CN206876970U - 一种用于产生多个焦深的光路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于产生多个焦深的光路装置，其包括有：分光机构，用于接收入射光束，并将入射光束分成第一路子光束和第二路子光束；聚焦机构，设于分光机构的一个出光侧，所述聚焦机构用于将所述分光机构出射的第一路子光束聚焦；第一反射镜，包括有用于反射光束的反射曲面，所述反射曲面设于分光机构的另一个出光侧，所述分光机构出射的第二路子光束经过所述反射曲面改变入射角后反射至聚焦机构，并通过聚焦机构而聚焦。本实用新型采用多聚焦点的方式，能有效实现大景深或大焦深加工，同时可简化光学设备结构、降低光学设备实现难度。

Description

一种用于产生多个焦深的光路装置

技术领域

本实用新型涉及光学传输与聚焦设备，尤其涉及一种用于产生多个焦深的光路装置。

背景技术

现有的成像或激光加工领域中，镜头等光学器材存在景深或景深问题，位于景深或景深范围之外的成像是不清楚的。在激光加工设备中，切割深度和焦深有很大的关系，焦深就是切割厚度的重要数据，利用多个发射角度的光束，可以产生多个焦点，由于每个焦点的焦深是一个确定数据，所以多个焦点相当于增加了焦深，切割厚度也会变大。如果采用精细激光加工，则需要加工光斑很小，光斑越小，加工越容易精细，但是焦深越小，则加工速度越慢。

现有技术中，请参照图1，通常会将光束用聚焦装置100聚焦在焦点101处，光学最终的工作区域是焦点101处，这个区域就是景深或焦深位置，这个区域的大小受光学物理极限条件的限制。请参照图2，传统方法是改变聚焦装置100的镜头形面102，不同的镜头形面102，会产生不同的聚焦效果，如大景深、大焦深镜头，为了达到这个目的，把镜头形面做的很复杂，造成加工难度大大增加，这种镜头通常称为非球面镜头，镜面加工是非常精细的加工技术，通常是用多组球面的形面组合完成的，超出球面的形面将很难制造，这是利用加工的自然特性完成的，某一特性只能完成一种特性反射曲面，如加工球面镜面、抛物面镜片，若超出这些特性面，则加工起来非常困难，或很难完成加工精度要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种采用多聚焦点的方式，能有效实现大景深或大焦深加工，同时简化光学设备结构、降低光学设备实现难度的用于产生多个焦深的光路装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种用于产生多个焦深的光路装置，其包括有：分光机构，用于接收入射光束，并将入射光束分成第一路子光束和第二路子光束；聚焦机构，设于分光机构的一个出光侧，所述聚焦机构用于将所述分光机构出射的第一路子光束聚焦；第一反射镜，包括有用于反射光束的反射曲面，所述反射曲面设于分光机构的另一个出光侧，所述分光机构出射的第二路子光束经过所述反射曲面改变入射角后反射至聚焦机构，并通过聚焦机构而聚焦。

优选地，所述分光机构包括有第一分光镜和第二分光镜，所述第一分光镜的侧部用于接收入射光束，所述第二分光镜设于第一分光镜的下方，所述聚焦机构设于第二分光镜的下方，所述第一反射镜设于第一分光镜的上方，其中：所述第一分光镜反射的光束传输至第二分光镜的入光侧，所述第二分光镜将其入光侧的一部分光束传输至聚焦机构，同时将其入光侧的另一部分光束反射至第一反射镜，藉由第一反射镜的反射曲面改变入射角后再通过第二分光镜传输至聚焦机构。

优选地，所述所述第二分光镜的上方设有第一平面透镜。

优选地，所述分光机构包括有第三分光镜和第二反射镜，所述第三分光镜的侧部用于接收入射光束，且所述第三分光镜位于入射光束与第二反射镜之间，所述聚焦机构设于第三分光镜的下方，所述第一反射镜设于第三分光镜的上方，其中：所述第三分光镜反射的光束传输至聚焦机构，所述第三分光镜折射的光束传输至第二反射镜，再依次通过第二反射镜和第三分光镜反射至第一反射镜，经过第一反射镜改变入射角后穿过第三分光镜而传输至聚焦机构。

优选地，所述第二反射镜和第三分光镜之间设有第二平面透镜。

优选地，所述第一反射镜与第三分光镜之间设有第三平面透镜。

优选地，所述聚焦机构是包括有多个凸透镜的透镜组。

优选地，所述反射曲面为内凹形的反射曲面。

本实用新型公开的用于产生多个焦深的光路装置中，利用分光机构可以将入射光束分成第一路子光束、第二路子光束，或者更多路子光束，其中第一路子光束直接由聚焦机构聚焦为一个焦点，第二路子光束传输至第一反射镜的反射曲面，在反射曲面的作用下，可以改变光束的入射角，随着光线入射角的变化，使得光束经过聚焦机构后的聚焦点由上至下依次分布，进而实现了多焦点聚焦，有效提高了景深或焦深，此外，该光路装置无需设置复杂、难于加工的非球面镜头，从而简化了光学设备结构，降低了激光加工等设备的实现难度。

