CN109884802B - 一种温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，其特征包括光源、准直透镜、锥形反射镜，光源经过准直透镜后，由点光源变为圆光斑，再经过锥形反射镜，将其转变为360°分布的线型激光，通过调整主支架上的紧定螺钉，使准直组件绕其自身旋转中心转动，将圆光斑中心与锥形反射镜中心重合，调整至输出激光360°内线激光宽度相等状态。本发明通过结构设计与材料热膨胀系数的匹配，满足激光器在‑20℃～60℃内输出的光线的高度保持稳定。本发明具有结构简单、使用方便、价格低廉的特点，可应用于工厂装配、建筑工程等激光定标和测量领域。
Description
技术领域
本发明涉及线型激光器技术领域，具体是一种可用线型激光进行精密测量，应用环境温度变化大，要求测量精度高的领域。
背景技术
线型激光器可应用于工厂装配、建筑工程等激光定标和测量领域，是激光精密测量的核心部件，目前常见的线型激光器有一字光源区域小且光斑宽度不均匀，360°环形光源却不能保证环境适应性要求，激光定标和测量的环境往往为室外和装配车间，使用环境由于季节和控温的影响，温度较大，导致测量误差较大，因此，本发明专利解决了上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，激光器具有温度适应性强，在外界环境温度变化较大的情况下，依然保证测量精度要求，且输出的线型激光光斑宽度。
本发明通过以下技术方案实现：
一种温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，包括依次连接的底座、主支架、输出窗口和锥镜镜持，以及固定在锥镜镜持上的锥形反射镜，其特点在于，还包括激光准直组件，所述的主支架套设在该激光准直组件外，沿该主支架的圆周方向均匀分布有多个螺钉孔用于固定所述的激光准直组件，使所述的激光准直组件可以绕圆心旋转。
所述的激光准直组件将点光源整形成为圆光斑，经所述的锥形反射镜反射整形为线型光束后，经所述的输出窗口透射。所述的锥形反射镜的顶角为90°。
所述的准直组件包括准直支架、准直镜持、非球面准直透镜、激光二极管、压圈和固定O圈。所述的固定O圈套设在所述的激光二极管外，并通过所述的压圈将固定O圈固定在准直支架中，所述的非球面准直透镜固定在所述的准直镜持上，且均固定在准直支架上。
所述的准直支架具有内螺纹，与所述的准直镜持和非球面准直透镜的外螺纹相适配。
所述的准直支架两个端面均为圆弧面，且与所述的主支架的圆弧面及底座的圆弧面同心。通过调节螺钉，使使所述的激光准直组件旋转，直至经所述的输出窗口透射的线性光斑的宽度均相同。
设所述的底座的下表面到所述的主支架与输出窗口的粘接面之间距离为La，所述的输出窗口的高度为Lb，所述的锥形反射镜与锥镜镜持的粘接面到所述的输出窗口与锥镜镜持的粘接面之间距离为Lc，所述的底座与主支架的热膨胀系数均为α，所述的输出窗口的热膨胀系数为β，所述的锥镜镜持的热膨胀系数为γ，则满足如下公式：
La×α+Lb×β-Lc×γ＝0。
所述的激光二极管的出射光为波段在610～780nm范围内的可见光波段。
通过上述计算可知，本发明可以实现结构上的零膨胀，从而消除环境温度变化带来的测量误差，本发明可在-20℃～60℃的温度范围内保证测量精度要求。
与现有技术相比，本发明的技术效果：
(1)本发明的线型激光器具有温度适应性强，在外界环境温度变化较大的情况下，依然保证测量精度要求，通过结构设计与材料热膨胀系数的匹配，满足激光器在-20℃～60℃内输出的光线的高度保持稳定。
(2)本发明中的线型激光器可以通过调整紧定螺钉得到输出光斑宽度均匀的线型激光。
(3)本发明结构简单、装调便捷，可以实现大规模的生产，广泛应用与精密测量领域。
附图说明
图1是本发明的光路原理示意图。
图2是本发明温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器的结构示意图。
图3是本发明温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器的剖视图。
图4是本发明中准直组件的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图2，图2是本发明温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器的结构示意图,如图所示，本发明包括底座1、准直组件2、主支架3、输出窗口4、锥镜镜持5、锥形反射镜6，其中，准直组件2包括准直支架201、准直镜持202、非球面准直透镜203、激光二极管204、压圈205、固定O圈206。
本发明选用的激光光源为半导体激光二极管204，波段为610～780nm的可见光波段，半导体激光二极管204为点光源，经过一块非球面透镜203准直后变为圆形的准直光斑，再经过顶角为90°的圆锥反射镜6进行反射，形成360°的线型光束，经过输出窗口4后输出，本发明光路原理参见图1。
准直组件2包括准直支架201、准直镜持202、非球面准直透镜203、激光二极管204、压圈205和固定O圈206，所述的准直支架201两个端面均为圆弧面，且与所述的主支架3的圆弧面及底座1的圆弧面同心，所述的固定O圈206套设在所述的激光二极管(204)外，并通过所述的压圈(205)将固定O圈206固定在准直支架201中，所述的非球面准直透镜203固定在所述的准直镜持202上，且均固定在准直支架201上。准直支架201具有内螺纹，与所述的准直镜持202和非球面准直透镜203的外螺纹相适配。
