CN116577930B - 一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法及装置 - Google Patents

一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法及装置，所述方法包括：计算激光扫描周期的反射起始旋转角，调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系，计算旋转多面镜转动中的反射光线角度以及杂散光的方向角度，求解杂散光反射面的设置角度，设计杂散光反射镜的设置位置，使得杂散光反射向激光扫描面。本发明通过计算杂散光反射面的设置角度，设计杂散光反射镜的设置位置，将一维入射光因旋转镜多面镜交角处光线反射所产生的杂光经由挡在杂散光前的反射镜反射向激光扫描面，减少了杂散光对激光机构的加热，解决了杂散光的乱反射问题，保持光学模块运作的可靠性。

Description

一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法及装置
技术领域
本发明涉及一维激光扫描技术领域，具体而言，涉及一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法及装置。
背景技术
在光学扫描系统中，旋转面镜大多为多面体，利用马达驱动旋转多面镜（参见图1所示）转动，将入射到旋转多面镜表面的激光光线利用旋转作用达成扫描的效果。
在旋转多面镜的旋转过程中，当入射激光光线的中心与旋转多面镜的中心基本重合时，即入射到反射面的中部区域时（参见图3所示）位置，此时入射到反射面的激光光源不是点光源而是有直径的面光源，光线会在反射面全部以相同角度反射。
但是，当光线入射到相邻反射面的相接面或边角时，会因两个相接面的反射角度不同而产生杂散光，参见图4所示。当旋转多面镜转到与入射激光光线为图4所示的位置状态时，上述的面光源一分为二，其中一束光线朝向设计的激光扫描面的方向反射，而另一束光线则朝向激光扫描面以外的不理想方向反射，此光线即为杂散光。并且，此杂散光会加热激光机构，造成不良影响。
对于低功率激光扫描，可以在旋转多面镜的转角通过入射激光光点前关闭激光的投射，等到旋转多面镜的转角通过入射激光光点之后再开启激光投射，以避免出现杂散光的问题。
但是，高功率激光扫描需要较长的开启运作时间，因此无法以开启和关闭激光投射的方法进行处理。
当前，高功率激光扫描过程中的杂散光现象成为亟待解决的难点和痛点问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于通过精确计算设计杂散光反射镜，将一维入射光因旋转镜多面镜交角处光线反射所产生的杂光经由挡在杂散光前的反射镜反射向激光扫描面，从而减少杂光对激光机构的加热及乱反射问题，保持光学模块运作的可靠性。
本发明提供一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，包括：
计算激光扫描周期的反射起始旋转角，调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系，计算旋转多面镜转动中的反射光线角度以及杂散光的方向角度，求解杂散光反射面的设置角度，设计杂散光反射镜的设置位置，使得杂散光反射向激光扫描面。
本发明的第一个实施例，所述计算激光扫描周期的反射起始旋转角的表达式为：
（1）
式（1）中，H为激光入射到旋转多面镜反射面的位置偏离旋转多面镜转轴轴心的高度，R为旋转多面镜的端面对角线长度的一半，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度；
所述θ角为激光扫描过程中每个扫描周期的反射起点。
进一步地，所述调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系的方法包括：
将激光入射光束的直径G的上缘置于H的高度，因而旋转多面镜在θ角不产生乱反射，反射面在θ角时没有杂散光产生。如此可减少激光乱反射的反射量，此时不需做挡杂散光的动作。
进一步地，所述计算旋转多面镜转动中的反射光线角度以及杂散光的方向角度的表达式为：
；
；
；
（2）
式（2）中，，/>分别为转镜从θ角转动/>角的反射光线角度和杂散光的方向角度。
旋转多面镜从θ角转动45度角时会有杂散光的反射，激光扫描线在扫45度角时的扫描截面不是等腰三角形，杂散光的光形是一个弧形。
进一步地，所述求解杂散光反射面的设置角度的方法包括：
计算得出后，依据/>角度设计杂散光反射面，得到杂散光反射镜的设置位置，G1为旋转多面镜的角顶点与杂散光的交接反射点之间的高度。
本发明的第二个实施例，所述调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系的方法包括：
调整激光入射光束的H位置以消除乱反射，将激光入射光束的中心置于H的高度，旋转多面镜在θ角产生乱反射，产生杂散光；并且，旋转多面镜从θ角转45度角时也有杂散光，对于两处杂散光，设置两个或两对复数个杂散光反射镜分别反射θ角及θ角加45度角的杂散光，其杂散光角度计算方法与式(2)相似故不在此赘述。
本发明还提供一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计装置，应用如上述所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，包括：
旋转多面镜：用于将入射激光经过反射面的反射形成激光扫描面；
单数或复数个杂散光反射镜(可以为平面也可以为曲面)：用于将杂散光反射向激光扫描面。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法的步骤。
本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过计算杂散光反射面的设置角度，设计杂散光反射镜的设置位置，将一维入射光因旋转镜多面镜交角处光线反射所产生的杂光经由挡在杂散光前的反射镜反射向激光扫描面，减少了杂散光对激光机构的加热，解决了杂散光的乱反射问题，保持光学模块运作的可靠性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计装置的结构构成示意图；
图2为本发明实施例计算机设备的构成示意图；
图3为现有的旋转多面镜转至入射激光的中心与旋转多面镜的中心相重合的位置状态示意图；
图4为现有的旋转多面镜转至旋转多面镜的下缘与激光入射光束86%的能量相重合的位置状态示意图；
图5为本发明实施例的旋转多面镜与入射激光的位置状态几何尺寸示意图；
图6为本发明实施例激光入射光束超过旋转多面镜时的反射镜设计示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，包括：
计算激光扫描周期的反射起始旋转角，调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系，计算旋转多面镜转动中的反射光线角度以及杂散光的方向角度，求解杂散光反射面的设置角度，设计杂散光反射镜的设置位置，使得杂散光反射向激光扫描面。
本发明的第一个实施例，所述计算激光扫描周期的反射起始旋转角的表达式为：
（1）
式（1）中，H为激光入射到旋转多面镜反射面的位置偏离旋转多面镜转轴轴心的高度，R为旋转多面镜的端面对角线长度的一半，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度；
所述θ角为激光扫描过程中每个扫描周期的反射起点。
所述调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系的方法包括：
将激光入射光束的直径G的上缘置于H的高度，因而，旋转多面镜在θ角不产生乱反射，反射面在θ角时没有杂散光产生。如此可减少激光乱反射的反射量，此时不需做挡反射光的动作。
