CN115469449B - 一种可调反射式激光传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可调反射式激光传输装置，该装置包括两个光学通道和反射平台；两个光学通道通过铰接轴活动连接，并在α角度内可实现两个光学通道任意角度的开合；反射平台包括反射镜固定平台、导向杆以及反射镜；反射平台通过导向杆上的中空滑轨套在铰接轴上，两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上。本发明公开的可调反射式激光传输装置，解决了光学通道开合过程中，反射激光光轴偏离光学通道轴线的问题，扩大了光学通道开合角度，提高了光学通道通光口径的利用，使可调反射式激光传输装置具有广阔的适用性，且降低了光路转折过程中引入的位置与角度偏差，提高光束传输的指向精度。

Description

一种可调反射式激光传输装置

技术领域

本发明属于激光传输领域，尤其涉及一种可调反射式激光传输装置。

背景技术

反射装置作为重要的光线传输装置，在超高功率激光装置中得到广泛应用。采用反射式元件可以避免激光通过透过式光学元件产生的非线性光学效应，进而避免高功率激光因产生频率迁移而导致的光学元件损伤。

类机械臂式传输装置为目前激光装置中最常见的反射式激光传输装置，其可以在不改变每节光学通道长度的状态下，实现在特定空间范围内其工作姿态的自由改变。在激光传输过程中，激光仅需沿其光学通道传输即可在特定空间内实现出射光位置与角度改变。

现有的类机械臂式激光传输装置可分为两种基本形式，分别为旋转式装置与开合式装置。其中旋转式装置，其反射镜固定于呈特定角度的光学通道中，并通过旋转关节连接多个光学通道，实现激光传输光路调整，但旋转式装置的光学通道多为“L”形，由于其通道长度无法被有效利用，因此旋转式装置的重量较大；而且由于旋转式装置的输出激光与旋转平面不位于同一平面，旋转式结构在实现特定空间内的可调功能时，需要的关节数多，这将造成控制复杂，还容易由于控制时序问题使得结构卡死的问题。

开合式装置可以有效避免上述问题，通过工业机械臂式结构可以有效利用光学管道长度，装置轻量化难度低，而且开合式装置关节布局与控制技术成熟，便于针对不同的特定空间可调功能进行设计。但现有开合式激光传输装置无法解决在激光传输过程中，由于开合角度不同导致激光经过反射传输后的光轴偏离光学通道中轴的问题，导致激光通道口径无法被有效利用，且开合角度设计范围也受限严重，甚至存在反射光严重偏离光学通道中轴而导致损伤光学通道侧壁等问题。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有激光传输装置存在的激光传输的光轴偏离光学通道中轴的缺陷，本发明采用特殊的结构设计有效实现了在任意关节工作角度内，当激光经过反射传输过程后，激光光轴仍保持在光学通道中轴的功能，而且本申请通过对装置各结构部分的参数进行严格设计，有效避免了激光传输装置在工作过程中的干涉问题，进一步提高了光学通道口径的利用率、扩大了关节开合角度范围及提高了光束传输的指向精度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种可调反射式激光传输装置，所述装置包括两个光学通道和反射平台；

所述两个光学通道通过铰接轴活动连接，并在α角度内可实现两个光学通道任意角度的开合；

所述反射平台呈“T”型结构，包括反射镜固定平台、导向杆以及反射镜；所述反射镜安装在反射镜固定平台上，导向杆垂直安装在反射镜固定平台底面中心位置处，且导向杆上开设中空滑轨；

所述反射平台通过导向杆上的中空滑轨套在铰接轴上，两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上。

优选的，所述α角度为45°~135°。

优选的，所述两个光学通道上，其与铰接轴连接的侧面上均设置侧壁切口，侧壁切 口的参数为：

，

，其中

为侧壁切口距离铰接轴较 近的边到铰接轴轴线位置的距离；

为侧壁切口距离铰接轴较远的边到铰接轴轴线位置 的距离；r是光学通道的内半径；h为反射镜固定平台的厚度；h _a 为反射镜固定平台上表面与 反射镜镜面之间的高度差值；

为光学通道与铰接轴相连的侧面沿光学通道轴线方向的 长度。

优选的，所述导向杆上开设的中空滑轨的长度

为：

，其中

为导向杆的长度；所述反 射镜的长度l _mirror 为：

。

优选的，所述两个光学通道与铰接轴相连的侧面的内表面上均安装了精密滑动平 台，所述精密滑动平台的参数为：

，

，其中

为精密滑动平台距离铰接轴较近的边到铰接 轴轴线的距离，

为精密滑动平台距离铰接轴较远的边到铰接轴轴线的距离。

优选的，所述反射镜固定平台，其底面中心位置处对称设置滑动结构，所述滑动结构外表面对称设置弧段，所述弧段始终与两个光学通道的精密滑动平台贴合；所述弧段对应的圆周角为180°-α，弧段半径为r，弧段圆心位于反射镜镜面中心位置处。

