CN115268013A - 一种多波长激光扩束镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多波长激光扩束镜头，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜位于同一光轴上且依次沿入射激光束的传输方向设置，第一透镜为负光焦度的双凹型负透镜，第二透镜为正光焦度的双凹型负透镜，第三透镜为弯月型正透镜，第四透镜为弯月型正透镜，第一透镜和第二透镜采用负透镜组，第三透镜和第四透镜采用正透镜组，缩短了激光扩束镜头第一透镜和第四透镜之间的间隔，实现了激光扩束镜头小型化，方便镜头的装配使用，通过设置第二透镜和第三透镜，第二透镜和第三透镜采用分裂镜片角度的方法分担了第一透镜和第四透镜的光焦度从而减少激光扩束镜头的球差，有效减少了球差的影响。

Description

一种多波长激光扩束镜头
技术领域
本发明涉及激光扩束镜头领域，特别涉及一种多波长激光扩束镜头。
背景技术
激光扩束镜头分为折射型、反射型以及折反射型。折射型激光扩束镜头结构简单，能够满足出射光束口径不是特别大时的需求。一般的折射型激光扩束系统结构包括开普勒望远镜式激光扩束系统和伽利略望远镜式激光扩束系统，其中开普勒望远镜式由两个正透镜组成，在扩束系统中焦点处加入小孔光阑，限制聚光焦点的大小，但这种扩束结构尺寸较长，而伽利略望远镜式激光扩束系统由一个负透镜组和一个正透镜组组成，结构尺寸较短，且内部无焦的特点可以使接收的光功率更高。
由于色球差的像差问题，切换不同波长激光器的时候镜头出射的光束效果不佳，影响使用的精确性，如果配备不同波长激光器对应的激光扩束镜成本过高且更换麻烦。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种多波长激光扩束镜头。
根据本发明的第一方面实施例，提供一种多波长激光扩束镜头，包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜位于同一光轴上，且依次沿入射激光束的传输方向设置，所述第一透镜为负光焦度的双凹型负透镜，所述第二透镜为正光焦度的双凹型负透镜，所述第三透镜为弯月型正透镜，所述第四透镜为弯月型正透镜。
有益效果：此多波长激光扩束镜头，第一透镜和第二透镜采用负透镜组，第三透镜和第四透镜采用正透镜组，缩短了激光扩束镜头第一透镜和第四透镜之间的间隔，实现了激光扩束镜头小型化，方便镜头的装配使用，有利于减小激光扩束系统在实际应用中的搭建空间，缩短镜头长度导致第一透镜和第四透镜之间的光线偏折程度增大，从而导致球差影响变大，通过设置第二透镜和第三透镜，第二透镜和第三透镜采用分裂镜片角度的方法分担了第一透镜和第四透镜的光焦度从而减少激光扩束镜头的球差，有效减少了球差的影响。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距为f1，所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距为f2，f2/f1＝-5。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距为f1，-8<f1<-5.5。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距为f2，25<f2<40。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第一透镜和所述第四透镜的折射率大于1.90。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第一透镜的折射率为1.9537，所述第一透镜的阿贝数为32.318。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第四透镜的折射率为1.911，所述第四透镜的阿贝数为35.25。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第二透镜的折射率为1.755，所述第二透镜的阿贝数为52.322。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述第三透镜的折射率为1.622，所述第三透镜的阿贝数为56.726。
根据本发明第一方面实施例所述的多波长激光扩束镜头，所述多波长激光扩束镜头的镜头总成小于40mm。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1为本发明实施例多波长激光扩束镜头结构示意图；
图2为本发明实施例多波长激光扩束镜头在650nm波长下的点列图；
图3为本发明实施例多波长激光扩束镜头在532nm波长下的点列图；
图4为本发明实施例多波长激光扩束镜头在450nm波长下的点列图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种多波长激光扩束镜头，包括：第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300以及第四透镜400。其中，第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300以及第四透镜400位于同一光轴上，且依次沿入射激光束的传输方向设置，第一透镜100为负光焦度的双凹型负透镜，第二透镜200为正光焦度的双凹型负透镜，第三透镜300为弯月型正透镜，第四透镜400为弯月型正透镜。
在其中的一些实施例中，第一透镜100和第二透镜200的组合焦距为f1，-8<f1<-5.5。如果第一透镜100和第二透镜200的组合焦距f1<-8，则激光折射能力不足，在限定的距离内无法扩散到要求的出瞳位置，难以缩短镜头的总长，如果第一透镜100和第二透镜200的组合焦距f1>-5.5，造成边缘光线扩散的张角过大，难以减少球差的影响，如果通过增大第一透镜100的厚度来减少球差，由于第一透镜100的口径很小，镜片厚度过大使得镜片加工难度很大。
