專(zhuān)利名稱(chēng)：補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了保障列車(chē)的行車(chē)安全，需要對(duì)列車(chē)進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法效率很低，目前多采用運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)車(chē)底和列車(chē)側(cè)壁進(jìn)行圖像拍攝，再由檢查人員通過(guò)計(jì)算機(jī)瀏覽拍攝的圖片進(jìn)行故障檢測(cè)。拍攝圖像的方法多采用相機(jī)陣列或者高速工業(yè)線陣掃描相機(jī)進(jìn)行。無(wú)論采用哪種方法都需要補(bǔ)償光源來(lái)減小環(huán)境，如陽(yáng)光的影響，提高相機(jī)的抗干擾能力，保證檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前的補(bǔ)償光源系統(tǒng)一般采用近紅外波段的半導(dǎo)體激光器，要求其呈現(xiàn)長(zhǎng)條形、光強(qiáng)較強(qiáng)且均勻的光斑。長(zhǎng)條形光斑是由相機(jī)的拍攝方式?jīng)Q定的，光斑的寬度需要符合相機(jī)的掃描寬度，長(zhǎng)度需要與被拍照物體的尺寸符合，光斑強(qiáng)度越強(qiáng)則相機(jī)曝光時(shí)間越短進(jìn)而相機(jī)掃描速度越快，光斑均勻則可以防止拍攝出的圖像亮度不均勻。但是現(xiàn)有技術(shù)中，補(bǔ)償光源系統(tǒng)對(duì)激光的利用率普遍偏低，導(dǎo)致補(bǔ)償光源的光強(qiáng)較弱，抗干擾能力較差，且相機(jī)曝光時(shí)間較長(zhǎng)，只能滿足較低速行進(jìn)的列車(chē)的檢測(cè)，而對(duì)于高速列車(chē)，由于曝光時(shí)間較長(zhǎng)影響了相機(jī)掃描速度，進(jìn)而影響了檢測(cè)系統(tǒng)的使用。另外，現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的光斑也不夠均勻，容易存在熱點(diǎn)。如圖1至圖2所示，是公開(kāi)號(hào)為CN 101871602 A的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所公開(kāi)的一種均勻照明的激光線光源系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)沿激光的傳輸方向順次設(shè)置圓透鏡10’以及棱鏡20’，理論上能在O. 5米至2米的距離范圍內(nèi)使光強(qiáng)穩(wěn)定。激光經(jīng)過(guò)圓透鏡10’后照射到棱鏡20’表面的光斑為圓形光斑11’，假設(shè)此圓形光斑11’的直徑為d，棱鏡20’的曲面部分在與激光光束傳播方向垂直的平面上的投影部分21’的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為d0，容易看出圓形光斑11’只有位于重疊區(qū)域30’中的部分可以經(jīng)過(guò)棱鏡20’的折射被利用，激光利用率很低。另外，當(dāng)要得到較大角度的光束時(shí)，要求棱鏡20’的曲率半徑很小，這就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)像差很大，光斑不均勻。如果要提高激光利用率，即增大重疊區(qū)域30’，需要增大棱鏡20’的投影部分21’的寬度do，或減小圓形光斑11’的直徑d。如果增大投影部分21’的寬度dO，則需要增大投影部分21’的曲率半徑，這樣會(huì)造成經(jīng)過(guò)棱鏡20’的激光光束發(fā)散角減小，進(jìn)而導(dǎo)致照射到被拍攝物體上的光斑長(zhǎng)度與被拍攝物體的長(zhǎng)度不相適應(yīng)。如果減小圓形光斑11’的直徑d，則會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)棱鏡20’折射的光斑寬度太小，無(wú)法滿足相機(jī)的掃描寬度要求，進(jìn)而對(duì)相機(jī)的曝光產(chǎn)生影響。不管是凸透鏡還是凹透鏡，當(dāng)其曲率半徑變小時(shí)，同樣的光束經(jīng)過(guò)其折射后的光像差會(huì)變大，這樣的話光斑質(zhì)量會(huì)不均勻?，F(xiàn)有技術(shù)前面采用圓透鏡，后面采用棱鏡，最終形成的細(xì)長(zhǎng)光線的寬度是由前面的圓透鏡決定的，長(zhǎng)度是由后面的棱鏡決定的，如果經(jīng)過(guò)圓透鏡后照射到后面的棱鏡的光斑太大，則有部分光不能被折射，光利用率低，如果減小光斑使整個(gè)光斑都能照射到曲面部分，則光斑的寬度不夠。