CN110007472B - 可自动调节的激光扩/缩束器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可自动调节的激光扩/缩束器；该激光扩/缩束器含有水平设置的镜筒，镜筒的进光口中依次安装有入口凹透镜﹑入口凸透镜﹑光阑，光阑调节机构的动力输出端与光阑的调节手柄连接，镜筒的出光口中依次安装有出口凹透镜﹑出口凸透镜，部分反射镜固定安装在光阑和出口凸透镜之间，部分反射镜倾斜45°设置，激光面积传感器位于部分反射镜的反射光路中，且激光面积传感器的接收面与部分反射镜的反射光线垂直；控制电路中的步进电机的转轴与光阑调节机构的动力输入端连接，控制电路中的控制器的光线信号输入口与激光面积传感器的信号输出口连接；本发明可自动对激光束进行扩束或缩束，且扩束或缩束的精确度高。

Description

可自动调节的激光扩/缩束器

（一）、技术领域：

本发明涉及一种激光束变换器，特别涉及一种可自动调节的激光扩/缩束器。

（二）、背景技术：

目前，激光在科研﹑工业等很多领域得到应用，在某些应用中需要扩大或缩小激光束的横截面积，因此需要扩束器或缩束器对激光束进行调节，以符合使用目的。现有激光扩束器或缩束器多为固定的扩张率或缩减率，对每个具体的应用都需要设计专门的扩束器或缩束器，这样的扩束器或缩束器通用性差，不能自动调节扩张率或缩减率，造成设计及制造上的麻烦，使用很不方便。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种可自动调节的激光扩/缩束器，该激光扩/缩束器可自动对激光束进行扩束或缩束，且扩束或缩束的精确度高。

本发明的技术方案：

一种可自动调节的激光扩/缩束器，含有水平设置的镜筒，镜筒的前端为进光口，后端为出光口，激光扩/缩束器还含有入口凹透镜﹑入口凸透镜﹑出口凹透镜﹑出口凸透镜﹑光阑﹑光阑调节机构﹑部分反射镜﹑激光面积传感器和控制电路，入口凹透镜﹑入口凸透镜﹑出口凹透镜﹑出口凸透镜﹑光阑﹑光阑调节机构﹑部分反射镜和激光面积传感器均安装在镜筒中，入口凹透镜固定安装在镜筒的进光口中，入口凸透镜固定安装在入口凹透镜的正后方，光阑固定安装在入口凸透镜的正后方，光阑调节机构的动力输出端与光阑的调节手柄连接，出口凹透镜固定安装在镜筒的出光口中，出口凸透镜固定安装在出口凹透镜的正前方，部分反射镜固定安装在光阑和出口凸透镜之间，部分反射镜倾斜设置，入口凹透镜﹑入口凸透镜﹑出口凹透镜和出口凸透镜的主光轴均重合在一条中心线上，光阑的进光孔的轴线也重合在该中心线上，该中心线穿过部分反射镜的中部，部分反射镜与该中心线之间的夹角为45°，激光面积传感器位于部分反射镜的反射光路中，且激光面积传感器的接收面与部分反射镜的反射光线垂直，入口凹透镜前方的焦点与入口凸透镜前方的焦点重合，出口凹透镜后方的焦点与出口凸透镜后方的焦点重合，入口凸透镜的外径大于入口凹透镜的外径，出口凸透镜的外径大于出口凹透镜的外径，入口凹透镜的外径小于出口凹透镜的外径，出口凸透镜的外径大于等于入口凸透镜的外径，入口凸透镜的外径小于等于光阑的进光孔的最大内径；控制电路中含有控制器﹑步进电机驱动器和步进电机，控制器的电机控制信号输出口与步进电机驱动器的输入口连接，步进电机驱动器的输出口连接步进电机，步进电机的转轴与光阑调节机构的动力输入端连接，控制器的光线信号输入口与激光面积传感器的信号输出口连接。

