本发明提供了一种光斑整形匀化的方法及激光红外照明器，所述方法包括：利用锥形镜，对光束进行整形匀化。在本发明的实施例中，利用锥形镜，通过光斑混合叠加的方式，可以对激光光束进行整形匀化。相比现有的匀化方式，取得更好的匀化效果。并且，锥形镜可以为圆锥或者棱锥，选择方式较多样化。
1.一种光斑整形匀化的方法，其特征在于，所述方法包括：利用锥形镜对光束进行整形匀化，在所述利用锥形镜对光束进行整形匀化之前还包括步骤：利用透镜改变光束的发射角，并且所述透镜为双凸透镜，所述锥形镜为四棱锥，
在所述锥形镜为四棱锥的情况下：照明长度为50-75米时，四棱锥轴向长度的范围为1.50-1.80毫米，半锥角的范围为
照明长度为75-85米时，四棱锥轴向长度的范围为1.32-1.50毫米，半锥角的范围为
照明长度为85-95米时，四棱锥轴向长度的范围为1.22-1.32毫米，半锥角的范围为
照明长度为95-105米时，四棱锥轴向长度的范围为1.09-1.22毫米，半锥角的范围为
照明长度为105-115米时，四棱锥轴向长度的范围为1.00-1.09毫米，半锥角的范围为
照明长度为115-125米时，四棱锥轴向长度的范围为0.90-1.00毫米，半锥角的范围为
照明长度为125-135米时，四棱锥轴向长度的范围为0.82-0.90毫米，半锥角的范围为
照明长度为135-145米时，四棱锥轴向长度的范围为0.77-0.82毫米，半锥角的范围为
照明长度为145-155米时，四棱锥轴向长度的范围为0.71-0.77毫米，半锥角的范围为
照明长度为155-165米时，四棱锥轴向长度的范围为0.68-0.71毫米，半锥角的范围为
照明长度为165-175米时，四棱锥轴向长度的范围为0.63-0.68毫米，半锥角的范围为
照明长度为175-185米时，四棱锥轴向长度的范围为0.60-0.63毫米，半锥角的范围为
照明长度为185-195米时，四棱锥轴向长度的范围为0.57-0.60毫米，半锥角的范围为
照明长度为195-205米时，四棱锥轴向长度的范围为0.53-0.57毫米，半锥角的范围为
照明长度为205-300米时，四棱锥轴向长度的范围为0.33-0.53毫米，半锥角的范围为
2.一种激光红外照明器，包括外壳、电路板，其特征在于，所述激光红外照明器还包括光斑整形匀化的光学系统，所述光学系统包括光源，所述光源为半导体激光器LD，所述系统还包括：锥形镜，对光束进行整形匀化，
在所述光源与锥形镜之间还设置有透镜，所述透镜改变光束的发射角，并且所述透镜为双凸透镜，所述锥形镜为四棱锥，
在所述锥形镜为四棱锥的情况下：照明长度为50-75米时，四棱锥轴向长度的范围为1.50-1.80毫米，半锥角的范围为
照明长度为75-85米时，四棱锥轴向长度的范围为1.32-1.50毫米，半锥角的范围为
照明长度为85-95米时，四棱锥轴向长度的范围为1.22-1.32毫米，半锥角的范围为
照明长度为95-105米时，四棱锥轴向长度的范围为1.09-1.22毫米，半锥角的范围为
照明长度为105-115米时，四棱锥轴向长度的范围为1.00-1.09毫米，半锥角的范围为
照明长度为115-125米时，四棱锥轴向长度的范围为0.90-1.00毫米，半锥角的范围为
照明长度为125-135米时，四棱锥轴向长度的范围为0.82-0.90毫米，半锥角的范围为
照明长度为135-145米时，四棱锥轴向长度的范围为0.77-0.82毫米，半锥角的范围为
照明长度为145-155米时，四棱锥轴向长度的范围为0.71-0.77毫米，半锥角的范围为
照明长度为155-165米时，四棱锥轴向长度的范围为0.68-0.71毫米，半锥角的范围为
照明长度为165-175米时，四棱锥轴向长度的范围为0.63-0.68毫米，半锥角的范围为
