[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于水下相機(jī)照明系統(tǒng)的激光光束整形系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711343124.X
• 申請(qǐng)日: 2017-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN108037589A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李學(xué)龍;郝歌揚(yáng);吳國(guó)俊;呂沛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09;G03B15/03
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發(fā)明具體涉及一種應(yīng)用于水下相機(jī)照明系統(tǒng)的激光光束整形系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有相鄰微透鏡陣列之間傳輸?shù)墓馐l(fā)生干涉，干涉效果會(huì)造成嚴(yán)重的散斑效果，使光束質(zhì)量惡化的問題。該系統(tǒng)包括依次設(shè)置的激光器、雙列微透鏡陣列、終端發(fā)光導(dǎo)光棒和光束準(zhǔn)直透鏡；雙列微透鏡陣列包括第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列，第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列結(jié)構(gòu)、大小相同，均包括多個(gè)子透鏡；第一微透鏡陣列設(shè)置在激光器出光口外，第二微透鏡陣列放置在第一微透鏡陣列的后焦面上；終端發(fā)光導(dǎo)光棒前表面為毛面，后表面為光面，光線射入終端發(fā)光導(dǎo)光棒前表面后，從后表面射出進(jìn)入光束準(zhǔn)直透鏡，光線經(jīng)過光束準(zhǔn)直透鏡的準(zhǔn)直作用后，變?yōu)槠叫谐錾涞墓馐涑觥?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光照明領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于水下相機(jī)照明系統(tǒng)的激光光束整形系統(tǒng)，用于提高激光照明的光照均勻性和降低散斑效果。

背景技術(shù)

由于激光具有單色性好、亮度高、能量大等多種特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在顯示和照明領(lǐng)域，特別在水下成像領(lǐng)域，由于水體對(duì)自然光存在強(qiáng)烈的吸收和散射，采用自然光作為照明光源時(shí)光能的能量衰減大，傳輸距離短。因此在水下成像相機(jī)系統(tǒng)中，多采用激光光源進(jìn)行照明，但激光器直接出射的光斑服從高斯分布，能量分布不均勻，呈現(xiàn)中心能量大，邊緣能量低的特征，采用這種光源進(jìn)行照明，會(huì)影響水下相機(jī)的成像效果，無法直接使用，需要對(duì)激光直接出射的光斑整形為平頂光束，使其整個(gè)光斑的能量均勻分布。微透鏡陣列是由近百個(gè)尺寸僅有毫米級(jí)的微小透鏡組合而成的透鏡陣列，能夠?qū)⒏咚构馐螢槠巾敼馐诠馐晤I(lǐng)域已有較為廣泛的應(yīng)用。但由于微透鏡陣列的尺寸較小，相鄰微透鏡陣列之間傳輸?shù)墓馐鴷?huì)發(fā)生一定干涉，特別是在對(duì)高相干激光光源進(jìn)行整形時(shí)，干涉效果會(huì)造成嚴(yán)重的散斑效果，使光束質(zhì)量惡化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有相鄰微透鏡陣列之間傳輸?shù)墓馐l(fā)生干涉，干涉效果會(huì)造成嚴(yán)重的散斑效果，使光束質(zhì)量惡化的問題，提供一種應(yīng)用于水下相機(jī)照明系統(tǒng)的激光光束整形系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用微透鏡陣列將高斯光束整形為平頂光束，并通過終端發(fā)光導(dǎo)光棒降低光束的散斑效果，在提高光斑均勻性的同時(shí)有效抑制了激光散斑。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用于水下相機(jī)照明系統(tǒng)的激光光束整形系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的激光器、雙列微透鏡陣列、終端發(fā)光導(dǎo)光棒和光束準(zhǔn)直透鏡；所述雙列微透鏡陣列包括第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列，所述第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列結(jié)構(gòu)、大小相同，均包括多個(gè)子透鏡，多個(gè)子透鏡緊密排列且相互之間無縫隙設(shè)置；所述第一微透鏡陣列設(shè)置在激光器出光口外，所述第二微透鏡陣列放置在第一微透鏡陣列的后焦面上，所述第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列之間的相對(duì)距離等于第一微透鏡陣列的后焦距；所述第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列均與激光傳播方向垂直設(shè)置，所述第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列在水平方向?qū)R設(shè)置，保證由第一微透鏡陣列中的子透鏡出射的光束只能射入第二微透鏡陣列的對(duì)應(yīng)子透鏡；所述終端發(fā)光導(dǎo)光棒是截面為任意形狀的柱體，前表面為毛面，后表面為光面，前、后表面與激光傳播方向垂直設(shè)置；光線射入終端發(fā)光導(dǎo)光棒前表面后，在內(nèi)部不斷發(fā)生全反射，從后表面射出進(jìn)入光束準(zhǔn)直透鏡，光線經(jīng)過光束準(zhǔn)直透鏡的準(zhǔn)直作用后，變?yōu)槠叫泄馐涑觥?/p>

進(jìn)一步地，所述終端發(fā)光導(dǎo)光棒的前表面與第二微透鏡陣列之間的間距小于第二微透鏡陣列的后焦距，將終端發(fā)光導(dǎo)光棒放置在第二微透鏡陣列的后焦距以內(nèi)，可以使更多的光線射入終端發(fā)光導(dǎo)光棒，提高光線的能量利用率。

進(jìn)一步地，所述光束準(zhǔn)直透鏡與終端發(fā)光導(dǎo)光棒的后表面之間的間距等于光束準(zhǔn)直透鏡的前焦距，采用此距離設(shè)置時(shí)光線經(jīng)過光束準(zhǔn)直透鏡后會(huì)平行出射，準(zhǔn)直性最好。

進(jìn)一步地，所述子透鏡形狀為正方形或六邊形，采用正方形或六邊形的子透鏡，可以使多個(gè)子透鏡緊密排布，在微透鏡陣列尺寸一定的情況下最大程度提高子透鏡個(gè)數(shù)，提高光斑勻化率。

進(jìn)一步地，所述子透鏡的邊長(zhǎng)不大于0.5mm，個(gè)數(shù)不小于1000個(gè)，第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列的厚度不大于2mm。