CN107894665A - 一种实现光斑变换的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种实现光斑变换的方法、装置及系统，所述方法包括：利用至少一个光斑变换器件对光斑进行变换，其中，每个光斑变换器件具有至少两种互不相同的整形单元，通过在各整形单元之间进行切换，实现光斑变换。基于本发明实施例提供的实现光斑变换的方法、装置及系统，能够在同一套整形系统中实现不同形态光斑的变换，体积小，操作方便，能够直接输出各种形态的均匀光斑。

Description

一种实现光斑变换的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及光学整形领域，尤其涉及一种实现光斑变换的方法、装置及系统。

背景技术

现有技术中，尤其在激光领域，激光光源输出的激光难以直接应用到各个场景中，这通常需要根据具体的应用场景对激光光束进行空间整形，以获得特定形态的光斑。一般情况下，多采用整形透镜或光波导等器件组合使用。例如，在激光医疗美容应用领域，通常需要设置光波导器件对光斑进行匀化处理，以获得具有相对均匀的光强及功率密度的光斑。

但这存在一些缺点：第一，光波导具有一定长度，且较重，与其他光学整形器件结合使用，更加导致整个光学整形系统体积和重量增大，操作不便；第二，一套光学整形系统仅对应输出一种对应形态的光斑，当需要不同的光斑形态时，需更换整个整形系统，重新设计，操作不便，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的至少一个目的在于提供一种可以实现光斑变换的方法、装置及系统，能够在同一套整形系统中实现不同形态光斑的变换，体积小，操作方便，能够直接输出各种形态的均匀光斑。

本发明的技术方案如下所示：

本发明实施例提供一种实现光斑变换的方法，所述方法包括：利用至少一个光斑变换器件对光斑进行变换，其中，每个光斑变换器件具有至少两种互不相同的整形单元，通过在各整形单元之间进行切换，实现光斑变换。

优选的，利用转换机构，在所述每个光斑变换器件的各整形单元之间进行切换，实现光斑变换。

本发明实施例还提供一种实现光斑变换的装置，所述装置包括：至少一个光斑变换器件，其中，每个光斑变换器件具有至少两种互不相同的整形单元；所述光斑变换器件，用于通过在各整形单元之间进行切换，实现光斑变换。

上述方案中，所述光斑转换器件为微透镜阵列器件，用于在对光斑进行匀化的同时，控制光斑的发散角。

上述方案中，所述互不相同的整形单元包括：整形单元的材质不同、和/或整形单元的结构不同、和/或整形单元的曲率不同。

上述方案中，所述整形单元为：凹球面、或凹柱面、或凹非球面、或凸球面、或凸柱面、或凸非球面。

优选的，所述装置还包括转换机构，用于实现每个光斑变换器件的各整形单元之间的切换。

优选的，所述装置还包括固定镜组、制冷机构；其中，所述固定镜组，用于对转换后的光斑进行整形；所述制冷机构包括半导体制冷片、和/或通水槽，用于为所述装置散热。

较佳的，所述每个光斑变换器件具有2至4种互不相同的整形单元。

本发明实施例还提供一种实现光斑转换的系统，所述系统包括以上所述的实现光斑变换的装置、光源；其中，所述光源包括激光器光源。

附图说明

图1为本发明基于1个光斑变换器件的系统结构示意图；

图2为本发明基于2个光斑变换器件的系统结构示意图一；

图3为本发明基于2个光斑变换器件的系统结构示意图二；

图4为本发明基于2个光斑变换器件的系统结构示意图三；

图5为本发明基于2个光斑变换器件的系统结构示意图四；

图6为本发明基于2个光斑变换器件的系统结构示意图五；

图7为本发明基于2个光斑变换器件的系统结构示意图六；

图8为本发明基于2个光斑变换器件的转换机构示意图一；

图9为本发明基于2个光斑变换器件的转换机构示意图二。

附图标记说明：1为半导体激光器光源，11为热沉，12为激光芯片，13为准直透镜，2、21、22分别为光斑变换器件，2a、2b、2c分别为光斑变换器件2上互不相同的整形单元，21a、21b分别为光斑变换器件21上互不相同的整形单元，22a、22b、22c分别为光斑变换器件22上互不相同的整形单元，3为固定镜组，4为转换机构。

