專利名稱：一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置的制作方法
一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，涉及一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置。
技術(shù)背景
隨著半導(dǎo)體激光器性能的提高，以半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)的激光照明技術(shù)在安全防護(hù)監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。尤其是一些進(jìn)行一定距離以內(nèi)路面監(jiān)視的場景，要求能夠?qū)π枰O(jiān)視的路面進(jìn)行均勻有效的照明，從而及時發(fā)現(xiàn)路面異常情況，如機(jī)場跑道路面的出現(xiàn)石子等影響飛機(jī)起跑、降落的物體，鐵軌上出現(xiàn)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(xiàn)場反復(fù)調(diào)整，同時照射范圍內(nèi)的能量不均勻，近處亮，遠(yuǎn)處暗，為了兼顧遠(yuǎn)處， 近處往往過亮，影響成像質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)了照明目標(biāo)面上較好的照度均勻性。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)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(qū)動電路板、風(fēng)扇和機(jī)械封裝外殼，該裝置還包括半導(dǎo)體激光管和透鏡；所述半導(dǎo)體激光管表面貼有光纖，半導(dǎo)體激光管發(fā)出的光線角度經(jīng)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(yuǎn)處地面。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用自由曲面透鏡對激光光束及進(jìn)行能量分配，按照能量對應(yīng)方式設(shè)計(jì)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(nèi)能量均勻。含有自由曲面的激光照明器調(diào)整過程簡單，不需要調(diào)整向下俯仰的角度，只需水平放置，光束自然向下偏轉(zhuǎn)，照射到路面，減少調(diào)整時間，降低安裝成本。


圖1本發(fā)明一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2本發(fā)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(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)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(qū)動電路板 3、風(fēng)扇4和機(jī)械封裝外殼5，其特征在于，該裝置包括半導(dǎo)體激光管1和透鏡2 ；所述半導(dǎo)體激光管1表面貼有光纖，半導(dǎo)體激光管1發(fā)出的光線角度經(jīng)光纖整形后，將快軸光線壓縮，形成快軸發(fā)散角為10°，慢軸發(fā)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(zhuǎn)并能均勻照明目標(biāo)面的光束，將光束均勻投向遠(yuǎn)處地面。半導(dǎo)體激光管1 利用金屬螺釘固定在機(jī)械封裝外殼5的底板上，透鏡2裝入鏡筒7后與半導(dǎo)體激光管1集成在一起，驅(qū)動電路板3和風(fēng)扇4分別固定在機(jī)械封裝外殼5的底板上。半導(dǎo)體激光管1的發(fā)光芯片近似為點(diǎn)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(fā)光面間距為10mm。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于對具有非旋轉(zhuǎn)對稱自由曲面的光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基于非成像能量映射原理根據(jù)已知光源能量分布狀況和目標(biāo)面上能量分布狀況，建立網(wǎng)格，光源的網(wǎng)格數(shù)目與目標(biāo)面上的網(wǎng)格數(shù)量相同。同時利用積分方式計(jì)算出光源每個網(wǎng)格內(nèi)的能量值。不考慮其他損失的情況下，由于能量守恒，目標(biāo)面網(wǎng)格內(nèi)的能量與光源網(wǎng)格內(nèi)的能量相等。由于光源經(jīng)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(shè)計(jì)，將其按照快軸、慢軸歸一化以后各20份進(jìn)行分割，形成400個網(wǎng)格， 441條計(jì)算光線。所有光線均由一點(diǎn)發(fā)出，形成理想點(diǎn)光源，則每條光線與光源網(wǎng)格的交點(diǎn)坐標(biāo)為(N/10，M/10), N = 0、士 1、士2 到士 10，M = 0、士 1、士2 到士 10。同時目標(biāo)面為需要照射的路面，形狀為長方形，沿著路面方向?yàn)殚L方形的長邊，長度為L米，橫穿路面的方向?yàn)殚L方形的寬邊，寬度為W米。分別按照長邊、寬邊各20份進(jìn)行分割，形成400個網(wǎng)格， 441個光線照射點(diǎn)。假設(shè)點(diǎn)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(diǎn)光源沿路面方向的距離為Dp以點(diǎn)光源為坐標(biāo)原點(diǎn)，平行路面方向?yàn)棣州S，垂直路面方向?yàn)棣戚S，橫穿路面方向?yàn)閥軸，則路面上每個照射點(diǎn)的坐標(biāo)為(Di+L*N，(D1+L*(N+10)/20, W*M/20，-H)，N = 0、士 1、士 2 到士 10，M = 0、士 1、士 2 到士 10。在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件 kmax 透鏡編輯窗口中，輸入點(diǎn)光源，透鏡和接收面。本實(shí)施例中，半導(dǎo)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(diǎn)光源沿路面方向的距離SD1 = 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(shè)計(jì)出來的透鏡2由前后兩表面構(gòu)成，前表面為平面，后表面6為自由曲面，滿足方程
權(quán)利要求
1.一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，該裝置包括驅(qū)動電路板(3)、風(fēng)扇(4) 和機(jī)械封裝外殼(5)，其特征在于，該裝置包括半導(dǎo)體激光管(1)和透鏡O)；所述半導(dǎo)體激光管(1)表面貼有光纖，半導(dǎo)體激光管(1)發(fā)出的光線角度經(jīng)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束均勻投向遠(yuǎn)處地面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光管(1)、透鏡O)、驅(qū)動電路板C3)和風(fēng)扇(4)集成在機(jī)械封裝外殼(5)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，其特征在于，所述光斑是快軸發(fā)散角為10°，慢軸發(fā)散角為8°的長方形光斑。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，其特征在于，所述透鏡O)的前表面為平面，后表面(6)為曲面，滿足方程
5.如權(quán)利要求1或4所述的一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，其特征在于，所述透鏡( 表面鍍膜。
6.如權(quán)利要求1或4所述的一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，其特征在于，所述透鏡( 材料為低溫玻璃或塑料。
7.如權(quán)利要求1或4所述的一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置，其特征在于，所述透鏡( 采用注塑、切削或膜壓任意一種方式進(jìn)行加工。
全文摘要
一種用于路面均勻照明的紅外激光燈裝置屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，該裝置包括驅(qū)動電路板、風(fēng)扇和機(jī)械封裝外殼，半導(dǎo)體激光管和透鏡；所述半導(dǎo)體激光管表面貼有光纖，半導(dǎo)體激光管發(fā)出的光線角度經(jīng)光纖整形后，將快軸光線壓縮，形成快軸發(fā)散角為10°，慢軸發(fā)散角為8°的長方形光斑，所述透鏡接收長方形光斑后將光線均勻投向遠(yuǎn)處地面。本發(fā)明采用自由曲面透鏡對激光光束及進(jìn)行能量分配，按照能量對應(yīng)方式設(shè)計(jì)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(nèi)能量均勻。含有自由曲面的激光照明器調(diào)整過程簡單，不需要調(diào)整向下俯仰的角度，只需水平放置，光束自然向下偏轉(zhuǎn)，照射到路面，減少調(diào)整時間，降低安裝成本。
文檔編號F21V5/04GK102519012SQ201110449168
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉華, 盧振武, 辛迪 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所