而且，按照現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)計(jì)，要達(dá)到60度的發(fā)散角，曲率半徑已經(jīng)很小了，這時(shí)像差很大，要增加發(fā)散角的話，要使曲率半徑更小，這樣的話后面的棱鏡就會(huì)變得更加細(xì)長(zhǎng)，前面描述的問(wèn)題會(huì)更加突出。因此，此專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)的技術(shù)方案，無(wú)法在保證光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求的同時(shí)保證較高的激光利用率。而且，由于經(jīng)過(guò)棱鏡20’的激光光束發(fā)散角只有60度，當(dāng)進(jìn)行車(chē)底拍攝時(shí)，由于距離太近，產(chǎn)生的光斑長(zhǎng)度不夠，往往需要一排設(shè)置兩個(gè)或更多激光器，而鐵軌之間的空間有限，工藝上也比較難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合參見(jiàn)圖3，是公開(kāi)號(hào)為CN 201966484 U的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所公開(kāi)的一種發(fā)近平行發(fā)散光的激光器，包括圓透鏡10”和棱鏡20”，由于經(jīng)過(guò)圓透鏡10”照射到棱鏡20”上的光斑仍舊為圓形光斑，與前一專(zhuān)利申請(qǐng)的技術(shù)方案一樣，也無(wú)法保證在光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求的同時(shí)保證較高的激光利用率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種使光斑符合相機(jī)拍攝要求的同時(shí)可以提高激光利用率且光斑非常均勻的補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)，包括具有光纖的激光發(fā)生裝置，光纖具有光輸出端，補(bǔ)償光源系統(tǒng)還包括光束整形組件，光束整形組件包括第一光束整形機(jī)構(gòu)，與光纖的光輸出端相對(duì)設(shè)置以調(diào)整從光輸出端傳出的激光光束的發(fā)散角；以及工程漫射體，位于第一光束整形機(jī)構(gòu)背向光纖的光輸出端的一側(cè)。進(jìn)一步地，第一光束整形機(jī)構(gòu)包括柱形平凸透鏡。進(jìn)一步地，第一光束整形機(jī)構(gòu)還包括柱形平凹透鏡，柱形平凹透鏡與柱形平凸透鏡沿光纖的光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。進(jìn)一步地，第一光束整形機(jī)構(gòu)包括整形凸透鏡。進(jìn)一步地，整形凸透鏡有多個(gè)，多個(gè)整形凸透鏡沿光纖的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。進(jìn)一步地，第一光束整形機(jī)構(gòu)還包括凹透鏡，凹透鏡與整形凸透鏡沿光纖的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。進(jìn)一步地，凹透鏡有多個(gè)，多個(gè)凹透鏡沿光纖的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。進(jìn)一步地，整形凸透鏡為平凸透鏡，凹透鏡為平凹透鏡。進(jìn)一步地，光束整形組件還包括套設(shè)在第一光束整形機(jī)構(gòu)以及工程漫射體外的外殼。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備，包括補(bǔ)償光源系統(tǒng)，該補(bǔ)償光源系統(tǒng)為前述任一種的補(bǔ)償光源系統(tǒng)。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過(guò)設(shè)置激光發(fā)生裝置和光束整形組件，激光發(fā)生裝置包括光纖，光纖具有光輸出端，光束整形組件包括沿光纖光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置的第一光束整形機(jī)構(gòu)以及工程漫射體，其中第一光束整形機(jī)構(gòu)與光纖的光輸出端相對(duì)設(shè)置以調(diào)整從所述光輸出端傳出的激光光束的發(fā)散角。