一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，該多棱鏡由完全相同的周期性掃描鏡面組成，所述掃描鏡面圍繞多棱鏡軸線成軸對(duì)稱分布，其特征在于，每個(gè)所述掃描鏡面包括2個(gè)或2個(gè)以上小面，所述小面與多棱鏡軸線程夾角A，所述小面為圓弧面，且所述圓弧面的圓心位于多棱鏡軸線上；所述夾角A滿足0度＜A＜90度；本發(fā)明可以大大提高光束能量的利用率，提高透鏡輸出的光束質(zhì)量，將連續(xù)激光轉(zhuǎn)換為質(zhì)量更好的脈沖激光。
【專利說明】一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多棱鏡,尤其涉及一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光的應(yīng)用中，很多場合需要利用一束激光實(shí)現(xiàn)光束掃描，有些需要激光的連續(xù)掃描，有些則需要激光的間斷式掃描，如激光打孔。專利一種皮革密集微孔激光打孔方法及裝置(CN1995399)和薄型材料激光在線打孔裝置(CN101804517A)都使用了旋轉(zhuǎn)多棱鏡來實(shí)現(xiàn)光束掃描。其中使用的多棱鏡都為專利一種用于水松紙激光打孔機(jī)的等內(nèi)切圓多棱鏡組(CN202433600U)中介紹的多棱鏡。通過使用這種多棱鏡可以實(shí)現(xiàn)分光效果，但是它的分光方式是通過連續(xù)掃描實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于連續(xù)激光器來說，這種掃描方式有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是光束的利用率很低，因?yàn)楣馐沁B續(xù)掃描的，而只有當(dāng)光束到達(dá)一個(gè)個(gè)特定的離散位置時(shí)，才能產(chǎn)生作用，在兩個(gè)特定位置之間進(jìn)行掃描時(shí)，光束幾乎都是無用的，白白浪費(fèi)掉了。對(duì)于脈沖激光器來說，需要將激光器的頻率和旋轉(zhuǎn)多棱鏡的轉(zhuǎn)速相匹配，同時(shí)激光器和旋轉(zhuǎn)多棱鏡工作時(shí)時(shí)序要嚴(yán)格協(xié)調(diào)，時(shí)序的余度很小，這給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來很大難度，同時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不高，也對(duì)后期的生產(chǎn)、裝配、調(diào)試和維護(hù)帶來很大的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，實(shí)現(xiàn)光束的間斷式掃描，提高光束的利用率，提高光束質(zhì)量，降低相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)化。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，由完全相同的周期性掃描鏡面組成，所述掃描鏡面圍繞多棱鏡軸線成軸對(duì)稱分布，其特征在于，每個(gè)所述掃描鏡面包括2個(gè)或2個(gè)以上小面，所述小面與多棱鏡軸線程夾角A，所述小面為圓弧面，且所述圓弧面的圓心位于多棱鏡軸線上；所述夾角A滿足O度<A〈90度。
[0005]進(jìn)一步，所述掃描鏡面上的所有小面的面寬和夾角A完全相同。
[0006]進(jìn)一步，所述掃描鏡面上有4個(gè)小面，且所述掃描鏡面上的每個(gè)小面的面寬和夾角A均不相同。
[0007]進(jìn)一步，所述掃描鏡面有3個(gè)或3個(gè)以上。
[0008]本發(fā)明的有益效果:可以大大提高光束能量的利用率，提高透鏡輸出的光束質(zhì)量，將連續(xù)激光轉(zhuǎn)換為質(zhì)量更好的脈沖激光；當(dāng)入射光束為脈沖激光時(shí)，本發(fā)明可以提高時(shí)序余度，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算量，從而大大降低光束掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試難度，同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(N=4);
圖2為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的一個(gè)具體應(yīng)用；
圖中:a、b、c、d分別為一個(gè)周期中的四個(gè)小面，I為旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，2為聚焦透鏡，3為旋轉(zhuǎn)多棱鏡，F(xiàn)為入射光束與旋轉(zhuǎn)多棱鏡的交點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所示，本發(fā)明將傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)分光棱鏡的一個(gè)平面分割成N份(N ^ 2)，N的值根據(jù)實(shí)際分光光束份數(shù)需要來確定；每一份所占比例根據(jù)實(shí)際分光光束持續(xù)時(shí)間比的需要來確定；每一個(gè)小面不再和兩個(gè)側(cè)面垂直，而是成一定角度A (如圖2所示)，每個(gè)小面的角度根據(jù)實(shí)際分光光束角度需要來確定；每個(gè)小面不再是平面，而是圓弧面，且每個(gè)圓弧面的圓心都在旋轉(zhuǎn)多棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸心上。
[0011]圖2所示為其一種實(shí)施實(shí)例，由旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡1、聚焦透鏡2、旋轉(zhuǎn)多棱鏡3、聚焦透鏡組4組成。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)多棱鏡的改造，將傳統(tǒng)多棱鏡的每個(gè)面分成N份(N≥2，圖1中的實(shí)施方式為N=4)，N個(gè)小面不再和兩個(gè)側(cè)面垂直，而是成一定角度A(如圖2所示，可根據(jù)具體需求設(shè)置)，圖1中所示實(shí)施方式中的面a、b、c、d的角度A各不相同，可根據(jù)實(shí)際分光光束角度具體要求修改；同時(shí)N個(gè)小面不再是平面，而是一個(gè)圓弧面，且圓弧面的圓心都處在旋轉(zhuǎn)多棱鏡的軸線上。
