CN113885111A - 一种光阑以及激光器 - Google Patents
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Abstract
在上述任一项实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种激光器，可包括光源电路、激光器基座以及上述任一项实施例中的光阑。其中，光阑安装在激光器基座上，具体的连接方式可以是可拆卸连接，也可以是不可拆卸连接，具体此处不做限定。激光器基座内部延伸设置有容纳光源电路的容纳空间，具体的激光器基座形状可以根据需求进行合理的设置，此处不做限定。激光器的光源电路用于在预设激光传播方向产生预设波长的激光。具体的光源电路的实现方式是成熟的现有技术，此处不做赘述。以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Description
技术领域
本发明实施例提供了一种光阑以及激光器，其涉及光学领域，具体涉及光学领域中的光学元件。
背景技术
在光学系统中常用光阑来对光束进行约束以获取较好的可用光束，但在光学系统的使用过程中常会有灰尘经光阑基体的光阑孔或端面孔落到透镜或光源等光学元件上。而落到透镜或光源等光学元件上的灰尘由于光学系统的结构等原因而较难被及时清理。
灰尘的本质是各种物质的微小颗粒物，光照射到灰尘上时会发生发射、漫反射、折射等现象。因而灰尘落到透镜或光源等光学元件上积累下来后会对光学系统的性能产生较大的影响；在精度要求高的光刻直写设备中这种影响就尤为突出，即使在激光焊接或者激光切割设备中光学系统中的灰尘积累也会大大的影响设备的使用性能。
发明内容
本发明实施例提供了一种光阑以及激光器，通过在光阑基体上设置防尘镜来解决光学系统的灰尘沉积问题，同时防尘镜的侧面倾斜设置，可以减弱因防尘镜的设置而对光学系统性能产生的不利影响。
本发明实施例第一方面提供看一种光阑，所述光阑基体的可用光出射端有光阑孔；所述防尘镜被设计成圆锥形曲面；所述防尘镜设有透光且不通的透光孔，用于透过从所述光阑孔射出的可用光；所述防尘镜被固定在所述光阑基体的可用光出射端的外端面上。
可选的，作为一种可能的实施方式，所述防尘镜凹陷于所述光阑基体的筒状结构的内部空间，或凸出于所述光阑基体的筒状结构的内部空间。
可选的，作为一种可能的实施方式，所述光阑基体的可用光出射端的内端面为倾斜于主光轴的垂直面的斜面。
可选的，作为一种可能的实施方式，所述光阑基体的可用光出射端的外端面有留胶槽。
可选的，作为一种可能的实施方式，光阑基体的内孔表面为糙面。
可选的，作为一种可能的实施方式，所述光阑基体的主体由导热材料制成；所述光阑基体的主体的内孔的表面设置一层吸光材料。
本发明实施例第二方面提供了一种光阑，可包括光阑基体和防尘镜，所述防尘镜有透光且不通的透光孔，防尘镜除所述透光孔之外的其它部位为不透光部位；
所述防尘镜被设计成圆锥形曲面，所述防尘镜被固定在所述光阑基体的可用光出射端的外端面上。
可选的，作为一种可能的实施方式，所述防尘镜的内表面为糙面。
可选的，作为一种可能的实施方式，所述光阑基体的主体由导热材料制成，所述光阑基体的主体的内孔表面设置一层吸光材料。
本发明实施例第三方面提供了一种激光器，其包括光源电路、激光器基座以及如第一方面以及第二方面中任一种可能的实施方式中的光阑；其中，所述光阑安装在所述激光器基座上；所述激光器基座内部延伸设置有容纳所述光源电路的容纳空间；所述光源电路用于在预设激光传播方向产生预设波长的激光。
有益效果：本发明的技术方案中的防尘镜设有透光且不通空气的透光孔，可以避免灰尘沉积在光学透镜上。防尘镜被设为圆锥形曲面，该圆锥形曲面是倾斜于主光轴的垂直面设置，即防尘镜的圆锥形曲面相对于光学系统的主光轴不是垂直设置，可用光经防尘镜反射回来的反射光偏转射向光阑基体的内孔表面。这样就可以避免可用光在掠射或垂直入射的情况下产生半波损失，导致可用光的功率降低。由于可用光经防尘镜反射回来的光反射向了光阑基体的内孔表面，可以防止可用光经防尘镜反射回来的光汇聚到透镜和光源上形成能量集中，从而减弱了反射光对透镜和光源使用寿命的影响。
其次，光阑基体主体的表面设置一层吸光材料，吸光材料会把照射到其表面的大部分光吸收，可以减小杂散光对可用光束的影响。吸光材料吸收光能后产生的热能会被转移到导热材料上，从而进一步的经导热材料转移到光学系统外部，还可以减小温度对光学系统的影响，避免光源附近的温度过高会对光源的使用寿命产生不利影响。
