CN103676159B - 一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统 - Google Patents

一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统 Download PDF

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本发明涉及一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其包括依次排列在准分子激光出口的微透镜阵列、非球面镜、空间滤波小孔、成像物镜以及扫描偏转模块，所述微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔构成一体盒子结构的整形匀光装置，且其通过传动装置在准分子激光出口和成像物镜之间平移，所述成像物镜根据微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔的平移距离根据焦距计算的共轭比进行平行移动，采用非球面镜，因其极大地消除了球差，固减弱了微透镜成像的离焦现象，本光路采用了二次聚焦的方法同时有效地解决光路过长、空间滤波及像斑可调问题，使目标光斑干净清晰，并且可以根据手术需要在一定范围内得到任意大小的圆形光斑。

Description

一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统
技术领域
本发明涉及一种外光路的设计方法，属于光路设计领域。可应用于准分子激光器的外光路设计中，也可应用于基于单横模激光器工业加工的外光路设计中。
背景技术
准分子激光器是发射深紫外的脉冲激光光源。输出尺寸通常为矩形光束，强度分布为高斯光束。而手术面需要获得圆形的在各点处能量分布都比较均匀的圆形光斑，所以光路中必须要有光斑整形和均匀能量的功能。同时，因为准分子光源带宽相当宽，经过多镜片折射后产生色散，最后在目标光斑周围产生很多杂散光，所以要有空间滤波的功能。应用于激光屈光手术中的激光脉冲功率一般在6~10mj，随着治疗中对重复频率要求的提高，光源脉冲能量会相应下降，一般在300~500hz能量到5~7mj。而由于使用的波段在深紫外区，专门镀膜的镜片在该波段的透过率和反射率相对较低，因此尽量减少镜片的使用，保证能量的传输效率至关重要。
一般采用双镜结构，如双非球面镜结构和双反射镜结构，理论上可以进行任意波前变换，但所用器件都必须专门针对性设计定做；而采用阵列微透镜加平凸透镜的方法，虽然能有效实现整形，但因为透镜的球差，使各微透镜成像发生离焦，使重叠处像斑边界模糊，而且准分子治疗仪外光路长度通常长于1m，如果采用透镜焦距过大，离焦现象更加明显。
发明内容
为了改进现有技术的不足，本发明提供一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统。
本发明所采用的技术方案是：一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其包括依次排列在准分子激光出口的微透镜阵列、非球面镜、空间滤波小孔、成像物镜以及扫描偏转模块，所述微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔构成一体盒子结构的整形匀光装置，且其通过传动装置在准分子激光出口和成像物镜之间平移，所述成像物镜根据微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔的平移距离和由焦距计算的共轭比进行平行移动。
所述微透镜阵列采用圆形透镜。
所述准分子激光出口发射的激光束经过微透镜阵列上的微透镜，聚焦于非球面镜焦点之前，使其到达非球面镜焦距位置时发散为圆形斑。
所述整形匀光装置底部设有滑槽，所述光路系统设有与其相适配的光学滑轨，所述传动装置驱动整形匀光装置沿光学滑轨滑移配合。
所述传动装置采用伺服电机。
所述成像物镜也设有使其平移的伺服电机。
所述扫描偏转模块包括两个扫描电机。
本发明的有益效果是：采用非球面镜，因其极大地消除了球差，固减弱了微透镜成像的离焦现象，本光路采用了二次聚焦的方法同时有效地解决光路过长、空间滤波及像斑可调问题，使目标光斑干净清晰，并且可以根据手术需要在一定范围内得到任意大小的圆形光斑。
附图说明
图1为本发明整体光路示意图。
图2为本发明整形匀光装置的光路示意图。
图3为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
如图1和图3所示，一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其包括依次排列在准分子激光出口的微透镜阵列、非球面镜、空间滤波小孔、成像物镜以及扫描偏转模块，扫描偏转模块利用高速电机带动多个发射镜进行激光光束偏转的，所述扫描偏转模块也可以直接采用激光束偏转装置，所述微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔构成一体盒子结构的整形匀光装置，且其通过传动装置在准分子激光出口和成像物镜之间平移，所述成像物镜根据微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔的平移距离根据焦距计算的共轭比进行平行移动。
如图2所示可知其整形和匀光功能，微透镜阵列上的微透镜为圆形透镜，激光束经过微透镜阵列上的微透镜，聚焦于非球面镜焦距之前，到达主轴位置（非球面镜焦距位置）发散为圆形斑，由于聚焦用的是非球面镜，且球差在径向只有几个微米，各微透镜在此处形成的圆形斑发生高度重叠，便获得了强度分布均匀边界清晰的圆形斑，圆形斑再经成像透镜成像得到手术光斑。小孔位置位于光束径向直径最短处能达到最佳滤波效果。
如图3所示，光斑大小可调的功能实现，在本光路系统中，将微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔做成一体盒子结构的整形匀光装置，其底部设置滑槽，并通过滑槽置于光学滑轨上，整形匀光装置内微透镜阵列、非球面镜及空间滤波小孔之间距离固定。把整形匀光装置和成像物镜、扫描偏转模块进行中心校准，保证中心同轴。由于光路长度在设计中已经确定，成像物镜焦距确定，经非球面镜聚焦（在小孔位置）后的光斑直径为0.8mm左右，根据共轭比（300/300）计算经物镜成像后在手术面得到0.8mm的光斑。当整形匀光装置向靠近准分子激光出口的位置移动，L的长度从150mm变为0mm时，S1和S2长度之和等于750mm，根据焦距计算共轭比最大达到2.5，通过向准分子激光出口方向移动成像物镜，此时可以在手术面获得最大手术光斑，可以达到2mm。本系统通过伺服电机控制整形匀光装置和成像物镜做高精度定量移动，可在系统中设置光斑的大小，通过计算机计算后将位移数据发送给伺服电机做精确控制，从而达到所需大小的光斑。
以上结合附图所描述的实施例仅是本发明的优选实施方式，而并非对本发明的保护范围的限定，任何基于本发明精神所做的改进都理应在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其特征在于：其包括依次排列在准分子激光出口的微透镜阵列、非球面镜、空间滤波小孔、成像物镜以及扫描偏转模块，所述微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔构成一体盒子结构的整形匀光装置，且其通过传动装置在准分子激光出口和成像物镜之间平移，所述成像物镜根据微透镜阵列、非球面镜和空间滤波小孔的平移距离和由焦距计算的共轭比进行平行移动。
2.根据权利要求1所述的一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其特征在于，所述微透镜阵列采用圆形透镜。
3.根据权利要求1所述的一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其特征在于，所述准分子激光出口发射的激光束经过微透镜阵列上的微透镜，聚焦于非球面镜焦点之前，使其到达非球面镜焦距位置时发散为圆形斑。
4.根据权利要求1所述的一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其特征在于，所述整形匀光装置底部设有滑槽，所述光路系统设有与其相适配的光学滑轨，所述传动装置驱动整形匀光装置沿光学滑轨滑移配合。
5.根据权利要求1或4所述的一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其特征在于，所述传动装置采用伺服电机。
6.根据权利要求1所述的一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其特征在于，所述成像物镜也设有使其平移的伺服电机。
7.根据权利要求1所述的一种改善光斑形状自动调节光斑大小的光路系统，其特征在于，所述扫描偏转模块包括两个扫描电机。
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