[0012]本發(fā)明的工作原理如圖2所述，光束通過透鏡2匯聚到旋轉(zhuǎn)多棱鏡3上，交點(diǎn)F為旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡的焦點(diǎn)；假如光束與小面a相交，由于小面a具有一定角度A，所以反射光束與入射光束之間的夾角為2A，同時(shí)小面a為圓弧面，因此當(dāng)光束交點(diǎn)F處于小面a內(nèi)時(shí)，反射光束和入射光 束之間的夾角始終不變?yōu)?A，也就是說反射光束靜止不動(dòng)，聚焦透鏡組4中的某個(gè)聚焦透鏡可以持續(xù)接收固定的光束，而不是掃描運(yùn)動(dòng)的光束，這樣就可以提高透過透鏡光束的質(zhì)量和能量；當(dāng)隨著旋轉(zhuǎn)多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，光束交點(diǎn)F由小面a跳變?yōu)樾∶鎎后，由于小面b和小面a的角A不同，入射光束和反射光束之間的夾角立刻跳變，反射光束也同時(shí)跳變到另一個(gè)透鏡上，跳變的時(shí)間很短，大大減少了能量的浪費(fèi)；a、b、c、d四個(gè)小面為一個(gè)周期，當(dāng)旋轉(zhuǎn)多棱鏡旋轉(zhuǎn)過a、b、c、d四個(gè)小面后，就會(huì)進(jìn)入下個(gè)周期，由此便可以實(shí)現(xiàn)光束的間斷式掃描，大大節(jié)約了光束能量，同時(shí)也提高了透鏡匯聚后光束的質(zhì)量。
[0013]本發(fā)明應(yīng)用脈沖激光作為入射光束時(shí)，由于交點(diǎn)F處于同一個(gè)面時(shí)，分光光束近似不變，所以可以提高系統(tǒng)的時(shí)序余度，大大降低光束掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試難度，同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0014]本發(fā)明應(yīng)用在連續(xù)激光分割為脈沖激光上時(shí)，可以將連續(xù)激光分割為不同脈寬的脈沖激光；由于跳變時(shí)間很短，相鄰兩個(gè)脈沖激光之間時(shí)間很短；由于交點(diǎn)F處于同一個(gè)面時(shí)，分光光束近似不變，所以分割的脈沖激光光束質(zhì)量更好。交點(diǎn)F是光束和棱鏡面的交點(diǎn)，在同一個(gè)面時(shí)，交點(diǎn)F雖然在變化，但是同一個(gè)面的參數(shù)相同，所以對(duì)光束的影響也相同，反射光束的各項(xiàng)參數(shù)也幾乎相同，這樣就可以使反射光束近似的短暫停留，進(jìn)入下個(gè)面時(shí)，反射光束就會(huì)實(shí)現(xiàn)突變，進(jìn)而提高光束的利用率。
[0015]本發(fā)明具有很強(qiáng)的靈活性，根據(jù)不同的需求可以通過修改不同的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。以下是其他實(shí)施例:
(I)如N=2，且兩個(gè)面所占比例相同，兩個(gè)面的角度不同可以實(shí)現(xiàn)光束的兩路分光，且兩光束在一個(gè)周期內(nèi)所占時(shí)間相同。
[0016](2)如N=6，且六個(gè)面所占比例相同，6個(gè)面的角度不同可以實(shí)現(xiàn)光束的6路分光，且6光束在一個(gè)周期內(nèi)所占時(shí)間相同。即根據(jù)需要分光數(shù)的不同可以調(diào)節(jié)N來實(shí)現(xiàn)。[0017](3 )如N=3，且3個(gè)面所占比例為2:1:1，三個(gè)面的角度不同，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)3路分光，且3光束在一個(gè)周期內(nèi)所占時(shí)間比例為2:1:1，即通過調(diào)節(jié)各個(gè)面所占比例可以調(diào)節(jié)各光束在一個(gè)周期內(nèi)所占時(shí)間的比例。
[0018](4)如N=18，且相鄰3個(gè)面又為一個(gè)小周期，一個(gè)小周期內(nèi)的3個(gè)面的角度不同，即在一個(gè)小周期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)光束的3路分光；同時(shí)三個(gè)小面的比例為4:3:2，即在一個(gè)小周期內(nèi)3束光的所占時(shí)間也為4:3:2 個(gè)大周期內(nèi)有6個(gè)小周期，即在同樣的轉(zhuǎn)速下，可以提高分光速率。
[0019]通過以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明具有很強(qiáng)的靈活性，通過對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)分光的多樣性。
【權(quán)利要求】
1.一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，由完全相同的周期性掃描鏡面組成，所述掃描鏡面圍繞多棱鏡軸線成軸對(duì)稱分布，其特征在于，每個(gè)所述掃描鏡面包括2個(gè)或2個(gè)以上小面，所述小面與多棱鏡軸線程夾角A，所述小面為圓弧面，且所述圓弧面的圓心位于多棱鏡軸線上；所述夾角A滿足O度<A〈90度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，其特征在于，所述掃描鏡面上的所有小面的面寬和夾角A完全相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，其特征在于，所述掃描鏡面上有4個(gè)小面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，其特征在于，所述掃描鏡面上的每個(gè)小面的面寬和夾角A均不相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光束掃描旋轉(zhuǎn)多棱鏡，其特征在于，所述掃描鏡面有3個(gè)或3個(gè)以上。
【文檔編號(hào)】G02B26/12GK103728725SQ201310749050
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】姚紅兵, 馬桂殿, 佟艷群, 李亞茹, 于文龍, 高原, 王單單, 李麗淋, 倪文強(qiáng), 湯發(fā)全 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)