CN112059415A - 一种输出组合环形光斑的光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输出组合环形光斑的光学系统，包括沿光路依次设置的反射式环形光斑整形单元和聚焦单元；其中，反射式环形光斑整形单元用于通过锥面反射镜来改变入射的平行高斯光束的光斑分布模式后，将光斑分布模式改变后的激光束出射到聚焦单元上；仅需要更换所述环形光斑整形单元中的锥面反射镜，即可得到不同组合环形光斑的输出；另外，锥面反射镜可以在金属材料上通过精密加工实现，可以加工多个不同锥度的组合锥面，实现多个不同环半径的组合环形光斑输出，每个锥面的宽度可按要求设计，实现环形光的能量可调，能够灵活满足不同的加工需求，而且可以在反射镜上设置水冷结构，镀高反膜，满足高功率的要求。

Description

一种输出组合环形光斑的光学系统

技术领域

本发明属于激光加工领域，更具体地，涉及一种输出组合环形光斑的光学系统。

背景技术

普通的高斯光束能量分布是由中心向边缘递减的，大部分能量集中在中心区域。在激光加工领域，尤其是激光焊接、切割、熔覆等领域，普通高斯分布的激光过高的中心能量以及不足的边缘能量，使得加工质量、加工精度等受到了明显的限制。

针对上述问题，目前常用的处理方法为将高斯分布的光斑变为环形光斑。与普通高斯分布的光斑相比，环形光斑的能量集中在边沿环带上，能量分布更为均匀，可以有效解决普通高斯分布的光斑在激光切割、焊接、熔覆时存在的断面不平整、飞溅过多等问题，显著提高激光加工产品的良品率。此外，为了更好地应对不同的应用场景需求，由基本的环形光斑衍生出了中心光斑加环形光斑等组合环形光斑。以激光焊接为例，中心的高能量密度光斑可以确保一个较深的熔深，而外环的环状光斑则可以扩宽匙孔，有效解决飞溅等问题。

现有技术中，输出组合环形光斑的光学系统实现环形光斑和上述的点环形复合光斑的主要方法有如下几种：1、基于轴锥镜产生组合环形光斑，但由于锥镜材料和加工工艺的限制，目前可以加工实现的锥度范围是有限的，在锥度过小时会产生较大的误差，且对于晶体材料，多种不同锥度的锥面组合而成的镜面的加工难度极大，所以采用透射式的轴锥棱镜输出的环形光斑在环半径等参数上可调范围相对小一些，且输出多环形的组合光斑难度较大，无法灵活满足不同的加工需求，且轴锥镜的材料也影响着可承受的光功率的大小；2、基于计算全息法产生产生组合环形光斑，计算全息原则上可以设计产生含组合环形光斑在内的任意光斑，但由于计算全息一般使用离轴一级衍射光，再加上损耗等因素，所以光能利用率较低，因而相对使用较少；3、采用基于光纤实现的可调光斑模式的激光器来产生组合环形光斑，这种方法在光纤内实现光斑分布模式的调节的难度和成本较大，由于无可调节的外部光路，在使用的灵活性、便捷性上有所欠缺。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种输出组合环形光斑的光学系统，其目的在于解决现有技术中，由于材料的限制，轴锥透镜可承受光功率有限、难以加工实现由不同锥度的锥面组合而成的镜面、且在圆锥面锥度较小时误差较大，导致的输出的环形光斑半径可调范围相对较小且难以输出包含多个不同半径环形光斑的组合环形光斑，无法灵活满足不同的激光加工需求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种输出组合环形光斑的光学系统，包括沿光路依次设置的反射式环形光斑整形单元和聚焦单元；

其中，聚焦单元的中心位于反射式环形光斑整形单元出射光束的中心轴线上；

反射式环形光斑整形单元包括锥面反射镜；反射式环形光斑整形单元用于通过锥面反射镜来改变入射的平行高斯光束的光斑分布模式后，将光斑分布模式改变后的激光束出射到聚焦单元上；其中，锥面反射镜的反射面的形状不同，锥面反射镜的类型不同，光斑分布模式也不同；