第一光束整形機(jī)構(gòu)和工程漫射體能夠各自對(duì)激光光束的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，使其最終形成的光斑形狀符合拍攝需要，即第一光束整形機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)整激光光束在一個(gè)方向的發(fā)散角來(lái)調(diào)整最終形成的光斑的寬度，而工程漫射體通過(guò)調(diào)整激光光束在另一個(gè)方向的發(fā)散角來(lái)調(diào)整最終形成的光斑的長(zhǎng)度，并能有效地使光斑勻化，這樣可以使調(diào)整過(guò)程更加簡(jiǎn)便。另外，由于工程漫射體為厚度小于2毫米的片狀結(jié)構(gòu)，且對(duì)照射到其表面的激光透過(guò)率達(dá)90%，因此只要工程漫射體的尺寸與經(jīng)過(guò)第一光束整形機(jī)構(gòu)后照射在工程漫射體上的光斑相適應(yīng)，就能達(dá)到很高的激光利用效率。所以，本實(shí)用新型的技術(shù)方案可以保證在提高激光的利用率和勻化光斑的同時(shí)使光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求。

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的均勻照明的激光線光源系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了經(jīng)過(guò)圓透鏡的激光光束照射在棱鏡上的光斑示意圖；圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)近平行發(fā)散光的激光器的示意圖；圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的補(bǔ)償光源系統(tǒng)的示意圖；圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的整形凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的整形凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的另一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的柱形平凸透鏡的示意圖；圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的柱形平凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的柱形平凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的另一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖10示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的凹透鏡、整形凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖11示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的凹透鏡、整形凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的另一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖12示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的柱形平凹透鏡、柱形平凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖13示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的柱形平凹透鏡、柱形平凸透鏡與工程漫射體相配合對(duì)激光光束的另一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整的示意圖；圖14示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的激光光束經(jīng)過(guò)第一光束整形機(jī)構(gòu)后擴(kuò)散的不意圖；以及圖15示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的激光光束經(jīng)過(guò)第一光束整形機(jī)構(gòu)后匯聚的示意圖。
具體實(shí)施方式
