CN212009174U

CN212009174U - 一种矩形光斑整形器及激光器

Info

Publication number: CN212009174U
Application number: CN202020421994.5U
Authority: CN
Inventors: 殷长志
Original assignee: Shanghai Ruilike Information Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Ruilike Information Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-28
Filing date: 2020-03-28
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2030-03-28

Abstract

本实用新型公开了一种矩形光斑整形器及激光器，其中矩形光斑整形器包括支架和按照光路传播方向依次设置在所述支架上的前透镜组、矩形光斑整形镜以及后透镜组；所述矩形光斑整形镜的入射端面和出射端面均为双曲柱面，所述入射端面脊线和所述出射端面的脊线互相垂直；其中的激光器包括包括光源以及上述的矩形光斑整形器。本实用新型结构简单、设计合理，能够有效的将圆形或者椭圆形的光斑无损的整形成矩形，以便于矩形的光学元件使用。

Description

一种矩形光斑整形器及激光器

技术领域

本实用新型涉及光学设备领域，特别涉及一种矩形光斑整形器及激光器。

背景技术

激光器是一种能够发射激光的装置，但是现有的激光器，其发射的光斑形状通常为圆形或椭圆形，且光束直径很小，在空间光应用中，激光器发射的光束往往需要扩束放大。

在空间光调制器应用方面，由于空间光调制器光学元件基本为矩形，激光器发射的光束直接扩束放大后的光斑总有一部分会照射到矩形元件之外，彼此不匹配。在高功率应用，特别是工业应用中，这带来成本和资源的浪费。

因此，开发一种能与空间光调制器矩形的光学元件相匹配的激光器或光束整形装置就尤为必要。同样，这种装置应用到需要矩形光斑照明的场景，例如激光电视背光源等，也非常有实用价值。

实用新型内容

针对现有技术存在激光器发射的光束不能够匹配矩形状的光学元件的问题，本实用新型的目的在于提供一种矩形光斑整形器及激光器。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种矩形光斑整形器，包括支架和按照光路传播方向依次设置在所述支架上的前透镜组、矩形光斑整形镜以及后透镜组；所述矩形光斑整形镜的入射端面和出射端面均为双曲柱面，所述入射端面脊线和所述出射端面的脊线互相垂直。

优选的，所述前透镜组包括透镜A和/或透镜B，所述透镜A为球面透镜或非球面透镜，所述透镜B为球面透镜或非球面透镜。

优选的，所述透镜A和所述透镜B均固定在镜套上，所述镜套沿所述光路传播方向可调节的安装在所述支架上。

优选的，所述支架上设置有滑槽，所述镜套上设置有与所述滑槽相适配的导向柱或导向块，所述镜套上螺纹连接有锁紧螺钉，锁紧时镜套固定，松开时镜套可调节。

另一种优选的，所述镜套包括外圈、内套和导向柱，所述外圈可转动连接在所述支架上，所述内套的导向柱嵌入在所述外圈的内壁的螺旋槽，所述内套的内壁用于固定所述透镜A或者所述透镜B，所述导向柱固定设置对应支架开有滑槽，滑槽长度方向沿光束传播方向。外圈转动带动导向柱沿螺旋槽移动，联动内套做直线移动。

优选的，所述后透镜组为准直透镜。

另一方面，本实用新型还公开了一种矩形光斑激光器，包括光源以及上述的矩形光斑整形器。

再一方面，本实用新型还公开了一种合束矩形光斑激光器，包括通过合束镜合为一束的多个激光路径，每个所述激光路径均包括依次设置的光源以及上述的矩形光斑整形器。

优选的，所述光源安装在所述支架上，所述光源包括LD和LD驱动电路。

优选的，所述光源包括多个所述LD，所述多个LD发出的光束通过二向镜合为一束。

采用上述技术方案，由于矩形光斑整形镜两端曲面的设置，使得光线从一端射入、经过矩形光斑整形镜的折射、再从另一端射出后，其光线不但能够均匀分布，并且能够在一个矩形范围内发散，从而得到矩形光斑。

附图说明

图1为本实用新型一种矩形光斑整形器的结构示意图；

图2为本实用新型一种矩形光斑整形器中矩形光斑整形镜的结构示意图；

图3为本实用新型一种矩形光斑整形器出射的矩形光斑图案；

图4为本实用新型前透镜组及矩形光斑整形镜在支架上的安装结构示意图；

图5为本实用新型一种矩形光斑激光器的结构示意图；

图6为本实用新型一种合束矩形光斑激光器的结构示意图；

图中:1-支架、11-光路入射口、12-光路出射口、2-前透镜组、21-透镜A、22-透镜B、3-矩形光斑整形镜、31-入射端面、310-脊线A、32-出射端面、320-脊线B、4-后透镜组、5-镜套、51-内套、510-导向柱、52-外圈、53-螺纹槽、6-光源、61-LD、62-LD驱动电路、7-合束镜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

