整第一透鏡組距離光纖端面的距離可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整經(jīng)過第一透鏡組后的發(fā)散角大小，然后調(diào)整第二透鏡與第一透鏡組的間距可以對該發(fā)散角進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)束，從而實(shí)現(xiàn)照明器角度的變化。當(dāng)照明角度由大到小變化時，第一透鏡組固定不動，第二透鏡能夠始終向光纖端面方向移動，所述第三透鏡能夠先遠(yuǎn)離光纖端面再靠近光纖端面；當(dāng)照明角度由小到大變化時，第一透鏡組固定不動，第二透鏡能夠始終向遠(yuǎn)離光纖端面方向移動，所述第三透鏡能夠先靠近光纖端面再遠(yuǎn)離光纖端面。第二透鏡和第三透鏡的移動是通過電機(jī)驅(qū)動的，電機(jī)轉(zhuǎn)動時，將扭矩傳遞給電機(jī)輸出軸上的傳動齒輪，通過傳動齒輪與設(shè)置在外鏡筒上的大齒輪嚙合，再將扭矩傳遞給外鏡筒，外鏡筒就進(jìn)行轉(zhuǎn)動，由于外鏡筒內(nèi)壁上設(shè)置有凸輪槽和螺紋槽，凸輪槽和螺紋槽又與滑動桿一端連接，這就使得滑動桿開始運(yùn)動，這時滑動桿的運(yùn)動會受到設(shè)置在內(nèi)鏡筒上的導(dǎo)向槽的限位作用，使得連在滑動桿另一端的透鏡座帶動第二透鏡和第三透鏡只能做直線運(yùn)動。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
1、靠移動兩組透鏡來實(shí)現(xiàn)大于66倍的焦距變化，從而保證了變焦激光照明器的高透過率、高通光量、易裝配性，能實(shí)現(xiàn)了高通光量Fl.8。
[0013]2、第二透鏡與第三透鏡口徑都較第一透鏡組小很多，對應(yīng)透鏡的重量也會小很多，所以使用電機(jī)驅(qū)動第二透鏡與第三透鏡移動時選擇驅(qū)動能力較小的電機(jī)即可，并且鏡片口徑小和重量輕不會導(dǎo)致電機(jī)壽命的衰減。
[0014]3、采用三組鏡片中最遠(yuǎn)離光纖端面的第一透鏡組固定不動的方式設(shè)計(jì)變焦照明器，相當(dāng)于變焦照明器有了一個類似玻璃窗口的裝置，整個變焦照明器處于完全封閉的狀態(tài)，防止灰塵進(jìn)入，還能對變焦照明器起到很好的保護(hù)作用。
[0015]4、采用最遠(yuǎn)離光纖端面的第一透鏡組固定不動的方式能夠保證在變焦過程中光學(xué)系統(tǒng)的總長是一定的，在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時可以根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的總長進(jìn)行設(shè)計(jì)，而采用最遠(yuǎn)離光纖端面的第一透鏡組可以移動的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時需要根據(jù)變焦照明器在變焦過程中的光學(xué)系統(tǒng)最長的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以采用最遠(yuǎn)離光纖端面的第一透鏡組固定不動的方式可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的一種大變倍比的變焦激光照明器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的一種大變倍比的變焦激光照明器的光路圖。
[0018]圖1-2中:1、第一透鏡組，1-1、鏡片一，1-2、鏡片二，2、第二透鏡，3、第三透鏡，4、光纖端面，5、光纖激光器,6、電機(jī),7、滑動桿,8、內(nèi)鏡筒,9、外鏡筒,10、傳動齒輪,11、大齒輪，12、透鏡座，13、凸輪槽、14、螺紋槽，15、導(dǎo)向槽，S1、鏡片一的前曲面，S2、鏡片一的后曲面，S3、鏡片二的前曲面，S4、鏡片二的后曲面，S5、第二透鏡的前曲面，S6、第二透鏡的后曲面，S7、第三透鏡的前曲面，S8、第三透鏡的后曲面。