[0038]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。如圖4至圖15所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，提供了一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)，包括激光發(fā)生裝置50以及及光束整形組件。結(jié)合參見(jiàn)圖4，激光發(fā)生裝置50用于發(fā)射激光光束，激光發(fā)生裝置50包括光纖51,光纖51具有光輸出端,激光光束在光纖51內(nèi)傳輸一定距離后從光輸出端傳出。光束整形組件用于調(diào)整激光光束的發(fā)散角，以使激光光束最終投射形成的光斑形狀符合使用要求。光束整形組件包括第一光束整形機(jī)構(gòu)80、工程漫射體90以及外殼70。第一光束整形機(jī)構(gòu)80與光纖51的光輸出端相對(duì)設(shè)置,能夠?qū)Υ┻^(guò)其的激光光束的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，以使最終形成的光斑的寬度符合要求。工程漫射體90位于第一光束整形機(jī)構(gòu)80背向光纖51的光輸出端的一側(cè)，即第一光束整形機(jī)構(gòu)80與工程漫射體90沿從光纖51的光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。工程漫射體90用來(lái)調(diào)整激光光束的發(fā)散角以使最終形成的光斑的長(zhǎng)度符合要求，并能有效地使光斑勻化。外殼70套設(shè)在第一光束整形機(jī)構(gòu)80以及工程漫射體90外，用于對(duì)第一光束整形機(jī)構(gòu)80和第二光束整形機(jī)構(gòu)90起到固定保護(hù)的作用。光纖51的光輸出端與外殼70固定連接,為了方便光纖51的光輸出端與外殼70的連接固定，外殼70上具有光纖連接頭插孔711，光纖連接頭插孔711具有外螺紋，光纖51的光輸出端具有光纖連接頭，光纖連接頭具有與光纖連接頭插孔711的外螺紋相配合的內(nèi)螺紋，光纖連接頭穿設(shè)在光纖連接頭插孔711中螺接固定，且光纖51的光輸出端傳出的激光光束順次經(jīng)過(guò)第一光束整形機(jī)構(gòu)80和工程漫射體90后傳出外殼70，并形成所需要的光斑。優(yōu)選地，光纖連接器做成標(biāo)準(zhǔn)的SMA905的形式。結(jié)合參見(jiàn)圖5和圖6，在本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，第一光束整形機(jī)構(gòu)80包括整形凸透鏡82。整形凸透鏡82會(huì)改變?nèi)肷涔馐陌l(fā)散角。優(yōu)選地，將光纖51的光輸出端，即出光點(diǎn)放置在整形凸透鏡82的前焦點(diǎn)位置以使經(jīng)過(guò)整形凸透鏡82折射后的光束為準(zhǔn)直光束，照射到工程漫射體90上的光斑為圓形光斑，該圓形光斑的直徑即為最終形成的光斑在寬度方向的尺寸。設(shè)最終形成的光斑的寬度方向?yàn)閄方向，長(zhǎng)度方向?yàn)閥方向，則工程漫射體90在使光斑勻化的同時(shí)在y方向上對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，而在X方向上光束仍舊為準(zhǔn)直，以使最終形成的光斑的長(zhǎng)度符合要求。整形凸透鏡82可以有多個(gè)，多個(gè)整形凸透鏡82沿光纖51的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。當(dāng)采用一個(gè)整形凸透鏡82時(shí)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以滿足一般應(yīng)用。當(dāng)采用多個(gè)整形凸透鏡82時(shí)，可以更好地減小像差，提高最終形成的光斑的均勻性，同時(shí)可以增加每個(gè)整形凸透鏡82的曲率半徑，減小加工難度。整形凸透鏡82可以是圓透鏡，包括兩面突出、平凸或非球面透鏡。結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖9，在本實(shí)用新型的另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，第一光束整形機(jī)構(gòu)80包括柱形平凸透鏡86，，該柱形平凸透鏡86具有相對(duì)設(shè)置的矩形平面以及凸面。為了方便安裝在外殼70內(nèi)，柱形平凸透鏡86的矩形平面朝向光纖51的光輸出端，而柱形平凸透鏡86的第一凸面背向光纖51的光輸出端。結(jié)合參見(jiàn)圖8和圖9，柱形平凸透鏡86的特性是，在其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角不產(chǎn)生影響，而在垂直于其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角進(jìn)行壓縮。