具体实施方式

本发明实施例提供一种可以实现光斑变换的方法、装置及系统，该方法的主要思路是基于一种新型的光斑变换器件，利用至少一个光斑变换器件对光斑进行变换，其中，该光斑变换器件具有至少两种互不相同的整形单元。在应用时，通过利用转换机构，在每个光斑变换器件的各个整形单元之间进行切换，所述光斑变换器件能够在对光斑进行匀化的同时，控制光束的发散角，进而在实现光斑变换的同时，获得较高质量的光斑。

这里，需明确说明的一点是：本发明实施例所基于的激光光源可以包括但不限于：半导体激光器光源、光纤耦合类激光器光源、固体激光器光源等。本发明以下实施例以激光光源为半导体激光器为例进行举例说明，但这并不构成对本发明方案的唯一性限制。

另外，本发明实施例所述的每个光斑变换器件具有至少两种互不相同的整形单元，这里，所述的光斑变换器件的数量可以为1个或多个（即可以仅设置1个光斑变换器件，也可以将多个光斑变换器件组合使用），每个光斑变换器件上所具有的整形单元的结构为两种或多种，具体可以根据实际应用场景及应用条件确定。

通常情况下，考虑到激光光源设置的可操作性以及光斑质量的优良性，每个光斑变换器件上所具有的整形单元的结构优选为2-4种。

以下结合附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。

图1为本发明基于1个光斑变换器件的系统结构示意图，图1以光斑变换器件的数量为1，该光斑变换器件所具有的整形单元的数量为3进行举例说明。

如图1所示，所述光斑变换器件2具有至少两种互不相同的整形单元，图1中光斑变换器件2具有三种互不相同的整形单元，分别为2a、2b、2c，所述光斑变换器件2用于通过所述至少两种互不相同的整形单元（即2a、2b、2c）对光斑进行变换。

本发明实施例中，所述光斑变换器件可以包括但不限于：微透镜阵列器件，具体用于在对光斑进行匀化的同时，控制光束发散角。本发明以下实施例以光斑变换器件为微透镜阵列为例进行举例示意。应当理解的是，除了微透镜阵列器件之外，所述光斑变换器件还可以为其他形式的透镜，具体取决于光源的形式、以及实际应用对光斑的要求。

例如，当光源为半导体激光器光源时，为了获得更加匀化的光斑，通常可以将微透镜阵列作为光斑变换器件，或者当对光斑质量要求不是很高时，可以将微透镜阵列作为的光斑变换器件和常规透镜作为的光斑变换器件组合使用，也可以将多个常规透镜作为的光斑变换器件组合使用。

再例如，当光源为固体激光器光源时，由于其本身的光斑质量较好，因此，在满足实际需求的情况下，可以将常规透镜及其组合作为光斑变换器件来实现光斑变换，也可将微透镜阵列作为的光斑变换器件和常规透镜作为的光斑变换器件组合使用来实现光斑变换。

以上常规透镜及其与微透镜阵列的组合使用，一方面能够提高光斑变换的灵活性和可操作性，另一方面还可以降低成本。

所述的“互不相同的整形单元”可以包括但不限于：整形单元的材质不同、和/或整形单元的结构不同、和/或整形单元的曲率不同。这里，具体的，在所述光斑变换器件为微透镜阵列的情况下，微透镜阵列表面可以由微单元阵列组成，也即每个整形单元由微单元阵列组成，基于此，所述的“互不相同的整形单元”进一步可以理解为：每个整形单元所包含的微单元阵列，在各个整形单元之间，各个微单元阵列彼此材质不同、和/或结构不同、和/或曲率不同。

具体的，所述整形单元可以为：凹球面、或凹柱面、或凹非球面、或凸球面、或凸柱面、或凸非球面。类似的，基于上一段描述，这里可以进一步理解为：每个整形单元所包含的微单元阵列，在各个整形单元之间，各个微单元阵列可以为凹球面、或凹柱面、或凹非球面、或凸球面、或凸柱面、或凸非球面。

其中，在图1-图7中，1为半导体激光器光源，11为该光源的热沉结构，12为用于发光的激光芯片，13为设置于激光芯片发光面前端的准直透镜。这里，半导体激光器光源1的具体结构可参考现有技术中的方案，此部分非本发明实施例技术方案的重点，在此不再赘述。

图1中，当需要对光斑同时进行快轴和慢轴方向上的整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件2旋转至整形单元2a部分，整形单元2a能够将激光光源1入射到该部分的光斑同时进行快轴和慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。

当需要对光斑进行慢轴方向上的整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件2旋转至整形单元2b部分，整形单元2b能够将入射到该部分的光斑进行慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。