聚焦单元用于对光斑分布模式改变后的激光束进行聚焦，从而得到组合环形光斑。

进一步优选地，上述锥面反射镜的类型可以根据所需光斑分布模式进行灵活更换。

进一步优选地，锥面反射镜的反射面为圆锥面；其中，上述圆锥面为凸圆锥面或凹圆锥面。

进一步优选地，锥面反射镜的反射面包括中心部分和位于中心部分以外的外围部分；

其中，中心部分为圆锥面，且外围部分为环形平面；或者中心部分为圆形平面，且外围部分为圆锥环面；或者中心部分为圆锥面，且外围部分为多个不同锥度的圆锥环面的组合或者多个环形平面与多个不同锥度的圆锥环面的组合；或者中心部分为圆形平面，且外围部分为多个不同锥度的圆锥环面的组合或者多个环形平面与多个不同锥度的圆锥环面的组合；

上述圆锥面为凸圆锥面或凹圆锥面；上述圆锥环面为凸圆锥环面或凹圆锥环面。

进一步优选地，上述锥面反射镜的反射面各组成部分的尺寸可调，通过调节锥面反射面各个部分的相对尺寸关系，可以对输出的组合光斑中对应部分的相对能量密度进行调节。

进一步优选地，上述组合环形光斑为环形光斑、多个环形光斑的组合光斑、中心光斑和一个环形光斑的组合光斑、中心光斑和多个环形光斑的组合光斑或由包含多个环形光斑的组合环形光斑离焦得到的平顶圆光斑。

进一步优选地，当光源为激光器时，还包括准直单元，沿光路放置在反射式环形光斑整形单元之前，用于对激光器入射的激光光束进行准直处理，得到平行高斯光束，并以预设角度出射到所述反射式环形光斑整形单元上。

进一步优选地，上述预设角度为小于20度的角度。

进一步优选地，上述准直单元为反射式准直抛物镜、准直透镜或者沿光路放置的准直透镜与平面反射镜的组合。

进一步优选地，上述聚焦单元为反射式聚焦抛物镜、聚焦透镜或者沿光路放置的平面反射镜与聚焦透镜的组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提出了一种输出组合环形光斑的光学系统，本发明采用反射式环形光斑整形单元用于通过锥面反射镜来改变输入的平行高斯光束的光斑分布模式，仅需要更换所述环形光斑整形单元中的锥面反射镜，即可得到环形光斑、中心光点加环形光斑、中心光点和多个环形光斑的组合光斑等多种光斑的输出；相比于轴锥镜这种透射式的锥镜，锥面反射镜由于可以使用金属材料镀膜的形式得到，与透镜常用的晶体材料相比，金属材料在镜面加工上有着明显优势，即使是多个锥度不同的锥面组成的镜面也可以通过精密加工实现，且可使用的锥度范围更大，所产生的组合光斑光斑半径的可调节范围较大，避免了透射式锥镜存在的多锥度组合镜面加工难度大、小锥度时误差大的问题。基于以上分析，由于反射式的锥镜加工难度更小、锥度限制更小，从理论和成本两方面考虑，都更适用于作为一个输出组合环形光斑且光斑可调的系统的光斑整形元件。根据实际需求，可以较为轻易地加工出不同反射面结构和相对尺寸的锥面反射镜，灵活地输出所需的光斑形状和能量分布，满足不同的激光加工需求。

2、本发明所提出的输出组合环形光斑的光学系统，采用反射式的环形光斑整形单元，反射式环形光斑整形单元包括锥面反射镜，相比于透射式的锥镜，锥面反射镜采用金属材料镀高反膜的形式，加工难度更低，可通过精密加工实现不同锥度锥面在同一镜面上的组合，实现多个不同环半径的组合环形光斑输出，每个锥面的宽度可按要求设计，实现环形光的能量可调，能够灵活满足不同的加工需求，而且可以在反射镜上设置水冷结构，镀高反膜，满足高功率的要求。

3、本发明所提出的输出组合环形光斑的光学系统，反射式环形光斑整形单元中的反射镜的类型可以根据所需光斑分布模式进行灵活更换，相比于现有的计算全息法，本系统不需要借助空间光调制器调整激光的相位等参数来得到想要的光斑分布，光能利用率较高。

4、本发明所提出的输出组合环形光斑的光学系统，采用外光路来实现组合环形光斑的输出，相比于现有的需要在光纤内实现光斑分布模式的调节的基于光纤激光器的输出组合环形光斑的技术，本发明所提出的系统不仅后期可扩展性更强，灵活性较高，且实现较为简单，成本也更低，十分具有可行性和实用价值。