優(yōu)選地，將光纖51的光輸出端，即出光點(diǎn)置于柱形平凸透鏡86的前焦點(diǎn)位置，柱形平凸透鏡86在垂直于其母線方向會(huì)壓縮激光光束的發(fā)散角，以使其成為準(zhǔn)直光束，而工程漫射體90不會(huì)對(duì)該方向的激光光束發(fā)散角產(chǎn)生影響，則激光光束在穿過(guò)柱形平凸透鏡86后投射在工程漫射體90上的光斑中，沿垂直于柱形平凸透鏡86母線方向的寬度為最終形成的光斑的寬度。柱形平凸透鏡86母線方向上的曲率半徑為無(wú)窮大，經(jīng)過(guò)柱形平凸透鏡86透射的激光光束在其母線方向的發(fā)散角不受影響，以原有角度投射到工程漫射體90上，工程漫射體90在使光斑勻化的過(guò)程中對(duì)該方向的激光光束發(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)束，以使最終形成的光斑的長(zhǎng)度符合要求。激光光束在垂直于柱形平凸透鏡86母線方向的發(fā)散角的大小，既可以通過(guò)調(diào)節(jié)柱形平凸透鏡86與光纖51的光輸出端端面之間的距離來(lái)調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)更換不同曲率半徑的柱形平凸透鏡86從而改變其焦距來(lái)調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)柱形平凸透鏡86后的激光光束在垂直于柱形平凸透鏡86母線方向上的發(fā)散角可以是發(fā)散、會(huì)聚或準(zhǔn)直的，具體應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要而調(diào)節(jié)。當(dāng)所需要的光斑寬度確定時(shí)，應(yīng)該采用準(zhǔn)直的方案來(lái)達(dá)到更加穩(wěn)定的效果。這里，柱形平凸透鏡86不僅可以是單個(gè)柱形平凸透鏡，也可以由多個(gè)沿激光光束傳輸方向順次設(shè)置的柱形平凸透鏡86組成。當(dāng)使用單個(gè)柱形平凸透鏡86時(shí)，補(bǔ)償光源系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工；當(dāng)使用多個(gè)柱形平凸透鏡86時(shí)，可以增大每個(gè)柱形平凸透鏡86的曲率半徑，降低加工難度，更好地減小像差和提高光斑均勻性。結(jié)合參見(jiàn)圖10至圖13，一些情況下，要求最終形成的光斑的寬度較寬，但是整個(gè)補(bǔ)償光源系統(tǒng)的體積又受到一定限制，這時(shí)可以先對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束后在對(duì)其做準(zhǔn)直處理。結(jié)合參見(jiàn)圖10和圖11，在本實(shí)用新型的另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，第一光束整形機(jī)構(gòu)80在包括了整形凸透鏡82的基礎(chǔ)上進(jìn)一步包括凹透鏡85，凹透鏡85與整形凸透鏡82沿光纖51的光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。經(jīng)過(guò)凹透鏡85對(duì)激光光束X方向擴(kuò)束后再由整形凸透鏡82進(jìn)行準(zhǔn)直處理，形成的圓形光斑照射到工程漫射體90上，工程漫射體90對(duì)光束y方向進(jìn)行擴(kuò)束，這樣可以得到寬度較寬同時(shí)長(zhǎng)度也符合要求的光斑，還不會(huì)增加補(bǔ)償光源系統(tǒng)的體積。為了減小像差，這里的整形凸透鏡82和凹透鏡85也可以有多個(gè)，從而增大每個(gè)整形凸透鏡82和凹透鏡85的曲率半徑，從而改善光斑質(zhì)量。結(jié)合參見(jiàn)圖12和圖13，在本實(shí)用新型的另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，第一光束整形機(jī)構(gòu)80在包括了柱形平凸透鏡86的基礎(chǔ)上還包括了柱形平凹透鏡83，柱形平凹透鏡83與柱形平凸透鏡86沿光纖51的光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。該柱形平凹透鏡83具有相對(duì)設(shè)置的矩形平面以及凹面，柱形平凹透鏡83的特性是，在其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角不產(chǎn)生影響，而在垂直于其母線方向?qū)獾陌l(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)束。