优选的，所述反射镜固定平台，其底面与铰接轴之间安装弹簧，且所述弹簧处于拉紧状态。

优选的，所述两个光学通道的两个侧壁上均安装有导轨，所述两个侧壁均垂直于光学通道与铰接轴相连的侧面，所述导轨伸出光学通道的部分上开设滑槽；所述反射镜固定平台两侧面中间位置均设置凸起；所述两个凸起可活动地卡在两个光学通道的滑槽相交位置处。

优选的，所述滑槽的长度l _t 为：

。

优选的，所述两个凸起中心连线与反射镜镜面中线重合。

本发明的有益效果是：本发明公开的可调反射式激光传输装置，将反射平台与光学通道活动铰接，并采用弹簧和弧面结合的结构或者滑槽固定的结构将反射平台始终紧压在光学通道内表面，始终保持两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上，解决了光学通道开合过程中，反射激光光轴偏离光学通道轴线的问题，扩大了光学通道开合角度，提高了光学通道通光口径的利用，使可调反射式激光传输装置具有广阔的适用性；其次通过严格的参数设计，避免了光学通道开合过程中结构的干涉，进一步增大光学通道开合角度，且降低了光路转折过程中引入的位置与角度偏差，提高光束传输的指向精度。

综上本装置可以有效利用光学通道内部空间，有效提升工作角度范围，在满足设计参数要求下，有效避免了因光束偏移导致的装置损伤。

附图说明

图1为本申请第一实施例的可调反射式激光传输装置的结构示意图；

图2为本申请第一实施例的可调反射式激光传输装置的半剖结构示意图；

图3为本申请第二实施例的可调反射式激光传输装置的结构示意图；

图4为本申请第二实施例的可调反射式激光传输装置的半剖结构示意图；

图中：1.光学通道 2.反射平台 3.铰接轴 11.侧壁切口 12.精密滑动平台 13.导轨 131.滑槽 21.反射镜固定平台 22.反射镜 23.导向杆 24.滑动结构 25.凸起 231.滑轨 241.弧段。

具体实施方式

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

本发明的可调反射式激光传输装置，相比现有技术，该装置中反射平台的导向杆长度可调，并配合弹簧拉紧+活动支撑结构或者滑槽锁紧结构，可实现无论光学通道处于何种张开角度，反射平台始终压紧在光学通道内表面上，保证了反射光线光轴始终沿着出射光学通道的轴线输出，保证光学通道口径的有效利用，大大提高了光学通道的可调角度范围，并提高了激光传输的指向精度，且为了确保光学通道口径的有效利用，以及结构之间的干涉，对本装置的各部件均进行了严格的尺寸参数设计，也进一步提高了激光传输的指向精度，避免了因结构设置不合理导致的激光传输损伤。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1~图4所示，本申请的可调反射式激光传输装置主要包括两个光学通道1和反射平台2。

其中，两个光学通道1通过铰接轴3活动连接，且在一定角度范围内实现任意角度的开合。图示作为一种实施例，将光学通道1设置为横截面为方形的条形壳体，为了避免光学通道开合时光学通道的侧壁发生干涉，根据开合角度的设定需求，以及光反射的可实现性，对光学通道进行了斜面切除，同时为了保证光的有效传输，作为优选，光学通道的开合角度设置为α=45°~135°，从而以实现该激光传输装置与不同激光传输系统的匹配；

反射平台2设计为一体成型的“T”型结构，其包括反射镜固定平台21、导向杆23以及反射镜22；其中反射镜22安装在反射镜固定平台21上，导向杆23垂直安装在反射镜固定平台21底面中心位置处，为了实现导向杆长度可调，在导向杆上开设中空滑轨231，反射平台2通过导向杆23上的中空滑轨231套在铰接轴3上，且可沿着铰接轴3进行旋转与平移，且在结构设计过程中，需保证两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上。

为了实现光学通道全口径内的光束的有效反射传输，对反射镜的最小长度进行了 约束，其长度l _mirror 的取值范围为：

，然而当入射激光口 径过大时，反射镜长度较长，此时，当光学通道小角度张开时，反射镜镜面与光学通道侧壁 之间会发生严重干涉，因此作为优选实施例，将上述两个光学通道与铰接轴3连接的面上均 设置侧壁切口11，如图2和图4所示，根据光学通道尺寸参数、光学通道的开合角度，以及始 终确保两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上等条件，确定侧壁切口11的 设置参数为：

，

，其中

为侧壁切口距离铰接轴 较近的边到铰接轴轴线位置的距离；

为侧壁切口距离铰接轴较远的边到铰接轴轴线 位置的距离；r是光学通道的内半径；h为反射镜固定平台的厚度；h _a 为反射镜固定平台上表 面与反射镜镜面之间的高度差值；

为光学通道长侧面的长度。

同时，为保证导向杆23上开设中空滑轨231行程满足光学通道的开合角度及反射 镜的调整范围，设计中空滑轨231长度

为：

，其中

为导向杆的长度。

为了实现两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上，还需要进行一些特殊结构设计，本申请将示出两种装置变形结构，本领域技术人员需明白，其他基于本申请基本结构进行的以实现两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上的变形，均落入本申请的保护范围。