附图说明

图1是本发明所提供的一种输出组合环形光斑的光学系统；

图2是实施例1所提供的中心部分为圆形平面，外围部分为两个锥度不同的凸圆锥环面组合的锥面反射镜示意图；

图3是本发明实施例1所提供的输出组合环形光斑的光学系统；

图4是本发明实施例1所提供的经过准直后的高斯光束能量分布示意图；

图5是本发明实施例1所提供的在光斑整形单元使用图2所示结构的锥面反射镜时，在聚焦面上得到的光斑能量分布示意图；

图6是本发明实施例1所提供的反射面整体为凸圆锥面的锥面反射镜的示意图；

图7是本发明实施例1所提供的反射面中心部分为凸圆锥面，外围部分为环形平面的锥面反射镜的示意图；

图8是本发明实施例1所提供的反射面中心部分为凹圆锥面，外围部分为环形平面的锥面反射镜的示意图；

图9是本发明实施例1所提供的反射面中心部分为凸圆锥面，外围部分为一个锥度与中心不同的凸圆锥环面的锥面反射镜示意图；

图10是本发明实施例1所提供的将反射式环形光斑整形单元的锥面反射镜替换成平面反射镜时，所得的光斑能量分布的示意图；

图11是本发明实施例1所提供的在光斑整形单元使用图6所示结构的锥面反射镜时，在聚焦面上得到的光斑能量分布示意图；

图12是本发明实施例1所提供的在光斑整形单元使用图7所示结构的锥面反射镜时，在聚焦面上得到的光斑能量分布示意图；

图13是本发明实施例1所提供的在光斑整形单元使用图8所示结构的锥面反射镜时，在聚焦面上得到的光斑能量分布示意图；

图14是本发明实施例1所提供的在光斑整形单元使用图9所示结构的锥面反射镜时，在聚焦面上得到的光斑能量分布示意图；

图15是本发明实施例1所提供的改变图2中的反射面各部分相对尺寸之后，在聚焦面上得到的组合环形光斑的能量分布示意图；

图16是本发明实施例1所提供的进一步改变图2中的反射面各部分相对尺寸之后，在聚焦面上得到的组合环形光斑的能量分布示意图；

图17是本发明实施例1所提供的改变图9中的反射面各部分相对尺寸之后，在聚焦面上得到的组合环形光斑的能量分布示意图；

图18是本发明实施例2所提供的输出组合环形光斑的光学系统；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1为入射的高斯激光束，3为反射式环形光斑整形单元，4为聚焦单元，5为聚焦面，6为组合环形光斑分布示意图，7为平行高斯光束，21为反射式准直抛物镜，31为锥面反射镜，41为反射式聚焦抛物镜，22为准直透镜，23为平面反射镜，42为聚焦透镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为实现上述目的，本发明提供了一种输出组合环形光斑的光学系统，如图1所示，包括沿光路依次设置的反射式环形光斑整形单元3和聚焦单元4；

其中，聚焦单元4的中心位于反射式环形光斑整形单元3出射光束的中心轴线上；

反射式环形光斑整形单元3包括锥面反射镜；反射式环形光斑整形单元3用于通过锥面反射镜来改变入射的平行高斯光束7的光斑分布模式后，将光斑分布模式改变后的激光束出射到聚焦单元4上；其中，锥面反射镜的反射面的形状不同，锥面反射镜的类型不同，光斑分布模式也不同；上述锥面反射镜的类型可以根据所需光斑分布模式进行灵活更换。优选地，上述锥面反射镜的反射面为圆锥面，或者锥面反射镜的反射面包括中心部分和位于中心部分以外的外围部分。当锥面反射镜的反射面包括中心部分和位于中心部分以外的外围部分时，中心部分为圆锥面，且外围部分为环形平面；或者中心部分为圆形平面，且外围部分为圆锥环面；或者中心部分为圆锥面，且外围部分为多个不同锥度的圆锥环面的组合或者多个环形平面与多个不同锥度的圆锥环面的组合；或者中心部分为圆形平面，且外围部分为多个不同锥度的圆锥环面的组合或者多个环形平面与多个不同锥度的圆锥环面的组合。具体的，上述圆锥面为凸圆锥面或凹圆锥面，上述圆锥环面为凸圆锥环面或凹圆锥环面。进一步地，上述锥面反射镜的反射面各组成部分的尺寸可调，通过调节锥面反射面各个部分的相对尺寸关系，可以对输出的组合光斑中对应部分的相对能量密度进行调节。具体的，锥面反射镜的中心部分和外围部分的尺寸可调，通过调节锥面反射面中心部分与外围部分的尺寸关系，可以在一定程度上对输出的中心光斑以及外环光斑间的相对能量密度、各个半径不同的外环光斑间的相对能量密度进行调节。