[0019]圖3是本發(fā)明的一種大變倍比的變焦激光照明器上的滑槽曲線示意圖。
[0020]圖3中:1、第二透鏡與光纖端面之間的間隔變化趨勢曲線，2、第三透鏡與光纖端面之間的間隔變化趨勢曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]本發(fā)明的大變倍比的變焦激光照明器結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括外鏡筒9、內(nèi)鏡筒8、光纖激光器5和電機(jī)6,所述光纖激光器5經(jīng)過光纖形成光纖端面4,所述內(nèi)鏡筒8內(nèi)部前端固定有第一透鏡組1，所述第一透鏡組I與光纖端面4之間依次設(shè)置有可移動的第二透鏡2和第三透鏡3，所述第二透鏡2和第三透鏡3均固定于透鏡座12上，內(nèi)鏡筒8位于外鏡筒9的內(nèi)部，透鏡座12處于內(nèi)鏡筒8中；所述電機(jī)6的輸出軸上設(shè)置有傳動齒輪10,外鏡筒9外圍設(shè)置有與傳動齒輪10相哨合的大齒輪11 ;所述外鏡筒9內(nèi)壁上開設(shè)有凸輪槽13和螺紋槽14，內(nèi)鏡筒8沿光軸方向開設(shè)有兩個相對的導(dǎo)向槽15，透鏡座12的兩側(cè)固定有滑動桿7 ;固定第二透鏡2的透鏡座12上的滑動桿7穿過導(dǎo)向槽15后置于凸輪槽13內(nèi)，固定第三透鏡3的透鏡座12上的滑動桿7穿過導(dǎo)向槽15后置于螺紋槽14內(nèi)。
[0023]所述外鏡9內(nèi)壁上開設(shè)的凸輪槽13和螺紋槽14滿足:電機(jī)6通過正轉(zhuǎn)驅(qū)使第二透鏡2由最遠(yuǎn)處朝靠近光纖端面4運(yùn)動的過程中，第三透鏡3首先朝遠(yuǎn)離光纖端面4運(yùn)動，再朝靠近光纖端面4運(yùn)動。
[0024]所述變焦照明器的變倍比f2/fl=66,且f2=66mm,變焦激光照明器的總長度為92mm，其中，fl為變焦激光照明器短焦端的有效焦距，f2為變焦激光照明器長焦端的有效焦距。
[0025]所述第一透鏡組為一組具有正屈光力的膠合鏡片，包括鏡片一和鏡片二；所述第二透鏡為一片朝向光纖端面的具有負(fù)屈光力的負(fù)彎月透鏡；所述第三透鏡為一片具有正屈光力的雙凸透鏡。
[0026]所述第三透鏡與光纖端面之間的距離為3mm。
[0027]所述鏡片二、第二透鏡和第三透鏡采用相同的玻璃材料，鏡片一采用與鏡片二不同的玻璃材料。
[0028]第一透鏡組、第二透鏡和第三透鏡采用如表I的具體參數(shù)設(shè)計(jì):
表I
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第3--707-7071-804 | I [ 5 表I中，鏡片或透鏡的前曲面是指背向光纖端面4的曲面，后曲面是指朝向光纖端面4的曲面。
[0029]當(dāng)變焦激光照明器工作時，由于變焦激光照明器結(jié)構(gòu)上采用凸輪槽和螺紋槽來實(shí)現(xiàn)第二透鏡以及第三透鏡與光纖端面之間的間隔變化，間隔的變化會導(dǎo)致光斑角度的變化，如圖3所示一種大變倍的變焦激光照明器上的滑槽曲線示意圖，圖中橫坐標(biāo)表示變焦照明器的焦距，單位為mm，縱坐標(biāo)表示透鏡距離光纖端面的間距，單位為mm。圖中曲線I代表第二透鏡與光纖端面之間的間隔變化趨勢，曲線2代表第三透鏡與光纖端面之間的間隔變化趨勢，在光斑角度由大變小時，即圖中橫坐標(biāo)從左到右變焦照明器焦距由短變長時，第二透鏡是始終遠(yuǎn)離光纖端面運(yùn)動的，其中焦距最短時，第二透鏡與光纖端面距離為65.42mm，焦距最長時，第二透鏡與光纖端面距離為5.36mm ;而第三透鏡是先遠(yuǎn)離光纖端面然后靠近光纖端面運(yùn)動的，其中焦距最短時，第三透鏡與光纖端面距離為4.43mm，焦距最長時，第三透鏡與光纖端面距離為2.29mm，在光斑角度變化過程中，第三透鏡與光纖端面的距離最遠(yuǎn)為4.84mm。
[0030]由于兩組透鏡分別與光纖端面的間隔發(fā)生的變化，導(dǎo)致光斑角度的變化，而且光斑角度的變化是連續(xù)的，在兩組透鏡變化的過程中，光斑的角度會始終朝著某一個方向(變大或變小)變化。同時，在本發(fā)明中，各種參數(shù)(曲率、鏡片厚度合材料)確定的前提下，為了實(shí)現(xiàn)變焦照明器焦距的變化從而實(shí)現(xiàn)變焦照明器角度的變化，滑槽曲線示意圖的曲線是唯一的。