输出窗口4与主支架3之间粘接，输出窗口4与锥镜镜持5之间粘接，锥镜镜持5与锥形反射镜6之间粘接。
准直组件2装调、固定好后，将其装入主支架3中，再用底座1固定，主支架3和底座1内均有圆弧面，与准直组件2中的准直支架201端面为圆弧面，主支架3与底座1共同构成的圆弧与准直组件2的圆弧同心。所述的主支架3套设在该激光准直组件2外，沿该主支架3的圆周方向均匀分布有多个螺钉孔用于固定所述的激光准直组件2，使所述的激光准直组件2可以绕圆心旋转。通过调节螺钉，使使所述的激光准直组件2旋转，直至经所述的输出窗口4透射的线性光斑的宽度均相同。
本发明通过对结构进行设计，通过计算材料的热膨胀系数与结构尺寸的关系，保证本发明在不同环境下或环境温度不稳定的情况下均能保证其测量精度的准确性。具体如下：
规定底座1安装面到主支架3与输出窗口4粘接面之间距离为La，输出窗口4高度为Lb，输出窗口4与锥镜镜持5到锥形反射镜6安装面之间距离为Lc，底座1与主支架3热膨胀系数为α，输出窗口4热膨胀系数为β，锥镜镜持5热膨胀系数为γ，当满足如下公式时，本发明可以实现零膨胀，使激光器满足大温差范围精度要求：
La×α+Lb×β-Lc×γ＝0
本发明中的底座1、主支架3、准直支架201、准直镜持202、压圈205均采用殷刚4J32材料，其热膨胀系数为1×10-6/℃；输出窗口4和非球面准直透镜203为熔石英材料，其热膨胀系数为0.58×10-6/℃；锥镜镜持5为钛合金TC4材料，其热膨胀系数为8.4×10-6/℃；锥形反射镜为铝合金材料，其热膨胀系数为23.6×10-6/℃。
本发明中，响激光器出光高度的零件有底座1、主支架3、输出窗口4、锥镜镜持5，底座1和主支架3的总高度为23.6mm，输出窗口4高度10mm，锥镜镜持5、输出窗口4结合面与锥镜镜持5、锥形反射镜6结合面之间的距离为3.5mm，通过如下计算：
23.6×1×10-6+10×0.58×10-6-3.5×8.4×10-6＝0
通过上述计算可知，本发明可以实现结构上的零膨胀，从而消除环境温度变化带来的测量误差，本发明可在-20℃～60℃的温度范围内保证测量精度要求。
综上所述，本发明提供一种温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，激光器具有温度适应性强，在外界环境温度变化较大的情况下，依然保证测量精度要求，且输出的线型激光光斑宽度均匀。这种高稳定性的激光器结构简单、装调便捷，可以实现大规模的生产，广泛应用与精密测量领域。
Claims (5)
1.一种温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，包括依次连接的底座(1)、主支架(3)、输出窗口(4)和锥镜镜持(5)，以及固定在锥镜镜持(5)上的锥形反射镜(6)，其特征在于，还包括激光准直组件(2)，所述的主支架(3)套设在该激光准直组件(2)外，沿该主支架(3)的圆周方向均匀分布有多个螺钉孔用于固定所述的激光准直组件(2)，使所述的激光准直组件(2)可以绕圆心旋转；通过调节螺钉，使所述的激光准直组件(2)旋转，直至经所述的输出窗口(4)透射的线性光斑的宽度均相同，锥镜镜持(5)为钛合金TC4材料，输出窗口(4)与锥镜镜持(5)之间粘接，锥镜镜持(5)与锥形反射镜(6)之间粘接；
设所述的底座(1)的下表面到所述的主支架(3)与输出窗口(4)的粘接面之间距离为La，所述的输出窗口(4)的高度为La，所述的锥形反射镜(6)与锥镜镜持(5)的粘接面到所述的输出窗口(4)与锥镜镜持(5)的粘接面之间距离为Lc，所述的底座(1)与主支架(3)的热膨胀系数均为α，所述的输出窗口(4)的热膨胀系数为β，所述的锥镜镜持(5)的热膨胀系数为γ，则满足如下公式：
La×α+Lb×β-Lc×γ＝0；
所述的准直组件(2)包括准直支架(201)、准直镜持(202)、非球面准直透镜(203)、激光二极管(204)、压圈(205)和固定O圈(206)，所述的准直支架(201)两个端面均为圆弧面，且与所述的主支架(3)的圆弧面及底座(1)的圆弧面同心，所述的固定O圈(206)套设在所述的激光二极管(204)外，并通过所述的压圈(205)将固定O圈(206)固定在准直支架(201)中，所述的非球面准直透镜(203)固定在所述的准直镜持(202)上，且均固定在准直支架(201)上。
2.根据权利要求1所述的温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，其特征在于，所述的激光准直组件(2)将点光源整形成为圆光斑，经所述的锥形反射镜(6)反射整形为线型光束后，经所述的输出窗口(4)透射。
3.根据权利要求1所述的温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，其特征在于，所述的锥形反射镜(6)的顶角为90°。
4.根据权利要求1-3任一所述的温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，其特征在于，所述的准直支架(201)具有内螺纹，与所述的准直镜持(202)和非球面准直透镜203)的外螺纹相适配。
5.根据权利要求4所述的温度稳定性高、光斑均匀可调的线型激光器，其特征在于，所述的激光二极管的出射光的波段在610～780nm范围内的可见光波段。
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