聚焦单元4用于对光斑分布模式改变后的激光束进行聚焦，从而得到组合环形光斑。具体的，上述组合环形光斑包括环形光斑、多个环形光斑的组合光斑、中心光斑和一个环形光斑的组合光斑、中心光斑和多个环形光斑的组合光斑或由包含多个环形光斑的组合环形光斑离焦得到的平顶圆光斑。需要指出的是，并非所有光斑只能在焦点处取得，例如在镜面结构和尺寸设计合理的情况下，焦点处为组合环形光斑的系统可以在离焦位置得到圆形平顶光斑，这种光斑在激光加工领域也有重要应用。进一步地，上述聚焦单元为反射式聚焦抛物镜、聚焦透镜或者沿光路放置的平面反射镜与聚焦透镜的组合。

优选地，当光源为激光器时，上述输出组合环形光斑的光学系统，还包括准直单元，沿光路放置在反射式环形光斑整形单元之前，用于对入射的激光光束进行准直处理，得到平行高斯光束，并以预设角度出射到反射式环形光斑整形单元上；其中，入射到准直单元的激光光束的光强呈高斯分布；由于随着入射到反射式环形光斑整形单元上的角度的增大，产生环形光斑的圆度会越来越不足，故本发明中预设角度(入射到反射式环形光斑整形单元的角度)为小于20度的角度；进一步地，上述准直单元为反射式准直抛物镜、准直透镜或者沿光路放置的准直透镜与平面反射镜的组合。

为了进一步说明本发明所提出的输出组合环形光斑的光学系统，下面结合实施例进行详述：

实施例1、

在本实施例中，光源为激光器；准直单元为反射式准直抛物镜21；聚焦单元4为反射式聚焦抛物镜41；反射式环形光斑整形单元3中的锥面反射镜31为如图2所示的中心部分为圆形平面，外围部分为两个锥度不同的凸圆锥环面组合的锥面反射镜。

具体的，如图3所示，在本实施例所提出了一种输出组合环形光斑的光学系统中，光路的整体结构呈“M”型，其中，从激光器出射的激光光束1通过反射式准直抛物镜21反射准直为平行高斯光束，然后以6度的入射角入射到锥面反射镜31上，锥面反射镜31的出射光束变为组合环形光束，最后通过反射式聚焦抛物镜41反射聚焦得到组合环形光斑。具体的，上述入射的激光光束1的光强呈高斯分布，经过准直单元准直后，得到如图5所示为高斯光束的能量分布示意图。在焦点5处的组合环形光斑分布示意图如图3中的6所示，为预期中的中心光斑加两个半径不同的环形光斑的组合光斑。最终在聚焦面5所在位置得到的光斑能量分布示意图如图5所示。

需要说明的是，锥面反射镜31的反射面的形状不同，锥面反射镜31的类型不同，光斑分布模式也不同；上述锥面反射镜31的类型可以根据所需光斑分布模式进行灵活更换。

本实施例在上述输出组合环形光斑的光学系统的基础上，将锥面反射镜31更换为不同类型的反射镜。具体的，如图6所示为反射面整体为凸圆锥面的锥面反射镜的示意图；如图7所示为反射面中心部分为凸圆锥面，外围部分为环形平面的锥面反射镜的示意图；如图8所示为反射面中心部分为凹圆锥面，外围部分为环形平面的锥面反射镜的示意图；如图9所示为反射面中心部分为凸圆锥面，外围部分为一个锥度与中心不同的凸圆锥环面的锥面反射镜示意图。以图6所示的锥面反射镜为例，需要说明的是，若将锥面反射镜替换成平面反射镜，得到的光斑能量分布的示意图如图10所示，从图中可以看出，在未经过锥面发射镜反射时，输出光斑分布不是环形光斑，要得到组合环形光斑，需要使用到锥面反射镜。