附图说明
图1是防尘镜垂直于光学系统的主光轴设置时，可用光束经过防尘镜的光路示意图；
图2是本发明实施例中光阑基体的一种可选结构的立体示意图；
图3是本发明实施例中防尘镜的一种可选结构的立体示意图；
图4是本发明实施例中光阑的一种可选结构的剖面示意图；
图5是光射向本发明实施例中的光阑的防尘镜发生反射示意图；
图6是本发明实施例中的光阑的另一种可选结构的剖面示意图；
图7是本发明实施例中的光阑的另一种可选结构的剖面示意图。
具体实施方式
本申请文件中的“主光轴”是指几何光学中通过薄透镜两个球面球心的直线；“可用光”应理解为光源辐射出的光经透镜折射后光线向主光轴汇聚的那部分光束；“光阑孔”应理解为约束从透镜或光源等光学元件射向此“光阑孔”的光以获取我们需要的用于零件加工等操作所需的光束的光学空间(形状)，它可以是一个无填充的通孔、也可能是一个由透明材料填充的透光孔，孔的形状可以是圆形也可以是其他多边形，例如六边形。本申请文件中的其它字、词、句，除特殊限定，如果是光学领域的专业术语可按行业术语规定的含义理解，除光学领域的专业术语外的其它字、词、句则一般按其通常含义理解。
现有技术中，由于光阑往往都是处在光学系统末端，光学透镜往往是直接和外部空气直接接触的。为了防止光学透镜上的灰尘积累，申请人注意到可以在光阑基体的可用光出射端设置防尘镜，以达到防止灰尘经光阑基体的光阑孔或端面孔经入光学系统内部的效果。
如图1所示，申请人进一步注意到，当在光阑孔处设置玻璃保护层，如果该玻璃保护层与光学系统的主光轴100垂直，这样就使得可用光在经过玻璃保护层时会有部分光被反射回来且反射回来反射光200的方向与可用光束300的出射方向正好反向，反射光波相对于入射光波相位突变π，会发生半波损失，使得可用光300的可用功率降低。而且一部分经透镜折射后汇聚到光源上，汇聚到透镜和光源上的光由于能量的集中会对透镜和光源的使用寿命产生影响。因此，有必要进一步对光阑进行改进，避免上述缺陷。
为了便于理解本发明实施例中的，下面对本发明实施例中的光阑结构进行描述，请参阅图2至图4。如图4所示，光阑可包含光阑基体1和防尘镜2。在一种可能的实施例中，如图2所示，光阑基体1的主体结构可以设为中通的筒状结构(侧面可以是圆弧曲面，也可以是平面)，光阑基体1的可用光出射端有光阑孔3。如图3所示，防尘镜2被设计成圆锥形曲面；防尘镜2设有透光且不通的透光孔2-1，用于透过从光阑孔3射出的可用光。防尘镜2被固定在光阑基体1的可用光出射端的外端面上。例如可通过卡接或者UV胶粘合的方式安装到光阑基体1上，具体的固定方式，此处不做限定。
需要说明的是，图4中防尘镜2是凸出于光阑基体1的筒状结构的内部空间设置，实际应用中防尘镜2还可以凹陷于光阑基体1的筒状结构的内部空间，具体此处不做限定。
如图5所示，当防尘镜2凸出于光阑基体1的筒状结构的内部空间时，防尘镜2的圆锥形曲面是倾斜于主光轴100设置而非垂直主光轴100设置，防尘镜2的圆锥形曲面可以使可用光300经防尘镜2反射回来的那部分反射光200的方向发生偏转，射向光阑基体1的内孔表面，这样就可以避免可用光300在掠射或垂直入射的情况下，在反射过程中产生半波损失导致可用光的功率降低。同时由于可用光经防尘镜反射回来的光反射向了光阑基体的内孔表面，可以防止可用光经防尘镜反射回来的光汇聚到透镜和光源上形成能量集中，从而降低反射光对透镜和光源使用寿命的影响。
可选的，作为一种可能的实施方式，光阑基体1的内孔表面可以设为糙面。糙面可以使得光阑基体1的内孔表面发生漫反射，减小反射光汇聚到透镜和光源上，减弱能量在透镜和光源处的集中效应，提高透镜和光源使用寿命。
为了进一步降低反射光在透镜处的聚集效应，如图6所示，可选的，作为一种可能的实施方式，光阑基体1的可用光出射端的内端面可以设为倾斜于主光轴的垂直面的斜面。具体的光出射端的内端面可以包含单个斜面，也可以包含多个斜面，具体此处不做限定。
可选的，作为一种可能的实施方式，光阑基体1的主体由导热材料(例如导热硅胶和铜颗粒等组成的混合物、石墨烯、氧化铝导热橡胶、氮化硼导热橡胶等)制成。可选的，光阑基体1的主体的内孔的表面设置一层吸光材料(吸光性材料是指光线照射在事物之上，于照明之外并无透射，也不产生映射和大块的耀斑和反光，而是在吸收光线后再漫反射出部分光线，从而保持规律性的明暗层次，例如炭纳米管黑体等)。