第三透镜300和第四透镜400的组合焦距为f2，25<f2<40。如果第三透镜300和第四透镜400的组合焦距f2>40，导致正透镜组对光的折射能力不足，使得第三透镜300的口径变大且弯曲程度更大以减小光线进入第四透镜400时的入射角度来维持准直的效果，但这样不利于实现小型化且镜片不易加工，如果过第三透镜300和第四透镜400的组合焦距f2<25，导致正透镜组对光的折射能力过强，相应地需要增大光线进入第四透镜400时的入射角度以维持准直的效果，但这样导致难以校正球差的影响。
第一透镜100和第二透镜200的组合焦距为f1，第三透镜300和第四透镜400的组合焦距为f2，f2/f1＝-5。正透镜组和负透镜组的焦距之比为5倍，可以实现5倍激光扩束镜头。
在其中的一些实施例中，第一透镜100和第四透镜400的折射率大于1.90。本方案采用负透镜组和正透镜组相结合，同时第一透镜100和第四透镜400采用高折射率材料，折射率均大于1.90，缩短激光扩束镜头第一透镜100和第四透镜400之间的间隔，实现了激光扩束镜头小型化的特点，方便镜头的装配使用，有利于减小激光扩束系统在实际应用中的搭建空间。但缩短镜头长度导致第一透镜100和第四透镜400之间的光学偏折程度增大，从而导致球差影响变大，因此，在第一透镜100和第四透镜400之间增加第二透镜200和第三透镜300，第二透镜200和第三透镜300采用分裂镜片光焦度的方法分担了第一透镜100和第四透镜400的光焦度从而减少激光扩束镜头的球差，有效减少了球差的影响。
由于第一透镜100对光的折射能力最强，可以用较短的移动距离实现校正色球差的功能。因此，选择第一透镜100作为移动组，通过移动第一透镜100的位置，调整第一透镜100和第二透镜200之间的空气间隔，从而调整不同波长的光线进入第二透镜200的第一表面时的入射角度，使得激光扩束镜头可以应用于450mm到650mm的波长范围。
在其中的一些实施例中，第一透镜100的折射率为1.9537，第一透镜100的阿贝数为32.318。
其中，第四透镜400的折射率为1.911，第四透镜400的阿贝数为35.25。
在其中的一些实施例中，第二透镜200的折射率为1.755，第二透镜200的阿贝数为52.322。
在其中的一些实施例中，第三透镜300的折射率为1.622，第三透镜300的阿贝数为56.726。
在其中的一些实施例中，多波长激光扩束镜头的镜头总成小于40mm。
在一个具体实施例中，如下表所示，
Figure BDA0003732521320000041
实施例能够将波长450mm-650mm，光束直径为6.5mm的激光光束，扩束倍率为5倍，形成直径为32.5mm的平行光束，入射光束经过第一透镜100后，光线发散起到扩大光束的作用，经过第一透镜100后的光线进入第二透镜200、第三透镜300和第四透镜400，第四透镜400起到准直的作用，最终形成平行光束。
Figure BDA0003732521320000042
通过调整第一透镜100，改变不同波长下第一透镜100和第二透镜200之间的空气间隔，有效减少色球差。图2为实施例在650mm波长下的点列图，可以看出弥散斑RMS半径为0.003mr，弥散斑GEO半径为0.005mr，图3为实施例在532nm波长下的点列图，可以看出弥散斑RMS半径为0.003mr，弥散斑GEO半径为0.006mr。图4为实施例在450mm波长下的点列图，可以看出弥散斑RMS半径为0.003mr，弥散斑GEO直径为0.005mr。不同波长下弥散斑的RMS半径和GEO半径均小于艾利斑半径，可以满足使用。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种多波长激光扩束镜头，其特征在于，包括：
第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜位于同一光轴上，且依次沿入射激光束的传输方向设置，所述第一透镜为负光焦度的双凹型负透镜，所述第二透镜为正光焦度的双凹型负透镜，所述第三透镜为弯月型正透镜，所述第四透镜为弯月型正透镜。
2.根据权利要求1所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距为f1，所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距为f2，f2/f1＝-5。
3.根据权利要求1所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距为f1，-8<f1<-5.5。
4.根据权利要求1所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距为f2，25<f2<40。
5.根据权利要求1所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第一透镜和所述第四透镜的折射率大于1.90。
6.根据权利要求5所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第一透镜的折射率为1.9537，所述第一透镜的阿贝数为32.318。
7.根据权利要求5所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第四透镜的折射率为1.911，所述第四透镜的阿贝数为35.25。
8.根据权利要求1所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第二透镜的折射率为1.755，所述第二透镜的阿贝数为52.322。
9.根据权利要求1所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述第三透镜的折射率为1.622，所述第三透镜的阿贝数为56.726。
10.根据权利要求1所述的多波长激光扩束镜头，其特征在于：所述多波长激光扩束镜头的镜头总成小于40mm。
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