柱形平凹透鏡83和柱形平凸透鏡86的母線方向平行設(shè)置，在該方向上不改變穿過(guò)其的激光光束的發(fā)散角，而在垂直于柱形平凹透鏡83和柱形平凸透鏡86的母線方向?qū)す夤馐陌l(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，具體為，先由柱形平凹透鏡83對(duì)發(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)束，然后由柱形平凸透鏡86對(duì)發(fā)散角進(jìn)行準(zhǔn)直處理，最后形成橢圓光斑投射到工程漫射體90上，由工程漫射體90對(duì)柱形平凹透鏡83和柱形平凸透鏡86的母線方向的發(fā)散角進(jìn)行擴(kuò)束，這樣可以得到寬度較寬同時(shí)長(zhǎng)度也符合要求的光斑，還不會(huì)增加補(bǔ)償光源系統(tǒng)的體積。為了減小像差，這里的柱形平凹透鏡83和柱形平凸透鏡86也可以有多個(gè)，從而增大每個(gè)柱形平凹透鏡83和柱形平凸透鏡86的曲率半徑，從而改善光斑質(zhì)量。結(jié)合參見(jiàn)圖14，當(dāng)所需最終形成的光斑的寬度較大時(shí)，可以使穿過(guò)第一光束整形機(jī)構(gòu)80的激光光束成一個(gè)小角度Θ發(fā)散，假設(shè)激光光束平行傳輸時(shí)形成寬度為dl,激光光束傳輸?shù)奖慌臄z物體表面時(shí)的傳輸距離為L(zhǎng)z,則最終形成的光斑的寬度為dl+2XLzXtan(9 )。由于本實(shí)用新型的技術(shù)方案對(duì)激光的利用率很高，所以即使在調(diào)節(jié)光斑寬度時(shí)光強(qiáng)減弱也可以滿足相機(jī)曝光的要求。結(jié)合參見(jiàn)圖15，也可以使穿過(guò)第一光束整形機(jī)構(gòu)80的激光光束成一個(gè)小角度Θ i會(huì)聚，最終形成的光斑的寬度為dl - 2XLzXtan(9 。這樣調(diào)整可以達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)一樣的效果，即在一定距離范圍內(nèi)使光強(qiáng)穩(wěn)定，但本實(shí)用新型的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于，采用工程漫射體對(duì)激光光束進(jìn)行擴(kuò)散，這會(huì)有助于提高激光的利用率，從而提高照射到物體上的光強(qiáng)，縮短相機(jī)曝光時(shí)間，同時(shí)結(jié)構(gòu)上也更加簡(jiǎn)單。工程漫射體是一種可以對(duì)其內(nèi)部隨機(jī)分布的每個(gè)散射中心都進(jìn)行控制，以使每個(gè)散射中心都形成一個(gè)漫射體，并對(duì)穿過(guò)其的光束發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整的光學(xué)元件。工程漫射體中的散射中心通常體現(xiàn)為微透鏡單元，微透鏡單元的分布根據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的光束形狀函數(shù)所選取的概率分布函數(shù)來(lái)確定。工程漫射體可提供不同圖樣的非高斯強(qiáng)度分布，比如方形，圓形以及直線形分布的頂帽圖樣。本實(shí)用新型中采用的是直線型的工程漫射體，即只改變激光光束在一個(gè)方向的發(fā)散角，而不改變另一個(gè)方向的發(fā)散角`，經(jīng)過(guò)工程漫射體的激光光束投射形成所需的光斑。工程漫射體的形狀尺寸與照射到其表面的光斑的形狀和大小相匹配，保證所有激光都能照射到工程漫射體的表面。照射到工程漫射體表面的激光透過(guò)率很高，透過(guò)工程漫射體的激光光束發(fā)散角主要取決于工程漫射體自身的參數(shù)，在實(shí)際操作中，應(yīng)該根據(jù)需要對(duì)工程漫射體的參數(shù)進(jìn)行選擇。不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的工程漫射體可以實(shí)現(xiàn)不同的發(fā)散角和光強(qiáng)分布。工程漫射體是索雷博光電科技有限公司(Thorlabs, Inc)出售的一種光學(xué)元件,本實(shí)用新型旨在利用其特性，與本技術(shù)方案中其他技術(shù)特征相結(jié)合，以達(dá)到預(yù)期技術(shù)效果。工程漫射體的特點(diǎn)如下工程漫射體與諸如磨砂玻璃、乳色玻璃和全息元件等隨機(jī)漫射體截然不同，工程漫射體要求對(duì)于每個(gè)散射中心，通常為微透鏡單元，都進(jìn)行控制。