CN110535024A - 线光斑输出系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的线光斑输出系统，包括壳体、激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜，所述壳体一端开设有窗口且壳体内部对应于激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜设置有安装位置，所述激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜顺次设置于壳体内，并且鲍威尔棱镜设置于壳体内的靠近窗口一侧；激光器产生的激光束先后经快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜后，由窗口输出成线光斑。本发明的光斑系统，通过取消光纤连接相关系统，较好地实现了对系统的体积控制，并且有力地降低了系统的成本，具有较好的光斑稳定性和均匀性。

Description

线光斑输出系统

技术领域

本发明涉及线型激光光斑激发和输出系统，特别是具有低成本、简洁结构、稳定输出和良好控制性的线光斑输出系统。

背景技术

半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。其工作原理：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带(导带与价带)之间，或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。

半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在测量、激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面已经获得了广泛的应用。

其中，一字线激光系统是半导体激光器的一种，其是用来形成一条均一的直线做为参照线，多用于准直，机械，建筑和加工行业。目前，现有激光器模块通过光纤，将激光传到镜头，通过镜头，形成一束线光斑。一般体积都比较大，而且需要用光纤。抗干扰弯曲性能较差，并且具有结构复杂成本高，此外这种激光系统其功率较小，亮度较低，大大影响了其在各行各业中的应用前景，且现有一字线激光系统光斑均匀性、稳定性较差，也急需解决。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开的线光斑输出系统，通过取消光纤连接相关系统，采用激光器内置直接输出激光的形式，较好地实现了对系统的体积控制，还实现了对输出功率的灵活控制，并且有力地降低了系统的成本，具有较好的光斑稳定性和均匀性。

本发明公开的线光斑输出系统，包括壳体、激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜，壳体一端开设有窗口且壳体内部对应于激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜设置有安装位置，激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜顺次设置于壳体内，并且鲍威尔棱镜设置于壳体内的靠近窗口一侧；

激光器产生的激光束先后经快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜后，由窗口输出成线光斑。

本发明公开的线光斑输出系统的一种改进，还包括激光器热沉装置，激光器热沉装置其靠近窗口一侧的上表面上具有激光器安装位，激光器安装于激光器安装位上；

激光器热沉装置其靠近窗口一侧且位于激光器安装位的前部具有快轴准直透镜安装位，快轴准直透镜安装于快轴准直透镜安装位上。

本发明公开的线光斑输出系统的又一种改进，激光器热沉装置其靠近窗口一侧的侧面上具有快轴准直透镜安装位，快轴准直透镜安装于快轴准直透镜安装位上。

本发明公开的线光斑输出系统的一种改进，线光斑输出系统还包括窗口装置，窗口装置包括透光材质的窗口片，窗口片覆盖地安装到窗口；

由窗口出射的线光斑透过窗口片射出线光斑输出系统。

本发明公开的线光斑输出系统的又一种改进，窗口的边沿对应于窗口片还设置有安装位，窗口片通过安装位安装到窗口。

本发明公开的线光斑输出系统的又一种改进，窗口片包括嵌合部和限位部，窗口片的嵌合部位于限位部的内侧而接近鲍威尔棱镜，嵌合部与窗口相配合而嵌套于窗口内，而限位部凸出到窗口的边沿而实现限位。

本发明公开的线光斑输出系统的进一步的改进，窗口装置还包括窗口片支架，窗口片支架其设置于窗口片外侧，并连接到窗口边沿的壳体上，窗口片支架将窗口片锁紧到窗口。

本发明公开的的输出系统，其功能实现为：激光器芯片在接受供电后，激发激光，激光通过快轴准直透镜、慢轴准直透镜后，然后通过聚焦透镜聚焦到到鲍威尔棱镜上，实现在工作距离得到一束线光斑。

