[發明專利]一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置

無效

• 申請號: 201110449168.7
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102519012A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 劉華;盧振武;辛迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于半導體照明領域，涉及一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置。

背景技術

隨著半導體激光器性能的提高，以半導體激光器為基礎的激光照明技術在安全防護監控領域應用越來越廣泛。尤其是一些進行一定距離以內路面監視的場景，要求能夠對需要監視的路面進行均勻有效的照明，從而及時發現路面異常情況，如機場跑道路面的出現石子等影響飛機起跑、降落的物體，鐵軌上出現影響車輛行駛的物體等。

目前常用的辦法是將激光照明器向路面傾斜一定角度，使得光照射到路面。但這種方式需要現場反復調整，同時照射范圍內的能量不均勻，近處亮，遠處暗，為了兼顧遠處，近處往往過亮，影響成像質量。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，該裝置在保證較高的光能利用率的同時，通過帶有非旋轉對稱自由曲面的透鏡，改變激光光束的傳播方向，使激光光斑均勻地投向需要照明地路面上，實現了照明目標面上較好的照度均勻性。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，該裝置包括：驅動電路板、風扇和機械封裝外殼，該裝置還包括：半導體激光管和透鏡；所述半導體激光管表面貼有光纖，半導體激光管發出的光線角度經光纖整形后，將快軸光線壓縮，形成光斑，所述透鏡接收長方形光斑后將光線均勻投向遠處地面。

本發明的有益效果是：本發明采用自由曲面透鏡對激光光束及進行能量分配，按照能量對應方式設計出來的自由曲面透鏡，可以在水平放置照明器的情況下，保證路面照射范圍內能量均勻。含有自由曲面的激光照明器調整過程簡單，不需要調整向下俯仰的角度，只需水平放置，光束自然向下偏轉，照射到路面，減少調整時間，降低安裝成本。

附圖說明

圖1本發明一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置的結構圖。

圖2本發明一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置的光路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，該裝置包括：驅動電路板3、風扇4和機械封裝外殼5，其特征在于，該裝置包括：半導體激光管1和透鏡2；所述半導體激光管1表面貼有光纖，半導體激光管1發出的光線角度經光纖整形后，將快軸光線壓縮，形成快軸發散角為10°，慢軸發散角為8°的長方形光斑，所述透鏡2接收長方形光斑后形成向下偏轉并能均勻照明目標面的光束，將光束均勻投向遠處地面。半導體激光管1利用金屬螺釘固定在機械封裝外殼5的底板上，透鏡2裝入鏡筒7后與半導體激光管1集成在一起，驅動電路板3和風扇4分別固定在機械封裝外殼5的底板上。半導體激光管1的發光芯片近似為點光源，光功率為2w，透鏡2的口徑D為4mm，其后表面6聚到激光發光面間距為10mm。本發明的關鍵技術在于對具有非旋轉對稱自由曲面的光學透鏡的設計。設計基于非成像能量映射原理：根據已知光源能量分布狀況和目標面上能量分布狀況，建立網格，光源的網格數目與目標面上的網格數量相同。同時利用積分方式計算出光源每個網格內的能量值。不考慮其他損失的情況下，由于能量守恒，目標面網格內的能量與光源網格內的能量相等。由于光源經過整形后的出射角度為快軸10°，慢軸8°，屬于四棱錐角，如圖2所示，為了便于設計，將其按照快軸、慢軸歸一化以后各20份進行分割，形成400個網格，441條計算光線。所有光線均由一點發出，形成理想點光源，則每條光線與光源網格的交點坐標為(N/10，M/10)，N＝0、±1、±2到±10，M＝0、±1、±2到±10。同時目標面為需要照射的路面，形狀為長方形，沿著路面方向為長方形的長邊，長度為L米，橫穿路面的方向為長方形的寬邊，寬度為W米。分別按照長邊、寬邊各20份進行分割，形成400個網格，441個光線照射點。假設點光源垂直放置路面中心的正上方H米，路面開始被照亮的位置與點光源沿路面方向的距離為D₁。以點光源為坐標原點，平行路面方向為x軸，垂直路面方向為z軸，橫穿路面方向為y軸，則路面上每個照射點的坐標為(D₁+L*N，(D₁+L*(N+10)/20，W*M/20，-H)，N＝0、±1、±2到±10，M＝0、±1、±2到±10。在光學設計軟件Zemax透鏡編輯窗口中，輸入點光源，透鏡和接收面。本實施例中，半導體激光管1到路面的垂直距離為H＝1.5米，路面開始被照亮的位置與點光源沿路面方向的距離為D₁＝20米，需要照射的路面為形狀為長方形，沿著路面方向長度為L＝40米，路面的寬度為W＝20米。設計出來的透鏡2由前后兩表面構成，前表面為平面，后表面6為自由曲面，滿足方程：