本發(fā)明涉及光束變換技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種光束變換裝置和激光加工裝置。

背景技術(shù)：

在微電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，人們越來越多地使用各種光束，尤其是激光束作為刻刀，來解決微芯片制造、光盤存儲器、微型編碼器的制作、激光標(biāo)記標(biāo)刻等有關(guān)精細(xì)加工問題。

目前在相關(guān)工廠的生產(chǎn)線上廣泛使用的是temoo單模激光束，但是，這種激光束不能用于超精超微加工，因?yàn)樵摷す馐裱氖歉咚狗植继匦裕す馐闹行膹?qiáng)度高而邊緣強(qiáng)度弱，從而使得被刻劃的線條、文字、圖案的輪廓不清、邊緣模糊，滿足不了超精微加工的特殊要求。

針對現(xiàn)有的激光光束邊緣能量較弱的問題，尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種光束變換裝置和激光加工裝置，以提高光束邊緣能量，進(jìn)而提高通過光束進(jìn)行刻畫、標(biāo)記等加工的加工精細(xì)度。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光束變換裝置，包括第一錐形鏡和第二錐形鏡；第一錐形鏡和第二錐形鏡均為凹反射錐鏡；第一錐形鏡凹面的頂點(diǎn)處設(shè)置有供光束進(jìn)入的開口；第一錐形鏡和第二錐形鏡凹面的頂點(diǎn)的連線與入射光束的光軸共線；第一錐形鏡和第二錐形鏡的底面平行；第一錐形鏡和第二錐形鏡的錐形凹面相對設(shè)置；經(jīng)由開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，先經(jīng)過第二錐形鏡的反射，再經(jīng)過第一錐形鏡的反射，變換成環(huán)形光束后射出。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，上述第一錐形鏡和第二錐形鏡的錐尖角度相同。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，上述第一錐形鏡的直徑大于第二錐形鏡的直徑。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，上述光束變換裝置還包括外殼，外殼內(nèi)部設(shè)置有插槽，插槽用于插接第一錐形鏡和第二錐形鏡。

結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，上述插槽的數(shù)量為多個，且多個插槽沿光軸方向設(shè)置，第一錐形鏡和第二錐形鏡可選擇的插接在插槽內(nèi)，以使第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離可沿著光軸方向調(diào)節(jié)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，其中，上述第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離可沿著光軸方向調(diào)節(jié)。

結(jié)合第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第六種可能的實(shí)施方式，其中，上述，光束變換裝置還包括導(dǎo)軌，第一錐形鏡和第二錐形鏡分別與導(dǎo)軌滑動連接，以使第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離可沿著光軸方向調(diào)節(jié)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第七種可能的實(shí)施方式，其中，上述第一錐形鏡和第二錐形鏡的凹面的表面鍍有全反射膜；全反射膜的系數(shù)與入射的光束波長相匹配。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光加工裝置，包括上述光束變換裝置。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，上述激光加工裝置還包括激光發(fā)生器和聚焦組件；上述光束變換裝置設(shè)置于激光發(fā)生器和聚焦組件之間；該激光發(fā)生器用于提供激光光源；該聚焦組件用于將光束變換裝置射出的環(huán)形光束匯聚。

本發(fā)明實(shí)施例帶來了以下有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光束變換裝置和激光加工裝置，第一錐形鏡和第二錐形鏡均為凹反射錐鏡；經(jīng)由第一錐形鏡凹面的頂點(diǎn)處的開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，先經(jīng)過第二錐形鏡的反射，再經(jīng)過第一錐形鏡的反射，變換成環(huán)形光束后射出；該方式將圓形光束的內(nèi)外能量翻轉(zhuǎn)，形成環(huán)形光束，該環(huán)形光束經(jīng)外部的聚焦裝置聚焦后，形成的光束的能量匯聚性較強(qiáng)，提高了光束邊緣能量，進(jìn)而提高了通過光束進(jìn)行刻畫、標(biāo)記等加工的加工精細(xì)度。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光束變換裝置沿光軸方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)為本發(fā)明實(shí)施例提供的圓形光束的能量分布示意圖；

圖2(b)為本發(fā)明實(shí)施例提供的匯聚后的環(huán)形光束的能量分布示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光束變換裝置的光路原理圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：100-第一錐形鏡；101-第二錐形鏡；100a-開口；40-光束變換裝置；41-激光發(fā)生器；42-聚焦組件。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

考慮到現(xiàn)有的激光光束邊緣能量較弱的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光束變換裝置和激光加工裝置；該技術(shù)可以應(yīng)用于通過激光進(jìn)行刻畫、標(biāo)記等精細(xì)加工的流程中，該技術(shù)可以采用相關(guān)的硬件實(shí)現(xiàn)，下面通過實(shí)施例進(jìn)行描述。

實(shí)施例一

參見圖1所示的一種光束變換裝置沿光軸方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括第一錐形鏡100和第二錐形鏡101；