本发明方案的优点：产品取消了光纤，体积小巧，有效降低了成本，结构紧凑，光斑均匀，功率高，还具有良好的可控性。

附图说明

图1、本发明公开的线光斑输出系统的一种实施例的俯视图；

图2、图1的线光斑输出系统的A-A向图；

图3、图1的线光斑输出系统的分解图；

图4、图1的线光斑输出系统的光路图(主视图视角；

图5、图1的线光斑输出系统的光路图(俯视图视角。

附图标记列表：

1、壳体；2、激光器；3、快轴准直透镜；4、激光器热沉装置；5、慢轴准直透镜；6、聚焦透镜；7、鲍威尔棱镜；8、窗口片；9、上壳；10、窗口片支架；11、电极连接座；12、线光斑。

具体实施方式

下面具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明方案的线光斑输出系统，如图1所示，其壳体1为线光斑输出系统的外部结构，包括上壳9、与上壳9相对的底壳、前侧壁、与前侧壁相对的后侧壁、左侧壁、与左侧壁相对的右侧壁，壳体1内部具有安装空间。其中上壳9为可拆卸的，其可以通过螺钉安装连接到壳体的主体结构上，如图3所示。在右侧壁设置有窗口，用于固定安装窗口片8。其中窗口片8为透光材料制成的主体为板状或者片状的部件，可以为石英玻璃窗或者云母片窗或者红宝石玻璃窗或者蓝宝石玻璃窗等。

在壳体1内部，具有用于安装内置布局的空间和对应的安装位，如图2和图3所示，在左侧壁上设置有一对用于供电的电极连接座11，其在使用时与电源连接，用于向内置的激光器2供电。壳体内，与电极连接座11相邻设置有激光器热沉装置4的安装位，激光器热沉装置4设置与安装为上，其具有足够大的体积和低温度敏感特性，从而有利于在使用中保持散热和激光器的定位精度。

激光器热沉装置4上表面设置有激光器2的安装位，激光器2安装与该安装位上，并与激光器热沉装置4有充分的接触以便于保持稳定和散热。如图3所示，激光器热沉装置4上的激光器的安装位可以并列平行地设置有多个，如图中设置有3个，以安装多个平行光激光器，从而可以实现光效的增强。安装与安装位的激光器2其自身或者通过插座与电极连接座11实现电连接，从而在其工作时获得供电，而激发激光。此外，激光器热沉装置4上在位于激光器的前部还设置有快轴准直透镜3的安装位，快轴准直透镜3安装于该安装位上，激光器2激发出激光时，激光通过快轴准直透镜3。

在快轴准直透镜3的前方靠近窗口的位置，壳体1内还顺次地设置有慢轴准直透镜5的安装位、聚焦透镜6的安装位、鲍威尔透镜7的安装位，慢轴准直透镜5、聚焦透镜6以及鲍威尔透镜7分别安装与对应的安装位上。需要注意的是，快轴准直透镜3、慢轴准直透镜5、聚焦透镜6以及鲍威尔透镜7的中心轴在同意条直线上。

在壳体1的窗口位置设置有窗口片8，其尺寸形状与窗口的形状相配合，使窗口以及其内部的透镜等得到保护，避免被污染，并利于维护。这里的窗口片8可以根据需要设计成“凸”字形及其近似结构，而使窗口片8在安装时可以被卡合在窗口内，并且从窗口外侧配合窗口片支架10进行固定，从而实现对窗口片8的稳定固定。这里的窗口片8还可以根据需要设计成平板形及其近似结构，窗口设计有对应于窗口片8的台阶形结构，而使窗口片8在安装时可以被卡合在窗口的台阶内，并且从窗口外侧配合窗口片支架10进行固定，从而实现对窗口片8的稳定固定。当然窗口片8与窗口的对应安装结构还可以有其它情形，这里就不一一列举，同样在本发明所要求的保护范围内。

