利用光錐的矩形光斑整形裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用光錐的矩形光斑整形裝置，其整體構(gòu)成底面為矩形的四棱臺(tái)透鏡，其中兩底面中的大底構(gòu)成入射面，小底構(gòu)成出射面，且小底對角線長度小于等于待整形圓形光束的直徑。其結(jié)構(gòu)緊湊、且成本相對低廉。
【專利說明】利用光錐的矩形光斑整形裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種獲得矩形光斑的激光整形裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光照明、激光加工、遠(yuǎn)距離激光傳輸?shù)阮I(lǐng)域，常常需要改變光束的空間分布形式，為此就產(chǎn)生了將激光光束進(jìn)行整形的方法。
[0003]本領(lǐng)域的一般常識(shí)是激光光束為圓形高斯光束，而有時(shí)需要整形成方形或矩形光束(方形可被認(rèn)為是矩形的特殊情形，以下所說的矩形包含方形)，針對矩形光束的獲得，常見的整形方式如中國專利文獻(xiàn)CN101881889A所公開的光學(xué)整形系統(tǒng)，其本質(zhì)上是通過多種透鏡的組合整形產(chǎn)生所需要的矩形光束，通常需要配置如柱透鏡、全息透鏡等，至少六片整形透鏡，具有光路復(fù)雜，加工裝配難度高，光束能量損耗大等缺點(diǎn)。
[0004]而中國專利文獻(xiàn)CN2847319Y也公開了一種利用透鏡和反射鏡得方形光斑獲得裝置，其不同位置和角度配置的透鏡和反射鏡，使得其整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工裝配的難度也非常大。
[0005]中國專利文獻(xiàn)CN202580814U則公開了一種結(jié)構(gòu)相對比較緊湊的矩形光斑獲得裝置，它通過LED光源芯片、光學(xué)積分柱和光學(xué)鏡頭協(xié)同產(chǎn)生矩形光束,所使用的光學(xué)積分柱為兩端面為方形的柱面鏡，利用光學(xué)積分柱的多次反射產(chǎn)生均勻的方形光束。相比較而言，其整體結(jié)構(gòu)相對比較緊湊，但光學(xué)積分柱成本偏高，尤其是需要考慮多次的積分反射，進(jìn)一步增加了其制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、且成本相對低廉的利用光錐的矩形光斑整形裝置。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種利用光錐的矩形光斑整形裝置，其整體構(gòu)成底面為矩形的四棱臺(tái)透鏡，其中兩底面中的大底構(gòu)成入射面，小底構(gòu)成出射面，且小底對角線長度小于等于待整形圓形光束的直徑。
[0008]從上述結(jié)構(gòu)可以看出，依據(jù)本發(fā)明，圓形光束進(jìn)入四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)中后，覆蓋小底的部分被出射，直接得到矩形光束，而被側(cè)面反射或者透射部分中的透射部分為損耗部分，忽略其作用，而反射部分也會(huì)從小底出射，出射角度各異，部分出射角度較小的光束也可以被利用。雖然其中的部分光束被整形掉，但相比于既有的整形裝置，其整體損耗并不大，且整體結(jié)構(gòu)非常簡單，單純的四棱臺(tái)透鏡的制作成本也很低。
[0009]上述利用光錐的矩形光斑整形裝置，四棱臺(tái)透鏡的側(cè)面在圓形光束垂直入射大底時(shí)，構(gòu)成適配的全反射面。
[0010]上述利用光錐的矩形光斑整形裝置，四棱臺(tái)透鏡為正四棱臺(tái)透鏡?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1為依據(jù)本發(fā)明的一種證四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的矩形光斑整形裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1、入射圓形光束，2、出射方形光束，3、光錐入射面，4、光錐出射面，5、光錐側(cè)面。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，用于整形的裝置其整體上為一個(gè)正四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的光錐結(jié)構(gòu)，其小底對角線長度小于等于入射圓形光束I的直徑，這樣，當(dāng)入射圓形光束垂直光錐入射面3，并同心時(shí)，從光錐出射面4出射的方形光斑最大。并且顯而易見的是，當(dāng)使用正四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)時(shí)，也能保證光能的損耗最小。自然，為了獲得合適形狀的矩形光束，適量損耗也是允許的。同時(shí)，基于損耗較少的考量，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在此基礎(chǔ)上容易想到，小底的對角線與圓形光束的直徑相等時(shí)為最佳配置。
[0014]基于以上描述，以正四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)的光錐為例進(jìn)行說明，基于上述說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可清楚理解其他矩形底面的四棱臺(tái)光錐的使用方式和選擇緣由。
[0015]圖1中，光錐為光學(xué)玻璃制作的正四棱臺(tái)，光束入射面為四棱臺(tái)的大底，圖中表示為光錐入射面3，出射面為四棱臺(tái)的頂面，也就是小底，表示為光錐出射面4，反射面為四棱臺(tái)的側(cè)面，也就是光錐側(cè)面5。
[0016]入射圓形光束I在光錐入射面3入射，光錐入射面3的邊長大于入射圓形光束I的直徑，入射后，由于光錐出射面4的對角線小于入射圓形光束I的直徑，光束在光錐側(cè)面5反射，多次反射后在光錐出射面4出射，得到出射光束。
[0017]出射光束截面與出射面的形狀保持一致，為方形。
[0018]上述內(nèi)容表明，利用單一光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)了圓光斑整形為方光斑，具有了光路簡單，光束能量損耗小的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]這里所說的光束能量表示為截面上單位面積的光束能量，除了光學(xué)玻璃的吸收損耗，不產(chǎn)生其它損耗。
[0020]關(guān)于光錐側(cè)面5，其與底面的角度決定了對光束的反射比，當(dāng)行成全反射時(shí)，沒有任何光從光錐側(cè)面5透射，所述角度根據(jù)激光波長在所選用光學(xué)玻璃中的折射率即可經(jīng)過簡單計(jì)算獲得，在此不再贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種利用光錐的矩形光斑整形裝置，其特征在于，其整體構(gòu)成底面為矩形的四棱臺(tái)透鏡，其中兩底面中的大底構(gòu)成入射面，小底構(gòu)成出射面，且小底對角線長度小于等于待整形圓形光束的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光錐的矩形光斑整形裝置，其特征在于，四棱臺(tái)透鏡的側(cè)面在圓形光束垂直入射大底時(shí)，構(gòu)成適配的全反射面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用光錐的矩形光斑整形裝置，其特征在于，四棱臺(tái)透鏡為正四棱臺(tái)透鏡。
【文檔編號】G02B27/09GK103499882SQ201310469193
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】陳大明, 趙瑩, 孫建軍, 馬濤 申請人:山東神戎電子股份有限公司