該第一錐形鏡100和第二錐形鏡101均為凹反射錐鏡；該第一錐形鏡100凹面的頂點(diǎn)處設(shè)置有供光束進(jìn)入的開口100a；

該第一錐形鏡100和第二錐形鏡101凹面的頂點(diǎn)的連線與入射光束的光軸共線；該第一錐形鏡100和第二錐形鏡101的底面平行；該第一錐形鏡100和第二錐形鏡101的錐形凹面相對設(shè)置；

經(jīng)由上述開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，先經(jīng)過第二錐形鏡101的反射，再經(jīng)過第一錐形鏡100的反射，變換成環(huán)形光束后射出。

參見圖2(a)所示的圓形光束的能量分布示意圖，以及圖2(b)所示的匯聚后的環(huán)形光束的能量分布示意圖；經(jīng)由上述第一錐形鏡的開口入射的圓形光束，其能量分布符合高斯分布，即光束中心處能量最強(qiáng)，光束邊緣處能量最弱；該圓形光束先后經(jīng)過上述光束變換裝置中的第二錐形鏡和第一錐形鏡變換后，將圓形光束的內(nèi)外能量翻轉(zhuǎn)，形成環(huán)形光束，該環(huán)形光束經(jīng)外部的聚焦裝置聚焦后，形成的光束的能量匯聚性較強(qiáng)。

參見圖3所示的一種光束變換裝置的光路原理圖；如圖3所示，入射光束靠近光束中心處的光線經(jīng)第一錐形鏡和第二錐形鏡折射后，該光線會處于環(huán)形光束的靠近外側(cè)的位置，因而，該光束變換裝置可以將圓形光束的內(nèi)外能量翻轉(zhuǎn)，使得光束的外側(cè)能量大于光束內(nèi)側(cè)能量。

以激光光束為例，圓形激光光束由于光束邊緣能量較弱，在進(jìn)行激光刻畫、標(biāo)記等加工時，會導(dǎo)致加工效果較差，例如輪廓不清、邊緣模糊等；經(jīng)環(huán)形激光光束匯聚后的光束，其邊緣能量較強(qiáng)，在進(jìn)行激光加工時，加工效果更佳精細(xì)，輪廓清晰，因而，經(jīng)環(huán)形激光光束匯聚后的光束可以應(yīng)用于更為精細(xì)、復(fù)雜的加工流程中。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光束變換裝置，第一錐形鏡和第二錐形鏡均為凹反射錐鏡；經(jīng)由第一錐形鏡凹面的頂點(diǎn)處的開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，先經(jīng)過第二錐形鏡的反射，再經(jīng)過第一錐形鏡的反射，變換成環(huán)形光束后射出；該方式將圓形光束的內(nèi)外能量翻轉(zhuǎn)，形成環(huán)形光束，該環(huán)形光束經(jīng)外部的聚焦裝置聚焦后，形成的光束的能量匯聚性較強(qiáng)，提高了光束邊緣能量，進(jìn)而提高了通過光束進(jìn)行刻畫、標(biāo)記等加工的加工精細(xì)度。

進(jìn)一步地，上述第一錐形鏡和第二錐形鏡的錐尖角度相同；如圖1所示，第一錐形鏡的錐尖角度為θ，第二錐形鏡的錐尖角度為α，其中，θ＝α；通過該方式可以使射出的環(huán)形光束中的光線相互平行。

在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時，為了不阻擋經(jīng)第一錐形鏡反射的光線射出光束變換裝置，上述第一錐形鏡的直徑大于第二錐形鏡的直徑；該方式可以便于光線的射出，避免使光線在裝置內(nèi)反復(fù)多次反射造成的能量浪費(fèi)。

進(jìn)一步地，上述第一錐形鏡和第二錐形鏡的凹面的表面鍍有全反射膜；該全反射膜的系數(shù)與入射的光束波長相匹配；例如，如果入射的光束的波長為1064nm，則該全反射膜的系數(shù)即為1064nm；同時，該全反射膜的材質(zhì)和厚度可以根據(jù)需要選擇，在此不做限制；該方式可以保證入射的光束波長的光線全部反射，進(jìn)一步降低了光束變換裝置的能量吸收率。

上述全反射膜的材料包括zns、zro2、tio2、mgf2、sio2等，以及混合的膜材料，例如，tio2+ta2o5或ta2o5+zro2等。不同的材料，其折射率等系數(shù)不同，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

實(shí)施例二

對應(yīng)于上述實(shí)施例一中提供的一種光束變換裝置，本發(fā)明實(shí)施例提供了另一種光束變換裝置，該裝置包括上述第一錐形鏡和第二錐形鏡，還包括外殼，該外殼內(nèi)部設(shè)置有插槽，該插槽用于插接第一錐形鏡和第二錐形鏡。

進(jìn)一步地，上述插槽的數(shù)量為多個，且多個插槽沿光軸方向設(shè)置，第一錐形鏡和第二錐形鏡可選擇的插接在插槽內(nèi)，以使第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離可沿著光軸方向調(diào)節(jié)。

在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時，為了便于操作，可以將第一錐形鏡固定于一個插槽內(nèi)，通過選擇第二錐形鏡的插槽位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離。