【權(quán)利要求】
1.一種大變倍比的變焦激光照明器，包括外鏡筒(9 )、內(nèi)鏡筒(8 )、光纖激光器(5 )和電機(jī)(6)，所述光纖激光器(5)經(jīng)過光纖形成光纖端面(4)，所述內(nèi)鏡筒(8)內(nèi)部前端固定有第一透鏡組(1)，所述第一透鏡組(I)與光纖端面(4)之間依次設(shè)置有可移動的第二透鏡(2)和第三透鏡(3)，所述第二透鏡(2)和第三透鏡(3)均固定于透鏡座(12)上，內(nèi)鏡筒(8)位于外鏡筒(9)的內(nèi)部，透鏡座(12)處于內(nèi)鏡筒(8)中；其特征在于，所述電機(jī)(6)的輸出軸上設(shè)置有傳動齒輪(10 )，外鏡筒(9 )外圍設(shè)置有與傳動齒輪(10 )相嚙合的大齒輪(11);所述外鏡筒(9)內(nèi)壁上開設(shè)有凸輪槽(13)和螺紋槽(14)，內(nèi)鏡筒(8)沿光軸方向開設(shè)有兩個相對的導(dǎo)向槽(15 )，透鏡座(12 )的兩側(cè)固定有滑動桿(7 );固定第二透鏡(2 )的透鏡座(12)上的滑動桿(7)穿過導(dǎo)向槽(15)后置于凸輪槽(13)內(nèi)，固定第三透鏡(3)的透鏡座(12)上的滑動桿(7)穿過導(dǎo)向槽(15)后置于螺紋槽(14)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變倍比的變焦激光照明器，其特征在于，所述外鏡筒(9)內(nèi)壁上開設(shè)的凸輪槽(13)和螺紋槽(14)滿足:電機(jī)(6)通過正轉(zhuǎn)驅(qū)使第二透鏡(2)由最遠(yuǎn)處朝靠近光纖端面(4)運(yùn)動的過程中，第三透鏡(3)首先朝遠(yuǎn)離光纖端面(4)運(yùn)動，再朝靠近光纖端面(4)運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變倍比的變焦激光照明器，其特征在于，所述變焦照明器的變倍比f2/fl彡66，且fl ( lmm, f2彡66mm，變焦激光照明器的總長度為92_，其中，Π為變焦激光照明器短焦端的有效焦距，f2為變焦激光照明器長焦端的有效焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大變倍比的變焦激光照明器，其特征在于，所述第一透鏡組(I)為一組具有正屈光力的膠合鏡片，包括鏡片一(1-1)和鏡片二( 1-2);所述第二透鏡(2)為一片朝向光纖端面(4)的具有負(fù)屈光力的負(fù)彎月透鏡；所述第三透鏡(3)為一片具有正屈光力的雙凸透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大變倍比的變焦激光照明器，其特征在于，所述第三透鏡(3)與光纖端面(4)之間的距離大于2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大變倍比的變焦激光照明器，其特征在于，所述鏡片二(1-2)、第二透鏡(2)和第三透鏡(3)采用相同的玻璃材料，鏡片一(1-1)采用與鏡片二(1-2)不同的玻璃材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大變倍比的變焦激光照明器，其特征在于，依次設(shè)鏡片一、鏡片二、第二透鏡和第三透鏡背向光纖端面的曲面分別為S1、S3、S5、S7,朝向光纖端面的曲面分別為S2、S4、S6、S8，所述曲面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8的曲率分別為.47.49、-47.49、-47.49、-300,300,7.07,7.07、-7.07。
【文檔編號】G02B7/04GK104181669SQ201410403399
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】羅倩倩, 徐勤蒲, 付效奎, 祝傳省, 李明, 陶小凱 申請人:山東神戎電子股份有限公司