当需要对光斑进行快轴方向上的整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件2旋转至整形单元2c部分，整形单元2c能够将入射到该部分的光斑进行快轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。

基于上述，通过转换机构可以顺利实现光斑变换器件2的各个整形单元之间的切换（即2a、2b、2c），实现了在同一套整形系统中实现不同形态光斑变换的目的，体积小，操作方便，能够直接输出各种形态的均匀光斑。

进一步的，为了满足实际应用中对光斑的多样化需求，本发明实施例所提供的方案还可以将多个光斑变换器件组合使用，每一个光斑变换器件均具有独特的互不相同的整形单元。具体的，可如图2-图7所示，图2-图7中以光斑变换器件的数量为2，光斑变换器件21上具有2种整形单元，光斑变换器件22上具有3种整形单元为例对本发明实施例的技术方案进行进一步举例说明。

图2为本发明基于2个光斑变换器件的系统结构示意图一，在图2中可以看到，2个光斑变换器件分别为21、22，其中，光斑变换器件21具有2种互不相同的整形单元：21a、21b，光斑变换器件22具有3种互不相同的整形单元：22a、22b、22c。因此，光斑变换器件21和光斑变换器件22能够组合出六种不同的光斑变换方案，通过利用转换机构可实现光斑的任意变换，即图2-图7所示，以下将具体进行说明。

图2中所示的2个光斑变换器件为先对光斑进行快轴方向上整形，再对光斑进行慢轴方向上整形的方案。

具体的，当需要先对光斑进行快轴方向上整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件21旋转至整形单元21a部分，光斑变换器件21的整形单元21a能够将入射到该部分的光斑进行快轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。之后，需对光斑进行下一步的慢轴方向上的整形，即：通过转换机构将光斑变换器件22旋转至整形单元22b部分，光斑变换器件22的整形单元22b能够将经21a处理过的入射到整形单元22b表面的光斑进行慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。基于上述，先后实现对光斑快轴及慢轴方向上整形的方案。

图3中所示的2个光斑变换器件为先对光斑进行快轴方向上整形，再对光斑进行快轴及慢轴方向上整形的方案。

具体的，当需要先对光斑进行快轴方向上整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件21旋转至整形单元21a部分，光斑变换器件21的整形单元21a能够对将入射到该部分的光斑进行快轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。之后，需对光斑进行下一步的快轴及慢轴方向上的整形，即：通过转换机构将光斑变换器件22旋转至整形单元22a部分，光斑变换器件22的整形单元22a能够将经21a处理过的入射到整形单元22a表面的光斑进行快轴及慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。基于上述，实现先对光斑进行快轴方向上整形，再对光斑进行快轴及慢轴方向上整形的方案。

图4中所示的2个光斑变换器件为先对光斑进行快轴方向上整形，之后再次对光斑进行快轴方向上整形的方案。

具体的，当需要先对光斑进行快轴方向上整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件21旋转至整形单元21a部分，光斑变换器件21的整形单元21a能够将入射到该部分的光斑进行快轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。之后，需对光斑进行下一步的快轴方向上的整形，即：通过转换机构将光斑变换器件22旋转至整形单元22c部分，光斑变换器件22的整形单元22c能够将经21a处理过的入射到整形单元22c表面的光斑再次进行快轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。基于上述，实现先后对光斑进行快轴方向上整形的方案。

图5中所示的2个光斑变换器件为先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形，之后再对光斑进行快轴方向上整形的方案。

具体的，当需要先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件21旋转至整形单元21b部分，光斑变换器件21的整形单元21b能够将入射到该部分的光斑进行快轴及慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。之后，需对光斑进行下一步的快轴方向上的整形，即：通过转换机构将光斑变换器件22旋转至整形单元22c部分，光斑变换器件22的整形单元22c能够将经21b处理过的入射到整形单元22c表面的光斑进行快轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。基于上述，实现先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形，再对光斑进行快轴方向上整形的方案。

图6中所示的2个光斑变换器件为先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形，之后再对光斑进行慢轴方向上整形的方案。

具体的，当需要先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件21旋转至整形单元21b部分，光斑变换器件21的整形单元21b能够将入射到该部分的光斑进行快轴及慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。之后，需对光斑进行下一步的慢轴方向上的整形，光斑变换器件22的整形单元22b能够将经21b处理过的入射到整形单元22b表面的光斑进行慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。基于上述，实现先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形，再对光斑进行慢轴方向上整形的方案。

图7中所示的2个光斑变换器件为先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形，之后再次对光斑进行快轴及慢轴方向上整形的方案。