窗口片8的主要是用来透射由鲍威尔透镜7所形成的线光斑12，故而其采用的是透光材料，如无色透明的石英玻璃、云母片窗等均可以，当然采用彩色激光器激发的如红色激光时也可以采用有色材料如合适的红宝石玻璃，采用蓝色激光时也可以采用有色材料如合适的蓝宝石玻璃等。窗口片8的尺寸形状以及材质的选择视产品、工作参数以及工作环境等的需求而灵活设计选择，这些设计选择均在本发明要求范围内。

如图4和图5所示，当激光器热沉装置4上设置的激光器2为等距设置的多组并列平行设置的激光器时，其具有对应于每个激光器2独立设置的快轴准直透镜3。激光经过快轴准直透镜3后发散，当发散的激光束的边沿重合处，则可以将系统中的慢轴准直透镜5设置与该重合处，从而使慢轴准直透镜5获得强度稳定性好的入射光。慢轴准直透镜5的出射光斑再经过聚焦透镜6的汇聚后，入射至柱状的鲍威尔透镜7从而在工作区域形成目标的线光斑12。多个激光器2发出的多束激光经过快轴准直透镜3以及慢轴准直透镜5的准直耦合后，获得稳定性较好的光束，而形成聚焦透镜6的入射光。慢轴准直透镜5也可以为柱状透镜。

在工作时，激光器2受激发出激光，采用激光器组时可以分别激发，也可以同时激发调整各自的发光功率而实现整体光强的调节。激光顺次经过快轴准直透镜3、慢轴准直透镜5、聚焦透镜6以及鲍威尔透镜7形成线型发射光束，并有窗口片8出射到工作范围内，形成满足工作所需的亮度、均匀度、合适宽度等要求的线光斑12。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及远程控制系统向云系统/服务器在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.线光斑输出系统，包括壳体、激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜，所述壳体一端开设有窗口且壳体内部对应于激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜设置有安装位置，所述激光器、快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜顺次设置于壳体内，并且鲍威尔棱镜设置于壳体内的靠近窗口一侧；

激光器产生的激光束先后经快轴准直透镜、慢轴准直透镜、聚焦透镜以及鲍威尔棱镜后，由窗口输出成线光斑。

2.根据权利要求1所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述线光斑输出系统还包括激光器热沉装置，所述激光器热沉装置其靠近窗口一侧的上表面上具有激光器安装位，所述激光器安装于所述激光器安装位上；

所述激光器热沉装置其靠近窗口一侧且位于激光器安装位的前部具有快轴准直透镜安装位，所述快轴准直透镜安装于快轴准直透镜安装位上。

3.根据权利要求2所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述激光器热沉装置其靠近窗口一侧的侧面上具有快轴准直透镜安装位，所述快轴准直透镜安装于快轴准直透镜安装位上。

4.根据权利要求1-3任一所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述线光斑输出系统还包括窗口装置，所述窗口装置包括透光材质的窗口片，所述窗口片覆盖地安装到窗口；由窗口出射的线光斑透过窗口片射出所述线光斑输出系统。

5.根据权利要求4所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述窗口的边沿对应于窗口片还设置有安装位，所述窗口片通过安装位安装到窗口。

6.根据权利要求4所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述窗口片包括嵌合部和限位部，所述窗口片的嵌合部位于限位部的内侧而接近鲍威尔棱镜，所述嵌合部与窗口相配合而嵌套于窗口内，而限位部凸出到窗口的边沿而实现限位。

7.根据权利要求4所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述窗口装置还包括窗口片支架，所述窗口片支架其设置于窗口片外侧，并连接到窗口边沿的壳体上，所述窗口片支架将窗口片锁紧到窗口。

8.根据权利要求5所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述窗口装置还包括窗口片支架，所述窗口片支架其设置于窗口片外侧，并连接到窗口边沿的壳体上，所述窗口片支架将窗口片锁紧到窗口。

9.根据权利要求6所述的线光斑输出系统，其特征在于，所述窗口装置还包括窗口片支架，所述窗口片支架其设置于窗口片外侧，并连接到窗口边沿的壳体上，所述窗口片支架将窗口片锁紧到窗口。