光阑的进光孔为圆形孔，光阑调节机构设置在光阑的前方或后方，光阑调节机构中含有空心转轴﹑轴套和锥齿轮，空心转轴水平设置，空心转轴的轴线与中心线重合，空心转轴的内径大于等于光阑的进光孔的最大内径，轴套套装在空心转轴的外面，轴套的外侧面与镜筒的内壁固定连接，空心转轴的一端的端面上水平伸出一个连杆，连杆即为光阑调节机构的动力输出端，连杆与光阑外侧面上部伸出的调节手柄固定连接，光阑的外侧面下部与镜筒的内壁固定连接，锥齿轮的大轮是与空心转轴具有相同内径的空心轮，锥齿轮的大轮的轴线与中心线重合，锥齿轮的大轮与空心转轴的另一端连为一体，锥齿轮的小轮的转轴为光阑调节机构的动力输入端，步进电机的转轴与锥齿轮的小轮的转轴连接。

光阑调节机构设置在光阑的后方，空心转轴的前端的端面上水平伸出连杆，锥齿轮的大轮与空心转轴的后端连为一体；部分反射镜的反射率小于等于5%。

控制电路中还含有触摸显示屏，控制器的触摸显示屏通信口与触摸显示屏连接；控制器﹑触摸显示屏和步进电机驱动器均设在镜筒外部，控制器和步进电机驱动器安装在镜筒外部的一个控制盒内，触摸显示屏安装在控制盒的表面；步进电机安装在镜筒的外壁上，步进电机的转轴穿过镜筒的外壁与光阑调节机构的动力输入端连接。

触摸显示屏可以用来显示并设置激光扩/缩束后的横截面参数。

控制器为单片机；激光面积传感器为CCD相机或激光能量探头；步进电机驱动器为振合机电的ZH422M型；步进电机为振合机电的ZH20HB30-0410B型。

激光面积传感器安装在镜筒的内上壁上，控制器与激光面积传感器之间的连线穿过镜筒的上壁。

或者，控制器为计算机，计算机主板的PCI插槽上安装有步进电机运动控制卡，步进电机运动控制卡的输出口与步进电机驱动器的输入口连接；控制器和步进电机驱动器均设在镜筒外部；步进电机安装在镜筒的外壁上，步进电机的转轴穿过镜筒的外壁与光阑调节机构的动力输入端连接；激光面积传感器安装在镜筒的内上壁上，控制器与激光面积传感器之间的连线穿过镜筒的上壁。

激光面积传感器为CCD相机或激光能量探头；步进电机运动控制卡为YAKOTEC的MCC400P型；步进电机驱动器为振合机电的ZH422M型；步进电机为振合机电的ZH20HB30-0410B型。

该激光扩/缩束器的工作过程为：先使用由入口凹透镜和入口凸透镜组成的扩束镜组对进光口进来的激光束进行扩束，增大激光束横截面积，以便对激光束面积进行精细调节，然后采用光阑改变扩束后的激光束横截面积，用部分反射镜反射部分激光至激光面积传感器，用以确定激光束通过光阑后的面积，并配合后面的缩束镜组（由出口凹透镜和出口凸透镜组成）的缩束比率计算出出光口处激光束的横截面积，控制器通过不断控制光阑调节机构使出光口处激光束的横截面积符合用户的预先设定；控制器根据用户设置的扩/缩设定参数和激光面积传感器检测到的激光束横截面积数据来控制光阑调节机构，从而控制光阑进光孔的大小，以实现激光的扩束或者缩束。

光阑调节机构的工作原理为：控制器通过步进电机驱动器控制步进电机转动，步进电机转动时带动锥齿轮的小轮转动，锥齿轮的小轮再带动大轮转动，从而带动空心转轴转动，空心转轴转动时，其上的连杆围绕中心线做弧形运动，带动光阑的调节手柄也做弧形运动，从而使光阑进光孔变大或变小。

本发明的有益效果：

本发明先将激光束扩束，以便对激光束面积进行精细调节，再采用光阑改变扩束后的激光束横截面积，最后再进行缩束；控制器通过激光面积传感器检测经过光阑后的激光束横截面积，通过控制光阑调节机构改变光阑进光孔的大小，控制电路中采用步进电机，控制准确﹑精度高；本发明可根据需要自动对激光束进行扩束或缩束，使用方便，且扩束或缩束的精确度高。