例如全息漫射體可以視為一組隨機(jī)排列的透鏡，但是通過(guò)全息曝光形成的類(lèi)透鏡效果只能通過(guò)靜態(tài)方式進(jìn)行控制，而無(wú)法單獨(dú)操控每個(gè)微透鏡單元，這也幫助解釋了全息漫射體無(wú)法控制光的分布和輪廓的原因。在工程漫射體中，每個(gè)微透鏡單元形成漫射體，由其凹形縱斷面和在陣列中的位置所確定。同時(shí)，為了確保漫射體不受輸入光束變化的影響，并且不產(chǎn)生衍射效果，微透鏡單元的分布是隨機(jī)的，根據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的光束形狀函數(shù)所選取的概率分布函數(shù)來(lái)確定。因此，工程漫射體同時(shí)保留了隨機(jī)與確定性漫射體的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高性能的光束整形功能。目前，常用的漫射體技術(shù)主要包括棱鏡玻璃積分棒、磨砂玻璃、乳色玻璃、全息漫射體與衍射漫射體。棱鏡玻璃積分棒雖然有時(shí)用于高端系統(tǒng)，仍然受到性能，價(jià)格昂貴以及占據(jù)許多寶貴空間的限制。磨砂玻璃與乳色玻璃對(duì)于所有方向具有同等散射效果，但只有有限的光控制能力。此外，這些簡(jiǎn)單的漫射體的效率通常非常低。全息漫射體比這些漫射體更進(jìn)一步，能夠產(chǎn)生簡(jiǎn)單的光分布圖樣，但是全息漫射體對(duì)于光分布圖樣只有有限的光控制。通常只能產(chǎn)生圓形或橢圓的圖樣，并且僅具有不一致的強(qiáng)度分布，通常為高斯型。對(duì)于光束整形能力而言，衍射元素理論上能夠任意地改變?nèi)肷涔獾男螤?。但是這些大多限于相干光源的單色應(yīng)用。同時(shí)受到制造的限制，衍射元件受限于窄的漫射角，對(duì)輸入光束的變化極其敏感，目前還有熟知的零級(jí)光問(wèn)題，即與入射光束共線的一個(gè)亮點(diǎn)。該零級(jí)點(diǎn)對(duì)于很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是無(wú)法接受的，并且單波產(chǎn)工作的要求非常嚴(yán)格。與大多數(shù)其它漫射體相比，工程漫射體提供了先進(jìn)的光束控制能力與更高的透射效率。工程漫射體的特性包括以特定的發(fā)散角傳遞光束，控制光的空間分布，并控制擴(kuò)射光的強(qiáng)度輪廓。用工程漫射體替代一般的透鏡可以使像差更小，光斑更均勻，同時(shí)安裝也更方便，有效降低了系統(tǒng)整體的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本，適合大批量生產(chǎn)。工程漫射體的尺寸一般很小，通常為薄片結(jié)構(gòu)，因此可以大幅度減小系統(tǒng)的整體尺寸，且可以根據(jù)需要選擇不同的尺寸以與系統(tǒng)的其他構(gòu)件相匹配，所以可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。尤其當(dāng)用于車(chē)底檢測(cè)時(shí)，補(bǔ)償光源系統(tǒng)安裝的位置在鐵路的兩個(gè)鐵軌之間，空間狹小，這種緊湊的結(jié)構(gòu)更方便安裝。本實(shí)用新型還提供了一種列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備，包括補(bǔ)償光源系統(tǒng)，該補(bǔ)償光源系統(tǒng)為前述任一種的補(bǔ)償光源系統(tǒng)。從以上的描述中，可以看出，本實(shí)用新型上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果通過(guò)設(shè)置激光發(fā)生裝置和光束整形組件，激光發(fā)生裝置包括光纖，光纖具有光輸出端，光束整形組件包括沿光纖光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置的第一光束整形機(jī)構(gòu)以及工程漫射體，其中第一光束整形機(jī)構(gòu)與光纖的光輸出端相對(duì)設(shè)置以調(diào)整從所述光輸出端傳出的激光光束的發(fā)散角。第一光束整形機(jī)構(gòu)和工程漫射體能夠各自對(duì)激光光束的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，使其最終形成的光斑形狀符合拍攝需要，即第一光束整形機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)整激光光束在一個(gè)方向的發(fā)散角來(lái)調(diào)整最終形成的光斑的寬度，而工程漫射體通過(guò)調(diào)整激光光束在另一個(gè)方向的發(fā)散角來(lái)調(diào)整最終形成的光斑的長(zhǎng)度，并能有效地使光斑勻化，這樣可以使調(diào)整過(guò)程更加簡(jiǎn)便。