进一步地，实际使用时，可以根据需求更换反射面结构不同的锥面反射镜；将实施例1中所提供的输出组合环形光斑的光学系统中的锥面反射镜分别更换为如图6-9所示结构的锥面反射镜，最终在聚焦面5所在位置得到的光斑能量分布示意图分别如图11-14所示。结合图5及11-14可知，通过改变锥面反射镜的反射面结构，可以根据需求输出不同分布的组合环形光斑；进一步地，反射面的平面部分(指与反射镜的中心轴线垂直的面)在焦平面上对应输出中心光斑，反射面的锥面部分在焦平面上对应输出环形光斑，且在准直单元的准直距离和聚焦单元的焦距一定的情况下，锥度越大的锥面，对应输出的环形光斑半径越大(以环形光斑内外径的平均值衡量)，具体的数值关系可由相关光学理论计算得出。

进一步地，对于多个部分组成的锥面反射镜，反射面各部分的尺寸是可调的，通过调节反射面各部分的相对尺寸关系，可以在一定程度上对输出的组合环形光斑的对应部分的相对能量密度进行调节。需要指出的是，这里所指的对应关系并非反射面中心与光斑中心对应或是反射镜外围与光斑外围对应，而是在上文已经提及的平面与中心光斑、不同锥度的锥面与不同半径的环形光斑的对应。

以如图2所示的锥面反射镜为例进行说明，该锥面反射镜的中心部分为圆形平面，外围部分为两个不同锥度的凸圆锥环面的组合，结合实施例1中所得的光斑示意图图5可以看出，经过如图2所示结构的锥面反射镜反射，得到了中心光斑能量高，外围的环带能量低的组合环形光斑。该组合光斑由中心光斑和外围两个半径不同的环形光斑组成，中心光斑对应反射镜上的平面部分，两个半径不同的环形光斑分别对应两个锥度不同的锥面。具体的，通过减小中心部分圆形平面的半径，增大两个外围锥面环的环带宽度，来调节如图2所示锥面反射镜反射面各部分的相对尺寸，其中，两个锥面环的锥度没有变化，整个锥面反射镜镜面的直径也没有变化。最终在聚焦面5所在位置得到的组合环形光斑能量分布示意图如图15所示。从图中可以看出，中心光斑的能量密度相对降低，两个外围环状光斑的能量密度相对增大，得到了中心光斑和外围环形光斑的能量密度基本相同的组合环形光斑。进一步地，在上述调节的基础上，进一步减小中心部分圆形平面的半径，进一步增大两个外围锥面环的环带宽度，依旧保证两个锥面环的锥度不发生变化，整个锥面反射镜镜面的直径不发生变化。最终在聚焦面5所在位置得到的组合环形光斑能量分布示意图如图16所示。从图中可以看出，经过进一步调节后，中心光斑的能量密度继续降低，两个外围环状光斑的能量密度继续增大，得到了中心光斑能量密度较低，而外围环形光斑的能量密度较大的组合环形光斑。由此可见，在组合环形光斑中，中心光斑以及外环光斑间的相对能量密度是可调的。

进一步地，结合如图9所示的锥面反射镜为例进行说明，该反射镜的反射面由中心部分的凸圆锥面和外围部分的一个锥度更大的凸圆锥环面组成，结合所得的光斑示意图图14可以看出，输出光斑为两个半径不同的环形光斑，且半径较小的环形光斑能量较低，半径较大的环形光斑能量较高，其中，半径小的环形光斑对应于锥面反射镜上锥度小的锥面、半径大的环形光斑对应于锥面反射镜上锥度大的锥面。具体的，通过减小中心部分锥度较小的凸圆锥面的半径，增大外围的锥度较大的凸圆锥环面的宽度，在反射面两个部分的锥度以及整个反射面的半径不变的情况下，在焦面处得到了如图17所示的组合环形光斑，光斑形状没有发生变化，但组合光斑各部分的相对能量密度发生了相应的改变，半径较小的环形光斑能量密度相对增大，而半径较大的环形光斑能量密度相对减小，与反射面对应部分的尺寸变化一致。由此可见，在组合环形光斑中，不同半径的环形光斑之间的相对能量密度也是可调的。

图5、图15、图16以及图14、图17的结果都说明了对于多个部分组成的锥面反射镜通过调节反射面各部分的相对尺寸关系，可以在一定程度上对输出的组合环形光斑的对应部分的相对能量密度进行调节。

