專利名稱：勻光器及其光纖面板的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動光學(xué)(目標(biāo))標(biāo)志的勻光設(shè)備。
背景技術(shù)：
一種主動光學(xué)(目標(biāo))標(biāo)志器，為了具有體積小、重量輕和功耗少的優(yōu)點，同時保 障可靠性高、壽命長，并且滿足輻射功率大的要求，標(biāo)志器的光源優(yōu)選數(shù)只或數(shù)十只LEDs/ IREDs器件組成，但是其中每個器件都是點光源。這樣的標(biāo)志器輻射光強的空間分布是不 均勻的，在作為CCD光學(xué)成像敏感器合作目標(biāo)的應(yīng)用中，在較近距離范圍內(nèi)成像后會出現(xiàn) 花瓣。盡管標(biāo)志器的近場花瓣問題與攝像機的焦距有關(guān)，但是最根本的原因還是標(biāo)志器的 光源是數(shù)個或數(shù)十個點光源組成的，而且彼此之間又必須有一定的距離，只要攝像機焦距 足夠長，例如焦距等于或大于16mm，如果不加特別措施，成像后必然出現(xiàn)花瓣。如果LEDs/ IREDs器件的工作電流過小，使其處于欠輻射狀態(tài)，也是出現(xiàn)花瓣的一個可能的原因。顯然，為了保證標(biāo)志器輻射波束單峰、平滑和對稱的要求，在采用圓柱形結(jié)構(gòu)后， 還必須消除上述花瓣問題，其簡單易行的方法有二 一是盡可能減少發(fā)光器件發(fā)光點間的 距離，發(fā)光點間距離越小，花瓣越輕微；二是保障發(fā)光器件工作是處于正常工作狀態(tài)。但是， 由于LEDs/IREDs器件有一定尺寸，且考慮散熱問題，器件之間必須有一定的距離，因此真 正解決花瓣問題，特別是近場標(biāo)志器，必須在原設(shè)計的基礎(chǔ)上增加勻光器?，F(xiàn)有勻光器方案是在由下列五種勻光器方案的融合和優(yōu)選出來的，即1.基于積分球原理的方案在理論上該方案可實現(xiàn)的勻光性能最好，但是試驗表 明效率差，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，實現(xiàn)較困難，不能保持體積、重量和功耗都比較小的優(yōu)點。2.使用菲涅爾透鏡和復(fù)眼鏡的方案復(fù)眼鏡的小透鏡不能做得足夠小，勻光性受 到限制，不能滿足要求，體積也比較大。3.基于微粒導(dǎo)光板的方案微粒導(dǎo)光板又稱勻光板，在可見光波段且對均勻性要 求不高的情況下可以使用，目前國內(nèi)尚無近紅外波段的勻光板。4.軟光纖方案每根光纖相當(dāng)于復(fù)眼鏡的一個小透鏡，而光纖的直徑只有幾 幾 十微米，將數(shù)萬根的光纖適當(dāng)排布后可以實現(xiàn)所要求的勻光性。但是，由于手工排布，能夠 實現(xiàn)的發(fā)光面較小，精度較差，當(dāng)發(fā)光面較大時，輸入端與LEDs/IREDs的耦合也有困難，會 降低傳輸效率。5.硬光纖方案硬光纖即光學(xué)纖維面板，簡稱光纖面板，是由光學(xué)纖維與特種玻 璃材料溶結(jié)而成。光纖面板可以實現(xiàn)點光源到擴展面光源的轉(zhuǎn)變，同時具有光的聚集和增強作用。 在積分球的輸出口面上加上光纖面板，不但能增強輻射光束的均勻性，而且能增強所用波 束范圍內(nèi)的光強，在保持單峰、平滑、對稱前提下，可以簡化發(fā)光組件與積分球的耦合，保持 體積、重量和功耗都比較小的優(yōu)點，并且對LEDs/IREDs器件一致性和機械加工精度要求大 幅度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對近場標(biāo)志器光束成像后的花瓣問題，提供一種勻光器，能實 現(xiàn)標(biāo)志器數(shù)個點光源向擴展面光源的轉(zhuǎn)變，使其發(fā)光面上的亮度逼近均勻分布，成像后像 斑的空間分布不出現(xiàn)不可接受的花瓣，并且單峰、平滑與對稱。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)勻光器，其組成包括圓筒形殼體，所述的圓筒形殼體一端安裝高均勻性光學(xué)纖維 面板，另一端安裝發(fā)光組合，所述的發(fā)光組合包括電路板和一組發(fā)光器件。所述的勻光器，所述的發(fā)光器件為發(fā)光二極管或者為近紅外發(fā)光二極管。所述的勻光器，所述的發(fā)光器件的排列方式為一只發(fā)光器件安裝在中心，其余發(fā) 光器件安裝在圍繞中心發(fā)光器件呈圓形布局且其軸向與中心發(fā)光器件軸向之間具有一定 傾角。