另外，由于工程漫射體為平板結(jié)構(gòu)，且對(duì)照射到其表面的激光透過(guò)率達(dá)90%，因此只要調(diào)整工程漫射體的尺寸，使其與經(jīng)過(guò)第一光束整形機(jī)構(gòu)后照射在工程漫射體上的光斑形狀相適應(yīng)，就能達(dá)到很高的激光利用效率。所以，本實(shí)用新型的技術(shù)方案可以保證在提高激光的利用率和勻化光斑的同時(shí)使光斑形狀符合相機(jī)拍攝要求。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)，包括具有光纖(51)的激光發(fā)生裝置(50)，所述光纖(51)具有光輸出端，其特征在于，所述補(bǔ)償光源系統(tǒng)還包括光束整形組件，所述光束整形組件包括第一光束整形機(jī)構(gòu)(80),與所述光纖(51)的光輸出端相對(duì)設(shè)置以調(diào)整從所述光輸出端傳出的激光光束的發(fā)散角；以及工程漫射體(90 ),位于所述第一光束整形機(jī)構(gòu)(80 )背向所述光纖(51)的光輸出端的一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光束整形機(jī)構(gòu)(80)包括柱形平凸透鏡(86)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光束整形機(jī)構(gòu)(80)還包括柱形平凹透鏡(83)，所述柱形平凹透鏡(83)與所述柱形平凸透鏡(86)沿所述光纖 (51)的光輸出端傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光束整形機(jī)構(gòu)(80)包括整形凸透鏡(82)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述整形凸透鏡(82)有多個(gè)，多個(gè)所述整形凸透鏡(82)沿所述光纖(51)的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光束整形機(jī)構(gòu)(80)還包括凹透鏡(85)，所述凹透鏡(85)與所述整形凸透鏡(82)沿所述光纖(51)的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述凹透鏡(85)有多個(gè)，多個(gè)所述凹透鏡(85)沿所述光纖(51)的光輸出端所傳出的激光光束的傳輸方向順次設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述整形凸透鏡(82)為平凸透鏡；所述凹透鏡(85)為平凹透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述光束整形組件還包括套設(shè)在所述第一光束整形機(jī)構(gòu)(80 )以及所述工程漫射體(90 )外的外殼(70 )。
10.一種列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備，包括補(bǔ)償光源系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償光源系統(tǒng)為權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備。其中補(bǔ)償光源系統(tǒng)包括具有光纖(51)的激光發(fā)生裝置(50)，光纖(51)具有光輸出端，補(bǔ)償光源系統(tǒng)還包括光束整形組件，光束整形組件包括第一光束整形機(jī)構(gòu)(80)，與光纖(51)的光輸出端相對(duì)設(shè)置以調(diào)整從光輸出端傳出的激光光束的發(fā)散角；以及工程漫射體(90)，位于第一光束整形機(jī)構(gòu)(80)背向光纖(51)的光輸出端的一側(cè)。列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備包括前述的補(bǔ)償光源系統(tǒng)。本實(shí)用新型旨在提供一種使光斑符合相機(jī)拍攝要求的同時(shí)可以提高激光利用率且光斑非常均勻的補(bǔ)償光源系統(tǒng)及列車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)設(shè)備。
文檔編號(hào)G02B27/09GK202886732SQ20122054812
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者劉玉鳳, 陳曉華, 葉銀 申請(qǐng)人:北京凱普林光電科技有限公司