照明长度为175-185米时，四棱锥轴向长度的范围为0.60-0.63毫米，半锥角的范围为
照明长度为185-195米时，四棱锥轴向长度的范围为0.57-0.60毫米，半锥角的范围为
照明长度为195-205米时，四棱锥轴向长度的范围为0.53-0.57毫米，半锥角的范围为
照明长度为205-300米时，四棱锥轴向长度的范围为0.33-0.53毫米，半锥角的范围为
3.根据权利要求2所述的激光红外照明器，其特征在于，所述激光红外照明器还包括固定透镜的透镜座，固定锥形镜的锥形镜座，以及固定所述LD的LD座。
一种光斑整形匀化的方法及激光红外照明器
技术领域
[0001] 本发明属于照明领域，尤其涉及一种光斑整形匀化的方法及激光红外照明器。
背景技术
[0002] 随着人们安全意识的增强，夜视技术以其特有的优势，逐步进入了人们的生活。由于激光照明器具有照明距离远、隐蔽性好、结构设计优化、产品寿命长、功耗低、产品安全性好、种类丰富等特点，受到广泛欢迎。激光照明器可与红外摄像机、黑白CCD摄像机或微光夜视设备配合使用，组成夜视监控系统，实现24小时连续安防监控，这使其成为远距离安防监控系统夜视照明设备的最佳选择。
[0003] 激光照明器主要应用于夜间视频监控。已经在很多领域中得到了广泛应用，如边疆海防，国防工程，夜视作战侦察，重要军事设施、军事机关、军队驻地，夜视作战指挥等场合；公安、司法、监狱、油田、工程建设、森林、海事、海关、港口、铁路、机场等场所；民用小区、街道等场所；代替传统的红外灯，成为性能优良的夜视红外照明装置。
[0004] 在激光红外照明器中，光源光束是椭圆高斯光束，光束的垂直发散角较大，其横场由于有高阶模的存在而呈若干长条状，使得光斑极不均匀。在对照明光斑均匀性要求较高的照明系统中，这成为制约激光照明器实际应用的主要瓶颈。
[0005] 为了得到均匀的照明效果，必须对激光照明器的输出光斑进行整形匀化。参阅图1，示出了当前普遍采用的匀化方式，即采用双凸透镜对半导体激光器(Laser Diode，LD)输出的光束进行准直(也就是改变光束的发射角)，从而改变在不同照明距离上照明光斑的大小。由于这种光学系统，只是简单的对光束发散角进行调整，这样LD光束本身存在的不均匀性，使得到的光斑中，将会出现光斑的不均匀性。因此，采用现有技术的匀化方式时，匀化效果较差。
发明内容
[0006] 本发明实施例的目的在于提供一种光斑整形匀化的方法，旨在解决采用现有技术的匀化方式时，匀化效果较差的问题。
[0007] 本发明实施例是这样实现的，一种光斑整形匀化的方法，所述方法包括：利用锥形镜对光束进行整形匀化。
[0008] 进一步地，所述锥形镜为圆锥。
[0009] 进一步地，所述锥形镜为由N个斜面构成的棱锥，所述N为4以上的整数。
[0010] 进一步地，在所述锥形镜为四棱锥的情况下：
[0011] 照明长度为50-75米时，四棱锥轴向长度的范围为1.50-1.80毫米，半锥角的范围为77.36-79.42度；
[0012] 照明长度为75-85米时，四棱锥轴向长度的范围为1.32-1.50毫米，半锥角的范围为79.42-80.67度；
[0013] 照明长度为85-95米时，四棱锥轴向长度的范围为1.22-1.32毫米，半锥角的范围为80.67-81.37度；
[0014] 照明长度为95-105米时，四棱锥轴向长度的范围为1.09-1.22毫米，半锥角的范围为81.37-82.28度；
[0015] 照明长度为105-115米时，四棱锥轴向长度的范围为1.00-1.09毫米，半锥角的范围为82.28-82.92度；
[0016] 照明长度为115-125米时，四棱锥轴向长度的范围为0.90-1.00毫米，半锥角的范围为82.92-83.62度；