防尘镜2的侧面母线与主光轴的垂直面的夹角不同，反射光对可用光的性能影响不同。有鉴于此，为了尽量减少反射光在透镜处聚集，防尘镜2的侧面圆锥母线与主光轴的垂直面的夹角范围可以设为1度至8度。
请参阅图7，本发明实施例还提供了一种光阑，可包含基体1、防尘镜2。光阑基体1的主体结构可以设为上下直通的筒状结构(侧面可以是圆弧曲面，也可以是平面)。防尘镜2有透光且不通的透光孔2-1，防尘镜2除透光孔2-1之外的其它部位2-2为不透光部位；
如图3所示，防尘镜2被设计成圆锥形曲面，防尘镜2被固定在光阑基体1的可用光出射端的外端面上。可选的，防尘镜2可通过卡接或者UV胶粘合的方式安装到光阑基体1上，具体的固定方式，此处不做限定。
为了尽量减少反射光在透镜处聚集，防尘镜2的侧面圆锥母线与主光轴的垂直面的夹角范围可以设为1度至8度。
可选的，作为一种可能的实施方式，光阑基体1的主体由导热材料(例如导热硅胶和铜颗粒等组成的混合物、石墨烯、氧化铝导热橡胶、氮化硼导热橡胶等)制成。可选的，光阑基体1的主体的内孔的表面设置一层吸光材料(吸光性材料是指光线照射在事物之上，于照明之外并无透射，也不产生映射和大块的耀斑和反光，而是在吸收光线后再漫反射出部分光线，从而保持规律性的明暗层次，例如炭纳米管黑体等)。
申请人注意到，可用光束在照射到加工零件表面时往往都会有一小部分光反射回来，而反射回来的光在照到防尘镜表面后又会反射回加工零件上，从而影响光学系统的加工精度。为了克服上述缺陷，可选的，本发明实施例中的防尘镜的外表面可以设为糙面，当光照射到防尘镜上的这些面时会发生漫反射。防尘镜朝向光阑基体内孔的糙面的存在可以减小反射光对可用光束的不利影响。
在上述任一项实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种激光器，可包括光源电路、激光器基座以及上述任一项实施例中的光阑。
其中，光阑安装在激光器基座上，具体的连接方式可以是可拆卸连接，也可以是不可拆卸连接，具体此处不做限定。
激光器基座内部延伸设置有容纳光源电路的容纳空间，具体的激光器基座形状可以根据需求进行合理的设置，此处不做限定。
激光器的光源电路用于在预设激光传播方向产生预设波长的激光。具体的光源电路的实现方式是成熟的现有技术，此处不做赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种光阑，其包含光阑基体和防尘镜，其特征在于，所述光阑基体的可用光出射端有光阑孔；所述防尘镜被设计成圆锥形曲面；所述防尘镜设有透光且不通的透光孔，用于透过从所述光阑孔射出的可用光；所述防尘镜被固定在所述光阑基体的可用光出射端的外端面上。
2.根据权利要求1所述光阑，其特征在于，所述防尘镜凹陷于所述光阑基体的筒状结构的内部空间，或凸出于所述光阑基体的筒状结构的内部空间。
3.根据权利要求1所述光阑，其特征在于，所述光阑基体的可用光出射端的内端面为倾斜于主光轴的垂直面的斜面。
4.根据权利要求1所述光阑，其特征在于，所述防尘镜的圆锥母线与主光轴的垂直面的夹角范围可以设为1度至8度。
5.根据权利要求1-4任一项所述光阑，其特征在于，光阑基体的内孔表面为糙面。
6.根据权利要求1-4任一项所述光阑，其特征在于，所述光阑基体的主体由导热材料制成；所述光阑基体的主体的内孔的表面设置一层吸光材料。
7.一种光阑，其包含光阑基体和防尘镜，其特征在于，所述防尘镜有透光且不通的透光孔，防尘镜除所述透光孔之外的其它部位为不透光部位；
所述防尘镜被设计成圆锥形曲面，所述防尘镜被固定在所述光阑基体的可用光出射端的外端面上。
8.根据权利要求7所述光阑，其特征在于，所述防尘镜的内表面为糙面。
9.根据权利要求7或8所述光阑，其特征在于，所述光阑基体的主体由导热材料制成，所述光阑基体的主体的内孔表面设置一层吸光材料。
10.一种激光器，其特征在于，包括光源电路、激光器基座以及如权利要求1至9中任一项所述的光阑；其中，
所述光阑安装在所述激光器基座上；
所述激光器基座内部延伸设置有容纳所述光源电路的容纳空间；所述光源电路用于在预设激光传播方向产生预设波长的激光。
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