综上，光斑分布模式以及环形光斑和中心光斑的相对能量密度、不同半径的环形光斑间的相对能量密度、环形光斑的半径等重要的光斑参数都是可以在仅更换不同结构、不同相对尺寸的反射镜而不改变系统其他组成部分的条件下，进行较为精确的调节的。

实施例2、

在本实施例中，光源为激光器；准直单元为沿光路放置的准直透镜22与平面反射镜23的组合，聚焦单元为沿光路放置的平面反射镜23与聚焦透镜42的组合，这里准直单元和聚焦单元共用一个平面反射镜23；锥面反射镜31为如图2所示的中心部分为圆形平面，外围部分为两个锥度不同的凸圆锥环面组合的锥面反射镜。

具体的，如图18所示，在本实施例所提出了一种输出组合环形光斑的光学系统中，光路的整体结构呈“N”型，其中，从激光器出射的激光光束1通过准直透镜22透射准直为平行高斯光束，然后以6度的入射角入射到平面反射镜23上改变传输方向，然后入射到与平面反射镜23平行放置的反射式环形光斑整形单元的锥面反射镜31上，最后通过聚焦透镜42聚焦得到环形光斑。

需要说明的是，本实施例的成像原理、光斑分布模式与锥面反射镜结构的对应关系等技术特征，均与实施例1相同。区别在于，将实施例1中的准直系统的反射准直和聚焦系统的反射聚焦方式，分别替换成了透射准直和透射聚焦。通过透射准直方式得到的光斑，在对称性上会更优。

需要说明的是，图中锥度仅作示意，并不等同于实际所用锥度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的反射式环形光斑整形单元和聚焦单元；

所述聚焦单元的中心位于所述反射式环形光斑整形单元出射光束的中心轴线上；

所述反射式环形光斑整形单元包括锥面反射镜；所述反射式环形光斑整形单元用于通过锥面反射镜来改变入射的平行高斯光束的光斑分布模式后，将光斑分布模式改变后的激光束出射到所述聚焦单元上；其中，锥面反射镜的反射面的形状不同，锥面反射镜的类型不同，光斑分布模式也不同；

所述聚焦单元用于对光斑分布模式改变后的激光束进行聚焦，从而得到组合环形光斑。

2.根据权利要求1所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述锥面反射镜的类型可以根据所需光斑分布模式进行灵活更换。

3.根据权利要求1所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述锥面反射镜的反射面为圆锥面；其中，所述圆锥面为凸圆锥面或凹圆锥面。

4.根据权利要求1所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述锥面反射镜的反射面包括中心部分和位于中心部分以外的外围部分；

其中，中心部分为圆锥面，且外围部分为环形平面；或者中心部分为圆形平面，且外围部分为圆锥环面；或者中心部分为圆锥面，且外围部分为多个不同锥度的圆锥环面的组合或者多个环形平面与多个不同锥度的圆锥环面的组合；或者中心部分为圆形平面，且外围部分为多个不同锥度的圆锥环面的组合或者多个环形平面与多个不同锥度的圆锥环面的组合；

所述圆锥面为凸圆锥面或凹圆锥面；所述圆锥环面为凸圆锥环面或凹圆锥环面。

5.根据权利要求4所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述锥面反射镜的反射面各组成部分的尺寸可调，通过调节锥面反射面各个部分的相对尺寸关系，可以对输出的组合光斑中对应部分的相对能量密度进行调节。

6.根据权利要求1所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述组合环形光斑为环形光斑、多个环形光斑的组合光斑、中心光斑和一个环形光斑的组合光斑、中心光斑和多个环形光斑的组合光斑或由包含多个环形光斑的组合环形光斑离焦得到的平顶圆光斑。

7.根据权利要求1所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，当光源为激光器时，还包括准直单元，沿光路放置在反射式环形光斑整形单元之前，用于对激光器入射的激光光束进行准直处理，得到平行高斯光束，并以预设角度出射到所述反射式环形光斑整形单元上。

8.根据权利要求7所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述预设角度为小于20度的角度。

9.根据权利要求7所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述准直单元为反射式准直抛物镜、准直透镜或者沿光路放置的准直透镜与平面反射镜的组合。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的输出组合环形光斑的光学系统，其特征在于，所述聚焦单元为反射式聚焦抛物镜、聚焦透镜或者沿光路放置的平面反射镜与聚焦透镜的组合。

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