[0017] 照明长度为125-135米时，四棱锥轴向长度的范围为0.82-0.90毫米，半锥角的范围为83.62-84.19度；
[0018] 照明长度为135-145米时，四棱锥轴向长度的范围为0.77-0.82毫米，半锥角的范围为84.19-84.55度；
[0019] 照明长度为145-155米时，四棱锥轴向长度的范围为0.71-0.77毫米，半锥角的范围为84.55-84.97度；
[0020] 照明长度为155-165米时，四棱锥轴向长度的范围为0.68-0.71毫米，半锥角的范围为84.97-85.18度；
[0021] 照明长度为165-175米时，四棱锥轴向长度的范围为0.63-0.68毫米，半锥角的范围为85.18-85.54度；
[0022] 照明长度为175-185米时，四棱锥轴向长度的范围为0.60-0.63毫米，半锥角的范围为85.54-85.75度；
[0023] 照明长度为185-195米时，四棱锥轴向长度的范围为0.57-0.60毫米，半锥角的范围为85.75-85.97度；
[0024] 照明长度为195-205米时，四棱锥轴向长度的范围为0.53-0.57毫米，半锥角的范围为85.97-86.25度；
[0025] 照明长度为205-300米时，四棱锥轴向长度的范围为0.33-0.53毫米，半锥角的范围为86.25-87.68度。
[0026] 进一步地，在所述利用锥形镜对光束进行整形匀化之前还包括步骤：利用透镜改变光束的发射角。
[0027] 本发明实施例的另一目的在于提供一种激光红外照明器，包括外壳、电路板，所述激光红外照明器还包括光斑整形匀化的光学系统，所述光学系统包括光源，所述光源为半导体激光器LD，所述系统还包括：
[0028] 锥形镜，对光束进行整形匀化。
[0029] 进一步地，在所述光源与锥形镜之间还设置有透镜，所述透镜改变光束的发射角。
[0030] 进一步地，所述激光红外照明器还包括固定透镜的透镜座，固定锥形镜的锥形镜座，以及固定所述LD的LD座。
[0031] 进一步地，所述锥形镜为圆锥或者由N个斜面构成的棱锥，所述N为4以上的整数。
[0032] 进一步地，在所述锥形镜为四棱锥的情况下：
[0033] 照明长度为50-75米时，四棱锥轴向长度的范围为1.50-1.80毫米，半锥角的范围为77.36-79.42度；
[0034] 照明长度为75-85米时，四棱锥轴向长度的范围为1.32-1.50毫米，半锥角的范围为79.42-80.67度；
[0035] 照明长度为85-95米时，四棱锥轴向长度的范围为1.22-1.32毫米，半锥角的范围为80.67-81.37度；
[0036] 照明长度为95-105米时，四棱锥轴向长度的范围为1.09-1.22毫米，半锥角的范围为81.37-82.28度；
[0037] 照明长度为105-115米时，四棱锥轴向长度的范围为1.00-1.09毫米，半锥角的范围为82.28-82.92度；
[0038] 照明长度为115-125米时，四棱锥轴向长度的范围为0.90-1.00毫米，半锥角的范围为82.92-83.62度；
[0039] 照明长度为125-135米时，四棱锥轴向长度的范围为0.82-0.90毫米，半锥角的范围为83.62-84.19度；
[0040] 照明长度为135-145米时，四棱锥轴向长度的范围为0.77-0.82毫米，半锥角的范围为84.19-84.55度；
[0041] 照明长度为145-155米时，四棱锥轴向长度的范围为0.71-0.77毫米，半锥角的范围为84.55-84.97度；
[0042] 照明长度为155-165米时，四棱锥轴向长度的范围为0.68-0.71毫米，半锥角的范围为84.97-85.18度；
[0043] 照明长度为165-175米时，四棱锥轴向长度的范围为0.63-0.68毫米，半锥角的范围为85.18-85.54度；