附图说明

图1为现有技术中光束聚焦方式示意图。

图2为现有技术中聚焦装置的结构示意图。

图3为本实用新型第一实施例中光路装置的结构示意图。

图4为本实用新型第二实施例中光路装置的结构示意图。

图5为聚焦机构处的光束分解示意图。

图6为聚焦机构处的光束合成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。

应当说明的是，本实用新型中所涉及的“上、下、左、右、前、后”等方位词，仅用于更加清楚地描述部件之间的位置关系，并不用于限制本实用新型的安装方向，因此，在本实用新型技术方案的基础上做出的方位变更，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

实施例一：

本实施例提出了一种用于产生多个焦深的光路装置，请参照图3，其包括有：

分光机构1，用于接收入射光束，并将入射光束分成第一路子光束和第二路子光束；

聚焦机构2，设于分光机构1的一个出光侧，所述聚焦机构2用于将所述分光机构1出射的第一路子光束聚焦；

第一反射镜3，包括有用于反射光束的反射曲面30，所述反射曲面30设于分光机构1的另一个出光侧，所述分光机构1出射的第二路子光束经过所述反射曲面30改变入射角后反射至聚焦机构2，并通过聚焦机构2而聚焦。

上述光路装置中，利用分光机构1可以将入射光束分成第一路子光束、第二路子光束，或者更多路子光束，其中第一路子光束直接由聚焦机构2聚焦为一个焦点，第二路子光束传输至第一反射镜3的反射曲面30，在反射曲面30的作用下，可以改变光束的入射角，随着光线入射角的变化，使得光束经过聚焦机构2后的聚焦点由上至下依次分布，进而实现了在至少两个焦点处聚焦，有效提高了景深或焦深，此外，该光路装置无需设置复杂、难于加工的非球面镜头，从而简化了光学设备结构，降低了激光加工等设备的实现难度。

本实施例中，请参照图3，所述分光机构1包括有第一分光镜10和第二分光镜11，所述第一分光镜10的侧部用于接收入射光束，所述第二分光镜11设于第一分光镜10的下方，所述聚焦机构2设于第二分光镜11的下方，所述第一反射镜3设于第一分光镜10的上方，其中：

所述第一分光镜10反射的光束传输至第二分光镜11的入光侧，所述第二分光镜11将其入光侧的一部分光束传输至聚焦机构2，同时将其入光侧的另一部分光束反射至第一反射镜3，藉由第一反射镜3的反射曲面30改变入射角后再通过第二分光镜11传输至聚焦机构2。请参照图5，随着光线入射角的变化，使得光束经过聚焦机构2后的聚焦点由上至下依次分布，请参照图6，聚焦点A、B、C、D、E…由上至下依次分布，进而实现了在多个焦点处聚焦。

实际应用中，所述分光机构1出射的第二路子光束包括由第二分光镜11多次反射至反射曲面30的多个光束，也就是说，第二分光镜11将一部分光传输至聚焦机构2的同时，另一部分光再由反射曲面30反射回第二分光镜11，反射曲面30每次反射的过程中，都会改变一次光的入射角，使得聚焦机构2的入光侧呈现多种入射角的光束，进而在聚焦机构2的出光侧形成由上至下依次分布的多个焦点。

此外，光束每当经过第二分光镜11时，都会一部分透射、一部分反射，所以，随着光束反射次数的增加，多个聚焦点的光斑功率必定依次衰减，直至光斑功率趋近于零，但是在本实施例中，只考虑具有一定功率、具备一定应用性能的焦点，对于衰减后接近于零的光斑，可以不做考虑。

进一步地，所述所述第二分光镜11的上方设有第一平面透镜12。

上述分光机构1中，入射光束在第一分光镜10的作用下，S偏振方向的光会发生全反射作用，经过第一平面透镜12进入第二分光镜11，第二分光镜11保证一部分光通过，另外一部分光反射回来。通过第二分光镜11的一束光传输至聚焦机构2，进入如图6所示的工作过程，产生第一个焦点，而第一分光镜10反射回来的光，再通过第一平面透镜12、第一分光镜10进入第一反射镜3，第一反射镜3用来改变发射光的角度以及反射光束，反射的光束再次通过第一分光镜10、第一平面透镜12、第二分光镜11传输至聚焦机构2，该部分光束通过聚焦机构2产生第二个焦点，而第二分光镜11反射回的光线，复上述工作过程。其中，光束的每一个循环过程，光束的角度都改变一次，由于第一反射镜3的光作用面曲率是固定的，因而每经过一次反射，光束角度都增加一次，经过多次，角度也增加多次。第二分光镜11把每次经过的光，一部分穿过一部分反射，从而实现了一束光分为多次输出，每次输出的光束角度都改变一次，形成光束的多角度输出，最终到达多焦点的目的。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，请参照图4，所述分光机构1包括有第三分光镜16和第四反射镜17，所述第三分光镜16的侧部用于接收入射光束，且所述第三分光镜16位于入射光束与第四反射镜17之间，所述聚焦机构2设于第三分光镜16的下方，所述第一反射镜3设于第三分光镜16的上方，其中：