上述第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離可沿著光軸方向調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離，可以改變射出的環(huán)形光束的大小，從而改變匯聚后的環(huán)形光束的焦深；具體地，當(dāng)?shù)谝诲F形鏡和第二錐形鏡之間的距離變大，射出的環(huán)形光束變大，焦深變小，此時，形成的光束可進(jìn)行更薄更精細(xì)的加工流程。

上述焦深，是焦點(diǎn)深度的簡稱，工程材料領(lǐng)域常稱為景深，即在使用顯微鏡時，當(dāng)焦點(diǎn)對準(zhǔn)某一物體時，不僅位于該點(diǎn)平面上的各點(diǎn)都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度內(nèi)，也能看得清楚，這個清楚部分的厚度就是焦深。

進(jìn)一步地，上述光束變換裝置還包括導(dǎo)軌，第一錐形鏡和第二錐形鏡分別與導(dǎo)軌滑動連接，以使第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離可沿著光軸方向調(diào)節(jié)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光束變換裝置，第一錐形鏡和第二錐形鏡均為凹反射錐鏡；經(jīng)由第一錐形鏡凹面的頂點(diǎn)處的開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，先經(jīng)過第二錐形鏡的反射，再經(jīng)過第一錐形鏡的反射，變換成環(huán)形光束后射出；該方式將圓形光束的內(nèi)外能量翻轉(zhuǎn)，形成環(huán)形光束，該環(huán)形光束經(jīng)外部的聚焦裝置聚焦后，形成的光束的能量匯聚性較強(qiáng)，提高了光束邊緣能量，進(jìn)而提高了通過光束進(jìn)行刻畫、標(biāo)記等加工的加工精細(xì)度。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例提供的光束變換裝置，第一錐形鏡和第二錐形鏡之間的距離可沿著光軸方向調(diào)節(jié)；該方式可以獲得不同大小、不同焦深的光束，擴(kuò)大了裝置的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)的加工操作流程。

實(shí)施例三

對應(yīng)于上述實(shí)施例一和實(shí)施例二中提供的光束變換裝置，參見圖4所示的一種激光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該激光加工裝置包括上述光束變換裝置40；

進(jìn)一步地，上述激光加工裝置還包括激光發(fā)生器41和聚焦組件42；上述光束變換裝置40設(shè)置于激光發(fā)生器和聚焦組件之間；該激光發(fā)生器41用于提供激光光源；該聚焦組件42用于將光束變換裝置射出的環(huán)形光束匯聚。

具體地，上述聚焦組件可以為聚焦透鏡；該聚焦透鏡用于將環(huán)形光束匯聚；該匯聚后的環(huán)形光束可以應(yīng)用于實(shí)際的加工流程中，例如，匯聚后的環(huán)形激光光束應(yīng)用于雕刻、標(biāo)記等流程中。

具體地，上述激光加工裝置還包括握持部，用于使用者握持，對待加工工件進(jìn)行雕刻，握持部上設(shè)置有絕緣橡膠層。

本發(fā)明實(shí)施例提供的激光加工裝置，第一錐形鏡和第二錐形鏡均為凹反射錐鏡；經(jīng)由第一錐形鏡凹面的頂點(diǎn)處的開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，先經(jīng)過第二錐形鏡的反射，再經(jīng)過第一錐形鏡的反射，變換成環(huán)形光束后射出；該方式將圓形光束的內(nèi)外能量翻轉(zhuǎn)，形成環(huán)形光束，該環(huán)形光束經(jīng)外部的聚焦裝置聚焦后，形成的光束的能量匯聚性較強(qiáng)，提高了光束邊緣能量，進(jìn)而提高了通過光束進(jìn)行刻畫、標(biāo)記等加工的加工精細(xì)度。

實(shí)施例四

對應(yīng)于上述實(shí)施例一和實(shí)施例二中提供的光束變換裝置，以及實(shí)施例三中提供的激光加工裝置，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光束變換方法，該方法通過上述光束變換裝置完成，該方法包括如下步驟：

步驟1：用戶根據(jù)光束變換需求設(shè)置光束變換裝置中的第一錐形鏡和第二錐形鏡之間沿著光軸方向的距離；

步驟2：由第一錐形鏡的開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，經(jīng)過第二錐形鏡反射；

步驟3：由第二錐形鏡反射的光線，再經(jīng)第一錐形鏡反射，變換成環(huán)形光束后射出；

步驟4：將射出后的環(huán)形光束通過匯聚透鏡匯聚。

本發(fā)明實(shí)施例提供的光束變換方法，經(jīng)由第一錐形鏡凹面的頂點(diǎn)處的開口進(jìn)入光束變換裝置內(nèi)的圓形光束，先經(jīng)過第二錐形鏡的反射，再經(jīng)過第一錐形鏡的反射，變換成環(huán)形光束后射出；該方式將圓形光束的內(nèi)外能量翻轉(zhuǎn)，形成環(huán)形光束，該環(huán)形光束經(jīng)外部的聚焦裝置聚焦后，形成的光束的能量匯聚性較強(qiáng)，提高了光束邊緣能量，進(jìn)而提高了通過光束進(jìn)行刻畫、標(biāo)記等加工的加工精細(xì)度。

另外，在本發(fā)明實(shí)施例的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。