CN103499882A - 利用光锥的矩形光斑整形装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用光锥的矩形光斑整形装置，其整体构成底面为矩形的四棱台透镜，其中两底面中的大底构成入射面，小底构成出射面，且小底对角线长度小于等于待整形圆形光束的直径。其结构紧凑、且成本相对低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种获得矩形光斑的激光整形装置。
背景技术
在激光照明、激光加工、远距离激光传输等领域，常常需要改变光束的空间分布形式，为此就产生了将激光光束进行整形的方法。
本领域的一般常识是激光光束为圆形高斯光束，而有时需要整形成方形或矩形光束（方形可被认为是矩形的特殊情形，以下所说的矩形包含方形），针对矩形光束的获得，常见的整形方式如中国专利文献CN101881889A所公开的光学整形系统，其本质上是通过多种透镜的组合整形产生所需要的矩形光束，通常需要配置如柱透镜、全息透镜等，至少六片整形透镜，具有光路复杂，加工装配难度高，光束能量损耗大等缺点。
而中国专利文献CN2847319Y也公开了一种利用透镜和反射镜得方形光斑获得装置，其不同位置和角度配置的透镜和反射镜，使得其整体结构比较复杂，加工装配的难度也非常大。
中国专利文献CN202580814U则公开了一种结构相对比较紧凑的矩形光斑获得装置，它通过LED光源芯片、光学积分柱和光学镜头协同产生矩形光束，所使用的光学积分柱为两端面为方形的柱面镜，利用光学积分柱的多次反射产生均匀的方形光束。相比较而言，其整体结构相对比较紧凑，但光学积分柱成本偏高，尤其是需要考虑多次的积分反射，进一步增加了其制造成本。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、且成本相对低廉的利用光锥的矩形光斑整形装置。
本发明采用以下技术方案：
一种利用光锥的矩形光斑整形装置，其整体构成底面为矩形的四棱台透镜，其中两底面中的大底构成入射面，小底构成出射面，且小底对角线长度小于等于待整形圆形光束的直径。
从上述结构可以看出，依据本发明，圆形光束进入四棱台结构中后，覆盖小底的部分被出射，直接得到矩形光束，而被侧面反射或者透射部分中的透射部分为损耗部分，忽略其作用，而反射部分也会从小底出射，出射角度各异，部分出射角度较小的光束也可以被利用。虽然其中的部分光束被整形掉，但相比于既有的整形装置，其整体损耗并不大，且整体结构非常简单，单纯的四棱台透镜的制作成本也很低。
上述利用光锥的矩形光斑整形装置，四棱台透镜的侧面在圆形光束垂直入射大底时，构成适配的全反射面。
上述利用光锥的矩形光斑整形装置，四棱台透镜为正四棱台透镜。
附图说明
图1为依据本发明的一种证四棱台结构的矩形光斑整形装置的光路结构示意图。
图中：1、入射圆形光束，2、出射方形光束，3、光锥入射面，4、光锥出射面，5、光锥侧面。
具体实施方式
如图1所示，用于整形的装置其整体上为一个正四棱台结构的光锥结构，其小底对角线长度小于等于入射圆形光束1的直径，这样，当入射圆形光束垂直光锥入射面3，并同心时，从光锥出射面4出射的方形光斑最大。并且显而易见的是，当使用正四棱台结构时，也能保证光能的损耗最小。自然，为了获得合适形状的矩形光束，适量损耗也是允许的。同时，基于损耗较少的考量，本领域的技术人员在此基础上容易想到，小底的对角线与圆形光束的直径相等时为最佳配置。
基于以上描述，以正四棱台结构的光锥为例进行说明，基于上述说明，本领域的技术人员可清楚理解其他矩形底面的四棱台光锥的使用方式和选择缘由。
图1中，光锥为光学玻璃制作的正四棱台，光束入射面为四棱台的大底，图中表示为光锥入射面3，出射面为四棱台的顶面，也就是小底，表示为光锥出射面4，反射面为四棱台的侧面，也就是光锥侧面5。
入射圆形光束1在光锥入射面3入射，光锥入射面3的边长大于入射圆形光束1的直径，入射后，由于光锥出射面4的对角线小于入射圆形光束1的直径，光束在光锥侧面5反射，多次反射后在光锥出射面4出射，得到出射光束。
出射光束截面与出射面的形状保持一致，为方形。
上述内容表明，利用单一光学元件实现了圆光斑整形为方光斑，具有了光路简单，光束能量损耗小的优点。
这里所说的光束能量表示为截面上单位面积的光束能量，除了光学玻璃的吸收损耗，不产生其它损耗。
关于光锥侧面5，其与底面的角度决定了对光束的反射比，当行成全反射时，没有任何光从光锥侧面5透射，所述角度根据激光波长在所选用光学玻璃中的折射率即可经过简单计算获得，在此不再赘述。
Claims (3)
1.一种利用光锥的矩形光斑整形装置，其特征在于，其整体构成底面为矩形的四棱台透镜，其中两底面中的大底构成入射面，小底构成出射面，且小底对角线长度小于等于待整形圆形光束的直径。
2.根据权利要求1所述的利用光锥的矩形光斑整形装置，其特征在于，四棱台透镜的侧面在圆形光束垂直入射大底时，构成适配的全反射面。
3.根据权利要求1或2所述的利用光锥的矩形光斑整形装置，其特征在于，四棱台透镜为正四棱台透镜。
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