CN103728725A

CN103728725A - 一种光束扫描旋转多棱镜

Info

Publication number: CN103728725A
Application number: CN201310749050.5A
Authority: CN
Inventors: 姚红兵; 马桂殿; 佟艳群; 李亚茹; 于文龙; 高原; 王单单; 李丽淋; 倪文强; 汤发全
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开一种光束扫描旋转多棱镜，该多棱镜由完全相同的周期性扫描镜面组成，所述扫描镜面围绕多棱镜轴线成轴对称分布，其特征在于，每个所述扫描镜面包括2个或2个以上小面，所述小面与多棱镜轴线程夹角A，所述小面为圆弧面，且所述圆弧面的圆心位于多棱镜轴线上；所述夹角A满足0度＜A＜90度；本发明可以大大提高光束能量的利用率，提高透镜输出的光束质量，将连续激光转换为质量更好的脉冲激光。

Description

一种光束扫描旋转多棱镜

技术领域

本发明涉及一种多棱镜，尤其涉及一种光束扫描旋转多棱镜。

背景技术

在激光的应用中，很多场合需要利用一束激光实现光束扫描，有些需要激光的连续扫描，有些则需要激光的间断式扫描，如激光打孔。专利一种皮革密集微孔激光打孔方法及装置（CN1995399）和薄型材料激光在线打孔装置（CN101804517A）都使用了旋转多棱镜来实现光束扫描。其中使用的多棱镜都为专利一种用于水松纸激光打孔机的等内切圆多棱镜组（CN202433600U）中介绍的多棱镜。通过使用这种多棱镜可以实现分光效果，但是它的分光方式是通过连续扫描实现的。对于连续激光器来说，这种扫描方式有一个很大的缺点，就是光束的利用率很低，因为光束是连续扫描的，而只有当光束到达一个个特定的离散位置时，才能产生作用，在两个特定位置之间进行扫描时，光束几乎都是无用的，白白浪费掉了。对于脉冲激光器来说，需要将激光器的频率和旋转多棱镜的转速相匹配，同时激光器和旋转多棱镜工作时时序要严格协调，时序的余度很小，这给系统的设计带来很大难度，同时系统的稳定性也不高，也对后期的生产、装配、调试和维护带来很大的难度。

发明内容

本发明的目的是提出一种光束扫描旋转多棱镜，实现光束的间断式扫描，提高光束的利用率，提高光束质量，降低相关系统的设计难度，实现相关系统的优化。

本发明的技术方案是：一种光束扫描旋转多棱镜，由完全相同的周期性扫描镜面组成，所述扫描镜面围绕多棱镜轴线成轴对称分布，其特征在于，每个所述扫描镜面包括2个或2个以上小面，所述小面与多棱镜轴线程夹角A，所述小面为圆弧面，且所述圆弧面的圆心位于多棱镜轴线上；所述夹角A满足0度<A<90度。

进一步，所述扫描镜面上的所有小面的面宽和夹角A完全相同。

进一步，所述扫描镜面上有4个小面，且所述扫描镜面上的每个小面的面宽和夹角A均不相同。

进一步，所述扫描镜面有3个或3个以上。

本发明的有益效果：可以大大提高光束能量的利用率,提高透镜输出的光束质量,将连续激光转换为质量更好的脉冲激光；当入射光束为脉冲激光时，本发明可以提高时序余度，减少系统设计的计算量，从而大大降低光束扫描系统的设计和调试难度，同时提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的一个实施例（N=4）；

图2为本发明实施实例的一个具体应用；

图中：a、b、c、d分别为一个周期中的四个小面，1为旋转抛物面反射镜，2为聚焦透镜，3为旋转多棱镜，F为入射光束与旋转多棱镜的交点。

具体实施方式

如图1所示，本发明将传统的旋转分光棱镜的一个平面分割成N份（N≥2），N的值根据实际分光光束份数需要来确定；每一份所占比例根据实际分光光束持续时间比的需要来确定；每一个小面不再和两个侧面垂直，而是成一定角度A（如图2所示），每个小面的角度根据实际分光光束角度需要来确定；每个小面不再是平面，而是圆弧面，且每个圆弧面的圆心都在旋转多棱镜的旋转轴心上。