（四）、附图说明：

图1为可自动调节的激光扩/缩束器的结构示意图；

图2为光阑调节机构的结构示意图；

图3为图2的右视结构示意图；

图4为图2的左视结构示意图；

图5为可自动调节的激光扩/缩束器扩束时的光路示意图；

图6为可自动调节的激光扩/缩束器缩束时的光路示意图；

图7为控制电路的电路原理框图之一；

图8为控制电路的电路原理框图之二。

（五）、具体实施方式：

实施例一：

参见图1～图7，图中，可自动调节的激光扩/缩束器含有水平设置的镜筒1，镜筒1的前端为进光口2，后端为出光口3，激光扩/缩束器还含有入口凹透镜4﹑入口凸透镜5﹑出口凹透镜6﹑出口凸透镜7﹑光阑8﹑光阑调节机构﹑部分反射镜9﹑激光面积传感器10和控制电路，入口凹透镜4﹑入口凸透镜5﹑出口凹透镜6﹑出口凸透镜7﹑光阑8﹑光阑调节机构﹑部分反射镜9和激光面积传感器10均安装在镜筒1中，入口凹透镜4固定安装在镜筒1的进光口2中，入口凸透镜5固定安装在入口凹透镜4的正后方，光阑8固定安装在入口凸透镜5的正后方，光阑调节机构的动力输出端与光阑8的调节手柄20连接，出口凹透镜6固定安装在镜筒1的出光口3中，出口凸透镜7固定安装在出口凹透镜6的正前方，部分反射镜9固定安装在光阑8和出口凸透镜7之间，部分反射镜9倾斜设置，入口凹透镜4﹑入口凸透镜5﹑出口凹透镜6和出口凸透镜7的主光轴均重合在一条中心线OO’上，光阑8的进光孔22的轴线也重合在该中心线OO’上，该中心线OO’穿过部分反射镜9的中部，部分反射镜9与该中心线OO’之间的夹角为45°，激光面积传感器10位于部分反射镜9的反射光路中，且激光面积传感器10的接收面与部分反射镜9的反射光线垂直，入口凹透镜4前方的焦点与入口凸透镜5前方的焦点重合，出口凹透镜6后方的焦点与出口凸透镜7后方的焦点重合，入口凸透镜5的外径大于入口凹透镜4的外径，出口凸透镜7的外径大于出口凹透镜6的外径，入口凹透镜4的外径小于出口凹透镜6的外径，出口凸透镜7的外径等于入口凸透镜5的外径，入口凸透镜5的外径小于光阑8的进光孔22的最大内径；控制电路中含有控制器﹑步进电机驱动器和步进电机11，控制器的电机控制信号输出口与步进电机驱动器的输入口连接，步进电机驱动器的输出口连接步进电机11，步进电机11的转轴与光阑调节机构的动力输入端连接，控制器的光线信号输入口与激光面积传感器10的信号输出口连接。

光阑8的进光孔22为圆形孔，光阑调节机构设置在光阑8的后方，光阑调节机构中含有空心转轴16﹑轴套15和锥齿轮，空心转轴16水平设置，空心转轴16的轴线与中心线OO’重合，空心转轴16的内径大于光阑8的进光孔22的最大内径，轴套15套装在空心转轴16的外面，轴套15的外侧面与镜筒1的内壁固定连接，空心转轴16的前端的端面上水平伸出一个连杆19，连杆19即为光阑调节机构的动力输出端，连杆19与光阑8外侧面上部伸出的调节手柄20固定连接，光阑6的外侧面下部与镜筒1的内壁固定连接，锥齿轮的大轮17是与空心转轴16具有相同内径的空心轮，锥齿轮的大轮17的轴线与中心线OO’重合，锥齿轮的大轮17与空心转轴16的后端连为一体，锥齿轮的小轮18的转轴为光阑调节机构的动力输入端，步进电机11的转轴与锥齿轮的小轮18的转轴连接；部分反射镜的反射率等于5%。

