[发明专利]一种应用于水下相机照明系统的激光光束整形系统

说明书

本发明具体涉及一种应用于水下相机照明系统的激光光束整形系统，主要解决现有相邻微透镜阵列之间传输的光束发生干涉，干涉效果会造成严重的散斑效果，使光束质量恶化的问题。该系统包括依次设置的激光器、双列微透镜阵列、终端发光导光棒和光束准直透镜；双列微透镜阵列包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列结构、大小相同，均包括多个子透镜；第一微透镜阵列设置在激光器出光口外，第二微透镜阵列放置在第一微透镜阵列的后焦面上；终端发光导光棒前表面为毛面，后表面为光面，光线射入终端发光导光棒前表面后，从后表面射出进入光束准直透镜，光线经过光束准直透镜的准直作用后，变为平行出射的光束射出。

技术领域

本发明涉及激光照明领域，具体涉及一种应用于水下相机照明系统的激光光束整形系统，用于提高激光照明的光照均匀性和降低散斑效果。

背景技术

由于激光具有单色性好、亮度高、能量大等多种特点，被广泛应用在显示和照明领域，特别在水下成像领域，由于水体对自然光存在强烈的吸收和散射，采用自然光作为照明光源时光能的能量衰减大，传输距离短。因此在水下成像相机系统中，多采用激光光源进行照明，但激光器直接出射的光斑服从高斯分布，能量分布不均匀，呈现中心能量大，边缘能量低的特征，采用这种光源进行照明，会影响水下相机的成像效果，无法直接使用，需要对激光直接出射的光斑整形为平顶光束，使其整个光斑的能量均匀分布。微透镜阵列是由近百个尺寸仅有毫米级的微小透镜组合而成的透镜阵列，能够将高斯光束整形为平顶光束，在光束整形领域已有较为广泛的应用。但由于微透镜阵列的尺寸较小，相邻微透镜阵列之间传输的光束会发生一定干涉，特别是在对高相干激光光源进行整形时，干涉效果会造成严重的散斑效果，使光束质量恶化。

发明内容

本发明的目的是解决现有相邻微透镜阵列之间传输的光束发生干涉，干涉效果会造成严重的散斑效果，使光束质量恶化的问题，提供一种应用于水下相机照明系统的激光光束整形系统，该系统采用微透镜阵列将高斯光束整形为平顶光束，并通过终端发光导光棒降低光束的散斑效果，在提高光斑均匀性的同时有效抑制了激光散斑。

本发明的技术方案是：

一种应用于水下相机照明系统的激光光束整形系统，包括依次设置的激光器、双列微透镜阵列、终端发光导光棒和光束准直透镜；所述双列微透镜阵列包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列结构、大小相同，均包括多个子透镜，多个子透镜紧密排列且相互之间无缝隙设置；所述第一微透镜阵列设置在激光器出光口外，所述第二微透镜阵列放置在第一微透镜阵列的后焦面上，所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列之间的相对距离等于第一微透镜阵列的后焦距；所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列均与激光传播方向垂直设置，所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列在水平方向对齐设置，保证由第一微透镜阵列中的子透镜出射的光束只能射入第二微透镜阵列的对应子透镜；所述终端发光导光棒是截面为任意形状的柱体，前表面为毛面，后表面为光面，前、后表面与激光传播方向垂直设置；光线射入终端发光导光棒前表面后，在内部不断发生全反射，从后表面射出进入光束准直透镜，光线经过光束准直透镜的准直作用后，变为平行光束射出。

进一步地，所述终端发光导光棒的前表面与第二微透镜阵列之间的间距小于第二微透镜阵列的后焦距，将终端发光导光棒放置在第二微透镜阵列的后焦距以内，可以使更多的光线射入终端发光导光棒，提高光线的能量利用率。

进一步地，所述光束准直透镜与终端发光导光棒的后表面之间的间距等于光束准直透镜的前焦距，采用此距离设置时光线经过光束准直透镜后会平行出射，准直性最好。

进一步地，所述子透镜形状为正方形或六边形，采用正方形或六边形的子透镜，可以使多个子透镜紧密排布，在微透镜阵列尺寸一定的情况下最大程度提高子透镜个数，提高光斑匀化率。

进一步地，所述子透镜的边长不大于0.5mm，个数不小于1000个，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的厚度不大于2mm。