所述第三分光镜16反射的光束传输至聚焦机构2，所述第三分光镜16折射的光束传输至第四反射镜17，再依次通过第四反射镜17和第三分光镜16反射至第一反射镜3，经过第一反射镜3改变入射角后穿过第三分光镜16而传输至聚焦机构2。

进一步地，所述第四反射镜17和第三分光镜16之间设有第二平面透镜18。所述第一反射镜3与第三分光镜16之间设有第三平面透镜19。

本实施例中的分光机构1的工作原理与实施例一近似，即通过类似的结构实现多焦点的功能。

实际应用中，所述聚焦机构2是包括有多个凸透镜的透镜组。此外，所述反射曲面30为内凹形的反射曲面。但是这仅是本实用新型较佳的实施例，在本实用新型的其他实施例中，所述反射曲面30还可以是外凸形的反射曲面。

本实用新型公开的用于产生多个焦深的光路装置，其采用简单的办法实现多焦点技术，多焦点是为了实现大的景深或大的焦深的目的，多焦点实现的核心是发射角光的光路。实际应用中，如果我们把这些角度的光，放在一起送入聚焦镜，会出现多焦点同时出现的现象，即利用普通的聚焦镜实现较大的景深或焦深的目的。本实用新型是利用光的偏振特性实现的，具体是把光变成偏振状态，再利用偏振状态的光器件功能完成了多焦点聚焦的过程，再利用的偏振片或偏振方体等光学器件实现多焦深的光路。

以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，包括有：

分光机构(1)，用于接收入射光束，并将入射光束分成第一路子光束和第二路子光束；

聚焦机构(2)，设于分光机构(1)的一个出光侧，所述聚焦机构(2)用于将所述分光机构(1)出射的第一路子光束聚焦；

第一反射镜(3)，包括有用于反射光束的反射曲面(30)，所述反射曲面(30)设于分光机构(1)的另一个出光侧，所述分光机构(1)出射的第二路子光束经过所述反射曲面(30)改变入射角后反射至聚焦机构(2)，并通过聚焦机构(2)而聚焦。

2.如权利要求1所述的用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，所述分光机构(1)包括有第一分光镜(10)和第二分光镜(11)，所述第一分光镜(10)的侧部用于接收入射光束，所述第二分光镜(11)设于第一分光镜(10)的下方，所述聚焦机构(2)设于第二分光镜(11)的下方，所述第一反射镜(3)设于第一分光镜(10)的上方，其中：

所述第一分光镜(10)反射的光束传输至第二分光镜(11)的入光侧，所述第二分光镜(11)将其入光侧的一部分光束传输至聚焦机构(2)，同时将其入光侧的另一部分光束反射至第一反射镜(3)，藉由第一反射镜(3)的反射曲面(30)改变入射角后再通过第二分光镜(11)传输至聚焦机构(2)。

3.如权利要求2所述的用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，所述所述第二分光镜(11)的上方设有第一平面透镜(12)。

4.如权利要求1所述的用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，所述分光机构(1)包括有第三分光镜(16)和第四反射镜(17)，所述第三分光镜(16)的侧部用于接收入射光束，且所述第三分光镜(16)位于入射光束与第四反射镜(17)之间，所述聚焦机构(2)设于第三分光镜(16)的下方，所述第一反射镜(3)设于第三分光镜(16)的上方，其中：

所述第三分光镜(16)反射的光束传输至聚焦机构(2)，所述第三分光镜(16)折射的光束传输至第四反射镜(17)，再依次通过第四反射镜(17)和第三分光镜(16)反射至第一反射镜(3)，经过第一反射镜(3)改变入射角后穿过第三分光镜(16)而传输至聚焦机构(2)。

5.如权利要求4所述的用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，所述第四反射镜(17)和第三分光镜(16)之间设有第二平面透镜(18)。

6.如权利要求4所述的用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，所述第一反射镜(3)与第三分光镜(16)之间设有第三平面透镜(19)。

7.如权利要求1所述的用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，所述聚焦机构(2)是包括有多个凸透镜的透镜组。

8.如权利要求1所述的用于产生多个焦深的光路装置，其特征在于，所述反射曲面(30)为内凹形的反射曲面。