图2所示为其一种实施实例，由旋转抛物面反射镜1、聚焦透镜2、旋转多棱镜3、聚焦透镜组4组成。本发明实现了对传统旋转多棱镜的改造，将传统多棱镜的每个面分成N份（N≥2，图1中的实施方式为N=4），N个小面不再和两个侧面垂直，而是成一定角度A（如图2所示，可根据具体需求设置），图1中所示实施方式中的面a、b、c、d的角度A各不相同，可根据实际分光光束角度具体要求修改；同时N个小面不再是平面，而是一个圆弧面，且圆弧面的圆心都处在旋转多棱镜的轴线上。

本发明的工作原理如图2所述，光束通过透镜2汇聚到旋转多棱镜3上，交点F为旋转抛物面反射镜的焦点；假如光束与小面a相交，由于小面a具有一定角度A，所以反射光束与入射光束之间的夹角为2A，同时小面a为圆弧面，因此当光束交点F处于小面a内时，反射光束和入射光束之间的夹角始终不变为2A，也就是说反射光束静止不动，聚焦透镜组4中的某个聚焦透镜可以持续接收固定的光束，而不是扫描运动的光束，这样就可以提高透过透镜光束的质量和能量；当随着旋转多棱镜的转动，光束交点F由小面a跳变为小面b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间的夹角立刻跳变，反射光束也同时跳变到另一个透镜上，跳变的时间很短，大大减少了能量的浪费；a、b、c、d四个小面为一个周期，当旋转多棱镜旋转过a、b、c、d四个小面后，就会进入下个周期，由此便可以实现光束的间断式扫描，大大节约了光束能量，同时也提高了透镜汇聚后光束的质量。

本发明应用脉冲激光作为入射光束时，由于交点F处于同一个面时，分光光束近似不变，所以可以提高系统的时序余度，大大降低光束扫描系统的设计和调试难度，同时提高了系统的稳定性。

本发明应用在连续激光分割为脉冲激光上时，可以将连续激光分割为不同脉宽的脉冲激光；由于跳变时间很短，相邻两个脉冲激光之间时间很短；由于交点F处于同一个面时，分光光束近似不变，所以分割的脉冲激光光束质量更好。交点F是光束和棱镜面的交点，在同一个面时，交点F虽然在变化，但是同一个面的参数相同，所以对光束的影响也相同，反射光束的各项参数也几乎相同，这样就可以使反射光束近似的短暂停留，进入下个面时，反射光束就会实现突变，进而提高光束的利用率。

本发明具有很强的灵活性，根据不同的需求可以通过修改不同的参数来实现。以下是其他实施例：

（1）如N=2，且两个面所占比例相同，两个面的角度不同可以实现光束的两路分光，且两光束在一个周期内所占时间相同。

（2）如N=6，且六个面所占比例相同，6个面的角度不同可以实现光束的6路分光，且6光束在一个周期内所占时间相同。即根据需要分光数的不同可以调节N来实现。

（3）如N=3，且3个面所占比例为2:1:1，三个面的角度不同，可以实现一个周期内3路分光，且3光束在一个周期内所占时间比例为2:1:1，即通过调节各个面所占比例可以调节各光束在一个周期内所占时间的比例。

（4）如N=18，且相邻3个面又为一个小周期，一个小周期内的3个面的角度不同，即在一个小周期内可以实现光束的3路分光；同时三个小面的比例为4:3:2，即在一个小周期内3束光的所占时间也为4:3:2；一个大周期内有6个小周期，即在同样的转速下，可以提高分光速率。

通过以上实施例可以看出，本发明具有很强的灵活性，通过对不同参数进行不同的设计，可以实现分光的多样性。

Claims

1.一种光束扫描旋转多棱镜，由完全相同的周期性扫描镜面组成，所述扫描镜面围绕多棱镜轴线成轴对称分布，其特征在于，每个所述扫描镜面包括2个或2个以上小面，所述小面与多棱镜轴线程夹角A，所述小面为圆弧面，且所述圆弧面的圆心位于多棱镜轴线上；所述夹角A满足0度<A<90度。

2.根据权利要求1所述的一种光束扫描旋转多棱镜，其特征在于，所述扫描镜面上的所有小面的面宽和夹角A完全相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种光束扫描旋转多棱镜，其特征在于，所述扫描镜面上有4个小面。

4.根据权利要求1所述的一种光束扫描旋转多棱镜，其特征在于，所述扫描镜面上的每个小面的面宽和夹角A均不相同。

5.根据权利要求1所述的一种光束扫描旋转多棱镜，其特征在于，所述扫描镜面有3个或3个以上。