所述的勻光器，所述的發(fā)光器件之間具有LED骨架，所述的LED骨架下面具有LED 支撐架，所述的電路板外圍具有擋環(huán)。一種光纖面板在實現(xiàn)點光源到擴展面光源的轉(zhuǎn)變上的應(yīng)用。有益效果1.本發(fā)明發(fā)光器件使用發(fā)光二極管(LEDs)或近紅外發(fā)光二極管(IREDs)，規(guī)格為 Τ-13/4(Φ5πιπι)，其體積小、重量輕、功耗少、作用范圍大、穩(wěn)定性高、可靠性強，并且對其工 作狀態(tài)進行了 I類降額，壽命長(大于10年)。發(fā)光器件使用IREDs，容易消除陽光及其它 雜散光的干擾。2.本發(fā)明的圓柱形的主體結(jié)構(gòu)，容易實現(xiàn)圓錐形的輻射波束，且具有單峰、平滑和 對稱的特點，并且波束形狀容易調(diào)整，可根據(jù)應(yīng)用要求確定。3.本發(fā)明采用的高均勻性光學(xué)纖維面板即光纖面板是由數(shù)千萬根的光導(dǎo)纖維規(guī) 則排列后加溫、加壓熔合而成的，它在光學(xué)上具有零厚度，具有很高的集光能力和分辨率， 是性能優(yōu)良的光電成像和圖像傳輸元件。在結(jié)構(gòu)成分中，減少原有的吸收材料和適當(dāng)增加 原缺少的抗輻照材料，可以提高所傳輸光波的均勻性，并且可以工作在強輻照等惡劣環(huán)境 中。4.本發(fā)明采用的高均勻性光學(xué)纖維面板即光纖面板，其主要特性如下纖維直徑6士Ιμπι膨脹系數(shù)(89士幻X 10-7/°C理論數(shù)值孔徑NA > 1真空氣密性彡5 X 10-9乇 升/秒光譜透過范圍400 1200nm光譜透過率差值彡15%準(zhǔn)直透射比> 72 %，漫射透射比> 65 %透射比均勻性有效面積內(nèi)任意兩處透射比之差不大于5%允許的雞絲數(shù)和污點數(shù)盡可能少，且不集中分布剪切畸變彡30 μ m;蛇形畸變彡40 μ m;像位移彡100 μ m在勻光器應(yīng)用中的光透過率> 85 %在總劑量15Krad(Si)輻照后其900 IlOOnm波段光透過率的下降彡3. 5%能 在-60°C _70°C溫度環(huán)境中正常工作
光纖面板可以實現(xiàn)點光源到擴展面光源的轉(zhuǎn)變，同時具有光路的聚集和增強作 用。在積分球的輸出口面上加上光纖面板，不但能增強輻射光束的均勻性，而且能增強所用 波束范圍內(nèi)的光強，在保持單峰、平滑、對稱前提下，可以簡化發(fā)光組件與積分球的耦合，保 持體積、重量和功耗都比較小的優(yōu)點。與原方案比較，這種方案除增加勻光器外，其它結(jié)構(gòu) 不變，對IREDs器件一致性和機械加工精度要求大幅度降低，所以更簡單易行，試驗表明其 性能滿足指標(biāo)要求?？梢詫崿F(xiàn)將所用數(shù)只或數(shù)十只LEDs/IREDs的點光源到擴展面光源的 轉(zhuǎn)變，同時具有光路的聚集和增強作用。不但能增強輻射光束的均勻性，而且使勻光區(qū)的損 失小，能增強所用波束范圍內(nèi)的光強，在保持單峰、平滑、對稱前提下，可以簡化發(fā)光組件與 積分球的耦合，保持體積、重量和功耗都比較小的優(yōu)點。5.從附圖3可以看出，采用光纖面板，無論幾個IREDs器件工作，只要工作電流不 小于40mA，成像面上的像班都是很好的圓，可以精確地確定形(質(zhì))心。當(dāng)工作電流為40mA 時，輻射功率約為4. 8mW，輸出功率潛力大。6.從附圖4可以看出，當(dāng)攝像機不允許飽和時，通過減小光圈或減少積分時間或 加衰減器等方法，硬光纖方案仍能滿足工作要求，更有利于反雜光干擾；即使相對姿態(tài)達到 22. 5度，或者發(fā)光器件出現(xiàn)故障，成像仍然是很好的圓，單峰對稱，可以精確地確定形(質(zhì)) 心。7.從附圖5可以看出，在每個位置的成像都是單峰對稱的，有利于質(zhì)心的精確確定。8.從附圖6可以看出，光纖面板的空間光強分布曲線呈單峰平滑對稱，發(fā)散角足 夠?qū)挘?2. 5度亮度相對值為85. 6% > 84%，滿足任務(wù)書要求。


附圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是攝像機允許飽和時硬光纖樣燈在2米遠處發(fā)光器件故障狀態(tài)的試驗結(jié) 果，圖中(a)是8只管工作，工作電流是20mA ;(b)是7只管工作，工作電流是30mA ； (c)是 6只管工作，工作電流是40mA ； (d)是1只管工作，工作電流是40mA ； (e)是2只管工作，工 作電流是40mA;(f)是4只管工作，工作電流是40mA。附圖4是攝像機不允許飽和時硬光纖樣燈在2米遠處發(fā)光器件故障狀態(tài)的試驗結(jié) 果，圖中(a)是8只管工作，樣燈相對于攝像機的姿態(tài)是0度；(b)是8只管工作，樣燈相對 于攝像機的姿態(tài)是左22. 5度；(c)是8只管工作，樣燈相對于攝像機的姿態(tài)是右22. 5度； (d)是6只管工作；(e)是4只管工作；(f)是7只管工作，工作電流都是400mA，輻射功率約 為 48mW。附圖5是硬光纖樣燈相對于攝像機0度至40度的試驗結(jié)果，圖中(a)是0度；(b) 是 +5 度；(c)是 +10 度；(d)是 +15 度；(e)是 +20 度；(f)是 +22. 5 度；(g)是-5 度；(h) 是-10 度;⑴是-15 度；(j)是-20 度；(k)是-22. 5 度；(1)是 +25 度;(m)是 +30 度；(η) 是 +35 度；(ο)是 +40 度；(ρ)是-25 度；(q)是 _30 度；(r)是 _35 度；(s)是-40 度。附圖6是硬光纖樣燈的空間光強分布曲線。
具體實施例方式實施例1 勻光器，其組成包括圓筒形殼體6，所述的圓筒形殼體一端安裝高均勻性光學(xué)纖 維面板7，另一端安裝發(fā)光組合，所述的發(fā)光組合包括電路板4和一組發(fā)光器件1。所述的 發(fā)光器件為發(fā)光二極管。一種本產(chǎn)品為光纖面板在實現(xiàn)點光源到擴展面光源的轉(zhuǎn)變上的應(yīng)用的特例，光纖 面板還可以應(yīng)用到其他的用途。實施例2 上述的勻光器，所述的發(fā)光器件之間具有LED骨架2，所述的LED骨架下面具有 LED支撐架3，所述的電路板外圍具有擋環(huán)5。所述的發(fā)光器件為為近紅外發(fā)光二極管。原件特性要求在發(fā)光組合使用一組IREDs且滿足I類降額的條件下，主要光電特性如下(1)正向電流 IF :IF = 120 140mA ；(2)正向電壓Vf =Vf = 2. 2 2. 6V (在電路板上測量)；(3)峰值波長 λ ρ :Λρ = Λρο + ΑΛρ I Δ λ ρ I ( 2nm ；(4)譜線寬度 Δ λ Q 5 Δ λ Q 5 < 52nm ；(5)輻射光束特點呈圓錐形，單峰，平滑，對稱；(6)總輻射功率 Ptl =P0 彡 30mff ；
0.95 Wlm2Sr.對準(zhǔn)狀態(tài) WIm2Sr.偏轉(zhuǎn)24度
權(quán)利要求
1.一種勻光器，其組成包括圓筒形殼體，其特征是所述的圓筒形殼體一端安裝高均 勻性光學(xué)纖維面板，另一端安裝發(fā)光組合，所述的發(fā)光組合包括電路板和一組發(fā)光器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勻光器，其特征是所述的發(fā)光器件為發(fā)光二極管或者為近 紅外發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的勻光器，其特征是所述的發(fā)光器件的排列方式為一只 發(fā)光器件安裝在中心，其余發(fā)光器件安裝在圍繞中心發(fā)光器件呈圓形布局且其軸向與中心 發(fā)光器件軸向之間具有一定傾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的勻光器，其特征是所述的發(fā)光器件之間具有LED骨架， 所述的LED骨架下面具有LED支撐架，所述的電路板外圍具有擋環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的勻光器，其特征是所述的發(fā)光器件之間具有LED骨架，所述 的LED骨架下面具有LED支撐架，所述的電路板外圍具有擋環(huán)。
6.一種光纖面板在實現(xiàn)點光源到擴展面光源的轉(zhuǎn)變上的應(yīng)用。
全文摘要
勻光器及其光纖面板的用途。使用焦距等于或大于16mm的CCD攝像機，近場標(biāo)志器在較近距離范圍內(nèi)成像后有可能出現(xiàn)花瓣，均勻性不能滿足要求。要解決花瓣問題，特別是近場標(biāo)志器，必須在原設(shè)計的基礎(chǔ)上增加勻光器。本產(chǎn)品的組成包括圓筒形殼體(6)，所述的圓筒形殼體一端安裝高均勻性光學(xué)纖維面板(7)，另一端安裝發(fā)光組合，所述的發(fā)光組合包括電路板(4)和一組發(fā)光器件(1)。本產(chǎn)品是用于近場標(biāo)志器解決其均勻性問題的重要設(shè)施。
文檔編號F21V23/00GK102095086SQ200910073398
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者朱兵, 朱福珍, 李冬冬, 李金宗, 馬冬冬 申請人:李金宗