具体的，当需要先对光斑进行快轴及慢轴方向上整形时，可以通过转换机构将光斑变换器件21旋转至整形单元21b部分，光斑变换器件21的整形单元21b能够将入射到该部分的光斑进行快轴及慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。之后，需对光斑进行下一步的快轴及慢轴方向上的整形，光斑变换器件22的整形单元22a能够将经21b处理过的入射到整形单元22a表面的光斑再次进行快轴及慢轴方向上匀化的同时，控制光斑的发散角。基于上述，实现先后对光斑同时进行快轴及慢轴方向上整形的方案。

本发明所述的实现光斑转换的装置还可以包括转换机构4，用于实现每个光斑变换器件的各整形单元之间的切换。具体的，所述转换机构4可以通过齿轮传动实现光斑转换器件的各个整形单元之间的切换，也可以通过设置外部旋钮实现，例如：旋钮可设置若干个档位，档位的数量与整形单元的数量保持一致，并且一一对应，具体可参见图8、图9；图8、图9为本发明基于2个光斑变换器件的转换机构示意图，图中所示转换机构以设置外部旋钮为例进行举例说明，通过旋转旋钮，可实现在光斑变换器件的各整形单元之间切换。

在本发明的思想及教导之下，其他可实现各整形单元之间切换的替代方式，或者具有类似功能的转换机构的其他形式，均应包含在本发明所披露的范围之内。

进一步的，所述实现光斑转换的装置还可以包括：固定镜组3，所述固定镜组3具体用于对转换后的光斑进行整形。所述固定镜组3的作用具体在于：在光斑输出前进行最后的调整或修正，为下一步输出均匀光斑提供保证，在实际应用中可考虑是否需要。

另外，本发明实施例所述实现光斑转换的装置还可以包括：制冷机构（图中未示出），所述制冷机构可以包括半导体制冷片、和/或通水槽等，用于为所述装置散热。例如，在激光医疗美容应用领域，基于本发明所述方案的激光治疗头可直接作用于皮肤，并且需要在激光治疗头接触皮肤的部分保持较低的温度，因此需要设置所述制冷机构。当基于本发明所述方案应用于其他领域，例如激光工业加工，所述制冷机构可以采用（可根据实际需要进行适当变形），也可以不采用。

本发明实施例还提供一种实现光斑的系统，所述系统可以包括以上所述的实现光斑转换的装置、以及光源，其中所述光源包括激光器光源，所述激光器可以不局限于某一种，任意一种均可（例如：半导体激光器光源、光纤耦合类激光器光源、固体激光器光源等）。

另外，本发明实施例所述的光斑变换器件所具有的以上结构均为举例、示意，在实际应用中，可根据实际应用需求及应用场景进行适当改进、变形，其他可实现类似或相关功能的任意结构均应当包含在本发明所披露的范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。应当领会的是，对于本领域的普通技术人员来说，本申请能够以多种等价的方式进行变型和修改，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请和所附权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现光斑变换的方法，其特征在于，所述方法包括：利用至少一个光斑变换器件对光斑进行变换，

其中，每个光斑变换器件具有至少两种互不相同的整形单元，通过在各整形单元之间进行切换，实现光斑变换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用转换机构，在所述每个光斑变换器件的各整形单元之间进行切换，实现光斑变换。

3.一种实现光斑变换的装置，其特征在于，所述装置包括：至少一个光斑变换器件，其中，每个光斑变换器件具有至少两种互不相同的整形单元；所述光斑变换器件，用于通过在各整形单元之间进行切换，实现光斑变换。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光斑转换器件为微透镜阵列器件，用于在对光斑进行匀化的同时，控制光斑的发散角。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述互不相同的整形单元包括：整形单元的材质不同、和/或整形单元的结构不同、和/或整形单元的曲率不同。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述整形单元为：凹球面、或凹柱面、或凹非球面、或凸球面、或凸柱面、或凸非球面。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括转换机构，用于实现每个光斑变换器件的各整形单元之间的切换。

8.根据权利要求3至7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括固定镜组、制冷机构；其中，

所述固定镜组，用于对转换后的光斑进行整形；

所述制冷机构包括半导体制冷片、和/或通水槽，用于为所述装置散热。

9.根据权利要求3至7任一项所述的装置，其特征在于，所述每个光斑变换器件具有2至4种互不相同的整形单元。

10.一种实现光斑转换的系统，其特征在于，所述系统包括权利要求3至9任一项所述的装置、光源；其中，所述光源包括激光器光源。