图1和图2示出本申请的第一实施例。

在两个光学通道1与铰接轴3连接的面的内表面上安装了精密滑动平台12，并配合的在反射镜固定平台21底面中心位置处对称设置滑动结构24，为了保证滑动结构24与精密滑动平台12之间的流畅滑动，以及滑动过程中不改变两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心的关系，作为优选实施例，在滑动结构24的外表面对称位置处具有弧段241，滑动结构24始终通过弧度241与精密滑动平台贴合。

同时为了保证本装置的能有效使用，对精密滑动平台12以及弧段241的参数也进 行了严格设计，其中，精密滑动平台的参数为：

，

，其中

为精密滑动平台距离铰接轴较近的边到铰 接轴轴线的距离，

为精密滑动平台距离铰接轴较远的边到铰接轴轴线的距离；弧段对 应的圆周角为180°-α，半径为r，弧段圆心位于反射镜镜面中心位置处。

在本变形中不排除导向杆与铰接轴之间卡死，将反射镜顶起，破坏两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心的关系，为了防止上述情况出现，作为优选实施例，在反射镜固定平台底面与铰接轴之间安装弹簧，且保持弹簧处于拉紧状态，此时在弹簧张力的作用下，可以将反射镜紧压在光学通道上，且能够有效避免导向杆中空滑轨与铰接轴之间卡死。

图3和图4示出本申请的第二实施例。

在两个光学通道的两个侧壁上均安装有导轨13，在导轨伸出光学通道的部分开设 滑槽131，并在反射镜固定平台21两侧面中间位置处均设置凸起25，且两个凸起中心连线与 反射镜镜面中线重合，两个凸起25可活动地卡在两个光学通道导轨的滑槽131相交位置处， 这样即可保证无论光学通道在何种姿态，两个光学通道的中心轴交点始终位于反射镜镜面 中心位置上，本领域技术人员应当知道，为了实现滑槽、凸起的有效装配，将导轨设置在侧 壁内侧或者外侧均可根据实际情况进行调整，任何能够实现上述滑槽、凸起装配设置，均落 入本申请的保护范围。为了确保反射镜在光学通道开合角度范围内的有效行程，滑槽131的 的长度l _t 必须满足：

。

Claims (9)

1.一种可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述装置包括两个光学通道和反射平台；所述两个光学通道通过铰接轴活动连接，并在α角度内可实现两个光学通道任意角度的开合；所述反射平台呈“T”型结构，包括反射镜固定平台、导向杆以及反射镜；所述反射镜安装在反射镜固定平台上，所述导向杆垂直安装在反射镜固定平台底面中心位置处，且导向杆上开设中空滑轨；

所述反射平台通过导向杆上的中空滑轨套在铰接轴上，两个光学通道的中心轴交点位于反射镜镜面中心位置上；

所述两个光学通道，其与铰接轴相连的侧面上均设置侧壁切口，侧壁切口的参数为：

其中

为侧壁切口距离铰接轴较近的边到铰接轴轴线位置的距离；

为侧壁切口距离铰接轴较远的边到铰接轴轴线位置的距离；r是光学通道的内半径；h为反射镜固定平台的厚度；h_a为反射镜固定平台上表面与反射镜镜面之间的高度差值；l_side为光学通道与铰接轴相连的侧面在光学通道轴线方向的长度。

2.根据权利要求1所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述α角度为45°～135°。

3.根据权利要求1所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述导向杆上开设的中空滑轨的长度l_law为：max{rsec(α/2)}-min{rsec(α/2)}≤l_law＜L_law，其中L_law为导向杆的长度；所述反射镜，其长度l_mirror为：l_mirror≥max{2r×csc(α/2)}。

4.根据权利要求3所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述两个光学通道与铰接轴相连的面的内表面上均安装了精密滑动平台，所述精密滑动平台的参数为：

其中

为精密滑动平台距离铰接轴较近的边到铰接轴轴线的距离，

为精密滑动平台距离铰接轴较远的边到铰接轴轴线的距离。

5.根据权利要求4所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述反射镜固定平台，其底面中心位置处对称设置滑动结构，所述滑动结构外表面对称设置弧段，所述弧段始终与两个光学通道的精密滑动平台贴合；所述弧段对应的圆周角为180°-α，弧段半径为r，弧段圆心位于反射镜镜面中心位置处。

6.根据权利要求5所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述反射镜固定平台，其底面与铰接轴之间安装弹簧，且所述弹簧处于拉紧状态。

7.根据权利要求3所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述两个光学通道的两个侧壁上均安装有导轨，所述两个侧壁垂直于与铰接轴相连的面，所述导轨伸出光学通道的部分上开设滑槽；所述反射镜固定平台两侧面中间位置均设置凸起；所述两个凸起可活动地卡在两个光学通道的滑槽相交位置处。

8.根据权利要求7所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述滑槽的长度l_t为：max{rcot(α/2)}-min{rcot(α/2)}≤l_t。

9.根据权利要求8所述的可调反射式激光传输装置，其特征在于，所述两个凸起中心连线与反射镜镜面中线重合。

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