[0044] 照明长度为175-185米时，四棱锥轴向长度的范围为0.60-0.63毫米，半锥角的范围为85.54-85.75度；
[0045] 照明长度为185-195米时，四棱锥轴向长度的范围为0.57-0.60毫米，半锥角的范围为85.75-85.97度；
[0046] 照明长度为195-205米时，四棱锥轴向长度的范围为0.53-0.57毫米，半锥角的范围为85.97-86.25度；
[0047] 照明长度为205-300米时，四棱锥轴向长度的范围为0.33-0.53毫米，半锥角的范围为86.25-87.68度。
[0048] 在本发明的实施例中，利用锥形镜，通过光斑混合叠加的方式，可以对光束进行整形匀化。相比现有的匀化方式，取得更好的匀化效果。并且，锥形镜可以为圆锥或者棱锥，选择方式较多样化。尤其采用四棱锥作为锥形镜时，匀化效果也较好，光斑形状也较佳。
附图说明
[0049] 图1是现有技术提供的光斑整形匀化方法的实施示意图；
[0050] 图2是本发明实施例提供的光斑整形匀化的方法的实施示意图；
[0051] 图3是本发明实施例提供的锥形镜轴向长度与照明距离之间的关系示意图；
[0052] 图4是本发明实施例提供的锥形镜半锥角与照明距离之间的关系示意图；
[0053] 图5是本发明实施例提供的激光红外照明器的结构示意图。
具体实施方式
[0054] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0055] 图2示出了本发明实施例提供的光斑整形匀化方法，该方法包括利用锥形镜对光源射出的光束进行整形匀化。
[0056] 为了取得更佳的匀化效果，作为本发明的实施例，在该光源与锥形镜之间还设置有透镜，利用透镜改变光束的发射角。当采用双凸透镜时，匀化效果尤佳。
[0057] 以采用双凸透镜为例，其匀化过程为：当光源发出的高斯光束时，通过双凸透镜，该双凸透镜改变光束的发射角，通过锥形镜时，该锥形镜对所述双凸透镜输出的光束进行整形匀化，使光斑达到匀化的效果。
[0058] 作为本发明的实施例，该锥形镜为由N个斜面构成的棱锥，所述N为4以上的整数。为了便于说明问题，以由四个斜面构成的四棱锥(N＝4)为例，说明光斑的匀化过程。当光束垂直照射到锥形镜的底面上时，光斑被分成四部分，并且被改变一定的角度。设锥形镜某一面的半锥角为α，则通过这一面的光束在经过这面后的发散角改变量为：
[0059] δ＝(n-1)(π/2-α)
[0060] 当高斯光束通过锥形镜后，通过四面的光束分别向光轴方向偏转δ，这也使得位于光轴附近的高能量光束被发散到了光斑的边缘区域。通过选择合适的锥锥形镜角度，使得四个光束中位于低能量区的光斑能量相互叠加，从而达到光斑匀化的效果。
[0061] 作为本发明的另一实施例，该锥形镜可以为圆锥。当高斯光束入射到圆锥的底面上时，光线经底面折射后，由圆锥的侧面输出。当圆锥镜的半锥角为β时，在圆锥的任意横截面内，光轴两侧的光线经圆锥镜折射后改变的角度分别为：
[0062] ±δ′＝(n-1)(π/2-β)
[0063] 当高斯光束通过圆锥镜后，各横截面内的光束分别向光轴方向偏转δ′，这也使得位于光轴附近的高能量光束被发散到了光斑的边缘区域。通过选择合适的圆锥镜角度，使得光束中位于低能量区的光斑能量相互叠加，从而达到光斑匀化的效果。
[0064] 在利用这种方法对光斑进行整形匀化时，由于锥形镜是采用光斑相互叠加的方式对整个光斑进行整形匀化的，所以在特定的照明距离与光斑大小时，锥形镜的半锥角是唯一确定的，也就是一个照明距离对应一种锥形镜。
[0065] 参阅图3，图4，分别示出了锥形镜(这里指四棱锥)的轴向长度、半锥角与照明距离之间的关系。根据图3，可以看出随着照明距离的增加，锥形镜的轴向长度将逐渐减小。根据图4，可以看出随着照明距离的增加，锥形镜的半锥角将逐渐增加。