控制电路中还含有触摸显示屏，控制器的触摸显示屏通信口与触摸显示屏连接；控制器﹑触摸显示屏和步进电机驱动器均设在镜筒1外部，控制器和步进电机驱动器安装在镜筒1外部的一个控制盒内，触摸显示屏安装在控制盒的表面；步进电机11安装在镜筒1的外壁上，步进电机11的转轴穿过镜筒1的外壁与光阑调节机构的动力输入端连接。

触摸显示屏可以用来显示并设置激光扩/缩束后的横截面参数。

控制器为单片机；激光面积传感器10为CCD相机；步进电机驱动器为振合机电的ZH422M型；步进电机11为振合机电的ZH20HB30-0410B型。

激光面积传感器10安装在镜筒1的内上壁上，控制器与激光面积传感器10之间的连线21穿过镜筒1的上壁。

该激光扩/缩束器的工作过程为：先使用由入口凹透镜4和入口凸透镜5组成的扩束镜组对进光口进来的激光束进行扩束，增大激光束横截面积，以便对激光束面积进行精细调节，然后采用光阑8改变扩束后的激光束横截面积，用部分反射镜9反射部分激光至激光面积传感器10，用以确定激光束通过光阑8后的面积，并配合后面的缩束镜组（由出口凹透镜6和出口凸透镜7组成）的缩束比率计算出出光口3处激光束的横截面积，控制器通过不断控制光阑调节机构使出光口3处激光束的横截面积符合用户的预先设定；控制器根据用户设置的扩/缩设定参数和激光面积传感器10检测到的激光束横截面积数据来控制光阑调节机构，从而控制光阑8进光孔22的大小，以实现激光的扩束或者缩束。

光阑调节机构的工作原理为：控制器通过步进电机驱动器控制步进电机11转动，步进电机11转动时带动锥齿轮的小轮18转动，锥齿轮的小轮18再带动大轮17转动，从而带动空心转轴16转动，空心转轴16转动时，其上的连杆19围绕中心线OO’做弧形运动，带动光阑8的调节手柄20也做弧形运动，从而使光阑8进光孔22变大或变小。

实施例二：

参见图1～图6﹑图8，图中编号与实施例一相同的，代表的意义和工作过程也相同，相同之处不重述，不同之处如下：控制器为计算机，控制电路中不再含有触摸显示屏，计算机主板的PCI插槽上安装有步进电机运动控制卡，步进电机运动控制卡的输出口通过端子板（研控科技的ACC400型）与步进电机驱动器的输入口连接；控制器和步进电机驱动器直接安装在镜筒1外部。

步进电机运动控制卡为YAKOTEC的MCC400P型。

Claims (8)

1.一种可自动调节的激光扩/缩束器，含有水平设置的镜筒，镜筒的前端为进光口，后端为出光口，其特征是：还含有入口凹透镜﹑入口凸透镜﹑出口凹透镜﹑出口凸透镜﹑光阑﹑光阑调节机构﹑部分反射镜﹑激光面积传感器和控制电路，入口凹透镜﹑入口凸透镜﹑出口凹透镜﹑出口凸透镜﹑光阑﹑光阑调节机构﹑部分反射镜和激光面积传感器均安装在镜筒中，入口凹透镜固定安装在镜筒的进光口中，入口凸透镜固定安装在入口凹透镜的正后方，光阑固定安装在入口凸透镜的正后方，光阑调节机构的动力输出端与光阑的调节手柄连接，出口凹透镜固定安装在镜筒的出光口中，出口凸透镜固定安装在出口凹透镜的正前方，部分反射镜固定安装在光阑和出口凸透镜之间，部分反射镜倾斜设置，入口凹透镜﹑入口凸透镜﹑出口凹透镜和出口凸透镜的主光轴均重合在一条中心线上，光阑的进光孔的轴线也重合在该中心线上，该中心线穿过部分反射镜的中部，部分反射镜与该中心线之间的夹角为45°，激光面积传感器位于部分反射镜的反射光路中，且激光面积传感器的接收面与部分反射镜的反射光线垂直，入口凹透镜前方的焦点与入口凸透镜前方的焦点重合，出口凹透镜后方的焦点与出口凸透镜后方的焦点重合，入口凸透镜的外径大于入口凹透镜的外径，出口凸透镜的外径大于出口凹透镜的外径，入口凹透镜的外径小于出口凹透镜的外径，出口凸透镜的外径大于等于入口凸透镜的外径，入口凸透镜的外径小于等于光阑的进光孔的最大内径；控制电路中含有控制器﹑步进电机驱动器和步进电机，控制器的电机控制信号输出口与步进电机驱动器的输入口连接，步进电机驱动器的输出口连接步进电机，步进电机的转轴与光阑调节机构的动力输入端连接，控制器的光线信号输入口与激光面积传感器的信号输出口连接。