所述计算旋转多面镜转动中的反射光线角度以及杂散光的方向角度的表达式为：
；
；
；
（2）
式（2）中，，/>分别为转镜从θ角转动/>角的反射光线角度和杂散光的方向角度。
旋转多面镜从θ角转动45度角时会有杂散光的反射，激光扫描线在扫45度角时的扫描截面不是等腰三角形，杂散光的光形是一个弧形。
所述求解杂散光反射面的设置角度的方法包括：
计算得出后，依据/>角度设计杂散光反射面，参见图6所示，得到杂散光反射镜的设置位置，G1为旋转多面镜的角顶点与杂散光的交接反射点之间的高度。
本发明的第二个实施例，所述调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系的方法包括：
参见图5所示，调整激光入射光束的H位置以消除乱反射，将激光入射光束的中心置于H的高度，旋转多面镜在θ角产生乱反射，产生杂散光；并且，旋转多面镜从θ角转45度角时也有杂散光，对于两处杂散光，设置两个或两对复数个杂散光反射镜分别反射θ角及θ角加45度角的杂散光，其杂散光角度计算方法与式(2)相似故不在此赘述。
本发明实施例还提供一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计装置，应用如上述所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，包括：
旋转多面镜：用于将入射激光经过反射面的反射形成激光扫描面；
单数或复数个杂散光反射镜：用于将杂散光反射向激光扫描面。
本发明实施例通过计算杂散光反射面的设置角度，设计杂散光反射镜的设置位置，将一维入射光因旋转镜多面镜交角处光线反射所产生的杂光经由挡在杂散光前的反射镜反射向激光扫描面，减少了杂散光对激光机构的加热，解决了杂散光的乱反射问题，保持光学模块运作的可靠性。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，图2是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；参见附图图2所示，该计算机设备包括：输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21；所述存储器22，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例提供的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法；其中输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。
存储器22作为一种计算设备可读写存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本发明实施例所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法对应的程序指令；存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等；此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件；在一些实例中，存储器22可进一步包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置23可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入；输出装置24可包括显示屏等显示设备。
处理器21通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法。
上述提供的计算机设备可用于执行上述实施例提供的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，具备相应的功能和有益效果。
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，存储介质是任何的各种类型的存储器设备或存储设备，存储介质包括：安装介质，例如CD-ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDRRAM、SRAM、EDORAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器组件等；存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合；另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统；第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。存储介质包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上实施例所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，还可以执行本发明任意实施例所提供的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法中的相关操作。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，其特征在于，包括：
计算激光扫描周期的反射起始旋转角，调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系，计算旋转多面镜转动中的反射光线角度以及杂散光的方向角度，求解杂散光反射面的设置角度，设计杂散光反射镜的设置位置，使得杂散光反射向激光扫描面；
所述计算激光扫描周期的反射起始旋转角的表达式为：
（1）
式（1）中，H 为激光入射到旋转多面镜反射面的位置偏离旋转多面镜转轴轴心的高度，R为旋转多面镜的端面对角线长度的一半，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度；
所述θ角为激光扫描过程中每个扫描周期的反射起点；
所述调整入射激光与旋转多面镜的转轴轴心高度以及转动角度的位置状态关系的方法包括：
将激光入射光束的直径G的上缘置于H的高度，因而旋转多面镜在θ角不产生乱反射，反射面在θ角时没有杂散光产生；
或者，调整激光入射光束的H位置以消除乱反射，将激光入射光束的中心置于H的高度，旋转多面镜在θ角产生乱反射，产生杂散光；并且，旋转多面镜从θ角转45度角时也有杂散光，对于两处杂散光，设置两个或两对复数个杂散光反射镜分别反射θ角及θ角加45度角的杂散光；
所述计算旋转多面镜转动中的反射光线角度以及杂散光的方向角度的表达式为：
；
；
；
（2）
式（2）中，，/>分别为转镜从θ角转动/>角的反射光线角度和杂散光的方向角度。
2.根据权利要求1所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，其特征在于，所述求解杂散光反射面的设置角度的方法包括：
计算得出后，依据/>角度设计杂散光反射面，得到杂散光反射镜的设置位置，G1为旋转多面镜的角顶点与杂散光的交接反射点之间的高度。
3.一种基于引导杂散光的高功率激光模组设计装置，其特征在于，应用如权利要求1或2所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法，包括：
旋转多面镜：用于将入射激光经过反射面的反射形成激光扫描面；
单数或复数个杂散光反射镜：用于将杂散光反射向激光扫描面。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法的步骤。
5.一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1或2所述的基于引导杂散光的高功率激光模组设计方法的步骤。
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