[0066] 根据照明距离的变化，可以确定四棱锥轴向长度的范围及半锥角的范围如下：
[0067] 照明长度为50-75米时，四棱锥轴向长度的范围为1.50-1.80毫米，半锥角的范围为77.36-79.42度；
[0068] 当照明长度为75-85米时，四棱锥轴向长度的范围为1.32-1.50毫米，半锥角的范围为79.42-80.67度；
[0069] 当照明长度为85-95米时，四棱锥轴向长度的范围为1.22-1.32毫米，半锥角的范围为80.67-81.37度；
[0070] 当照明长度为95-105米时，四棱锥轴向长度的范围为1.09-1.22毫米，半锥角的范围为81.37-82.28度；
[0071] 当照明长度为105-115米时，四棱锥轴向长度的范围为1.00-1.09毫米，半锥角的范围为82.28-82.92度；
[0072] 当照明长度为115-125米时，四棱锥轴向长度的范围为0.90-1.00毫米，半锥角的范围为82.92-83.62度；
[0073] 当照明长度为125-135米时，四棱锥轴向长度的范围为0.82-0.90毫米，半锥角的范围为83.62-84.19度；
[0074] 当照明长度为135-145米时，四棱锥轴向长度的范围为0.77-0.82毫米，半锥角的范围为84.19-84.55度；
[0075] 当照明长度为145-155米时，四棱锥轴向长度的范围为0.71-0.77毫米，半锥角的范围为84.55-84.97度；
[0076] 当照明长度为155-165米时，四棱锥轴向长度的范围为0.68-0.71毫米，半锥角的范围为84.97-85.18度；
[0077] 当照明长度为165-175米时，四棱锥轴向长度的范围为0.63-0.68毫米，半锥角的范围为85.18-85.54度；
[0078] 当照明长度为175-185米时，四棱锥轴向长度的范围为0.60-0.63毫米，半锥角的范围为85.54-85.75度；
[0079] 当照明长度为185-195米时，四棱锥轴向长度的范围为0.57-0.60毫米，半锥角的范围为85.75-85.97度；
[0080] 当照明长度为195-205米时，四棱锥轴向长度的范围为0.53-0.57毫米，半锥角的范围为85.97-86.25度；
[0081] 照明长度为205-300米时，四棱锥轴向长度的范围为0.33-0.53毫米，半锥角的范围为86.25-87.68度。
[0082] 参阅图5，为本发明实施例提供的激光红外照明器的结构，该激光红外照明器包括外壳53、电路板52，后盖51，该激光红外照明器还内置有光斑整形匀化的光学系统。该光学系统包括光源，此处，该光源为半导体激光器LD55。该光学系统还包括：锥形镜59，对输出的光束进行整形匀化。
[0083] 为了取得更佳的匀化效果，作为本发明的实施例，在该光源与锥形镜之间还设置有透镜57，所述透镜57改变光束的发射角。当所述透镜57采用双凸透镜时，匀化效果尤佳。
[0084] 为达到较好的实施目的，该激光红外照明器还包括固定透镜57的透镜座56，固定锥形镜59的锥形镜座58，以及固定所述LD55的LD座54。
[0085] 综上所述，在本发明的实施例中，利用锥形镜，通过光斑混合叠加的方式，可以对光束进行整形匀化。相比现有的匀化方式，取得更好的匀化效果。并且，锥形镜可以为圆锥或者棱锥，选择方式较多样化。尤其采用四棱锥作为锥形镜时，匀化效果也较好，光斑形状也较佳。并且随着照明距离的增加，锥形镜的轴向距离将减小，半锥角将会增加。
[0086] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