2.根据权利要求1所述的可自动调节的激光扩/缩束器，其特征是：所述光阑的进光孔为圆形孔，光阑调节机构设置在光阑的前方或后方，光阑调节机构中含有空心转轴﹑轴套和锥齿轮，空心转轴水平设置，空心转轴的轴线与中心线重合，空心转轴的内径大于等于光阑的进光孔的最大内径，轴套套装在空心转轴的外面，轴套的外侧面与镜筒的内壁固定连接，空心转轴的一端的端面上水平伸出一个连杆，连杆即为光阑调节机构的动力输出端，连杆与光阑外侧面上部伸出的调节手柄固定连接，光阑的外侧面下部与镜筒的内壁固定连接，锥齿轮的大轮是与空心转轴具有相同内径的空心轮，锥齿轮的大轮的轴线与中心线重合，锥齿轮的大轮与空心转轴的另一端连为一体，锥齿轮的小轮的转轴为光阑调节机构的动力输入端，步进电机的转轴与锥齿轮的小轮的转轴连接。

3.根据权利要求2所述的可自动调节的激光扩/缩束器，其特征是：所述光阑调节机构设置在光阑的后方，空心转轴的前端的端面上水平伸出连杆，锥齿轮的大轮与空心转轴的后端连为一体；部分反射镜的反射率小于等于5%。

4.根据权利要求1所述的可自动调节的激光扩/缩束器，其特征是：所述控制电路中还含有触摸显示屏，控制器的触摸显示屏通信口与触摸显示屏连接；控制器﹑触摸显示屏和步进电机驱动器均设在镜筒外部；步进电机安装在镜筒的外壁上，步进电机的转轴穿过镜筒的外壁与光阑调节机构的动力输入端连接。

5.根据权利要求4所述的可自动调节的激光扩/缩束器，其特征是：所述控制器为单片机；激光面积传感器为CCD相机或激光能量探头；步进电机驱动器为振合机电的ZH422M型；步进电机为振合机电的ZH20HB30-0410B型。

6.根据权利要求4所述的可自动调节的激光扩/缩束器，其特征是：所述激光面积传感器安装在镜筒的内上壁上，控制器与激光面积传感器之间的连线穿过镜筒的上壁。

7.根据权利要求1所述的可自动调节的激光扩/缩束器，其特征是：所述控制器为计算机，计算机主板的PCI插槽上安装有步进电机运动控制卡，步进电机运动控制卡的输出口与步进电机驱动器的输入口连接；控制器和步进电机驱动器均设在镜筒外部；步进电机安装在镜筒的外壁上，步进电机的转轴穿过镜筒的外壁与光阑调节机构的动力输入端连接；激光面积传感器安装在镜筒的内上壁上，控制器与激光面积传感器之间的连线穿过镜筒的上壁。

8.根据权利要求7所述的可自动调节的激光扩/缩束器，其特征是：所述激光面积传感器为CCD相机或激光能量探头；步进电机运动控制卡为YAKOTEC的MCC400P型；步进电机驱动器为振合机电的ZH422M型；步进电机为振合机电的ZH20HB30-0410B型。