如图1所示，本实用新型提供一种矩形光斑整形器，其包括支架1和按照光路传播方向依次设置在支架1上的前透镜组2、矩形光斑整形镜3以及后透镜组4。

其中，该支架1为封闭的壳体结构，其通常呈圆柱形或者长方形等类似的形状，支架1轴向方向的一端设置有光路入射口11、另一端设置有光路出射口12，光路入射口11和光路出射口12通常安装有窗口玻璃。上述的前透镜组2、矩形光斑整形镜3以及后透镜组4均安装在封闭的壳体结构内。

其中，矩形光斑整形镜3的作用在于将入射光整形成矩形的形态，如图2所示，其具体结构是设置矩形光斑整形镜3的入射端面31和出射端面32均为双曲柱面，并且设置入射端面31的脊线A和出射端面32的脊线B互相垂直，如图2所示，脊线A和脊线B垂直正交，入射端面31是经过设计的双曲面，其曲面方程可以通过下列公式描述：

其中，r为垂直于脊线方向的一维坐标，c为曲率半径，k为圆锥系数，且k<-1。

且通常矩形光斑整形镜3为圆柱形，圆柱形轴向方向上的两个端面即为上述的入射端面31和出射端面32。如此设置，使得光线从入射端面31射入，经过矩形整形镜3内部传导，再从出射端面32射出后，则使得原本为圆形或者椭圆形的光斑变成矩形的光斑。且本实施例中，设置矩形整形镜本镜的长宽发散角符合16：9或16：10或4：3的比例，通常设置入射光斑为3～5mm直径，从而方便匹配现有的各类光学元件。

技术实现上，矩形光斑整形镜3的入射端面31、出射端面32的曲线方程参数与入射光束直径密切相关，必须为一个匹配的值，才能获得良好的矩形光斑分布形态。

因此，前透镜组2用于对入射的光束进行准直，或者是调整入射光斑的大小，使其与矩形光斑整形镜3相适配。例如，前透镜组2可以是一个单独的透镜A21，该透镜A21的类型是球面透镜，入射光通过透镜A21能够将入射光束汇聚使之出射光束直径匹配矩形光斑整形镜的设计值；或者，前透镜组2既包括一个透镜A21，又包括一个透镜B22，此时透镜A21和透镜B22至少有一个为球面透镜，通过改变透镜A21与透镜B22之间的距离，或者改变透镜A21与透镜B22之间的距离以及改变透镜B22与矩形整形镜3之间的距离，使得光束直径匹配矩形光斑整形镜的设计值。如图3所示，为适配不同前透镜组2时，所获得的大小不同的矩形光斑图案。

其中，上述的后透镜组4用于对透过矩形光斑整形镜3的矩形光束进行调整，其调整的目的在于使光束恢复水平，故通常情况下，该后透镜组4为一准直透镜。

使用时，当入射光通过光路入射口11照射进支架1内，首先由前透镜组2对其进行滤光以及调整大小，再通过矩形光斑整形镜3转变成发散状的矩形光束后，再通过后透镜组4对其进行准直作用，从而将发散状发散的矩形光束调整成平行状，从而以固定大小的矩形光束从光路出射口22射出，从而完成对光斑的矩形整形作用。

实施例二

其与实施例一的区别在于：当一个矩形光斑整形器生产后，其矩形光斑整形镜3通常已经固定，因此其所需要的入射光束的光斑大小一定；但是由于入射光束的光斑并不总是具有需要的大小，因此为了解决这一问题，本实施例中，设置上述的前透镜组2的位置可以调节。

例如在本实施例中，使上述的透镜B22安装在一个镜套5上，并设置镜套5能够沿光路传播方向可调节的安装在支架1上。

如图4所示，镜套5包括内套51和外圈52，内套51成圆环状，其圆周内壁用于固定安装上述的透镜A21或者透镜B22；同时该内套51在支架1上沿着光路传播方向滑动，具体是在支架1上设置有平行于光路传播方向的滑槽，而在内套51上设置有与该滑槽相适配的导向柱510，导向柱510嵌合在滑槽内滑动；上述的外圈52，其可转动的连接在支架1上，且其圆周内壁与内套51的外周外壁通过螺纹连接，即外圈52的圆周内壁上设置有螺纹或者螺旋槽53，因此外圈52在支架1上转动后，可以带动内套51沿着滑槽在支架1上滑动，从而改变透镜B22与透镜A21之间的距离；另外，可以在外圈52旋拧一个锁紧螺钉，距离调节完成后，通过锁紧螺钉将内套51锁紧即可。当然，在另一个实施例中，还可以为透镜A21以及矩形光斑整形镜3均配置一个镜套5，使透镜A21与透镜B22之间的距离以及透镜B22与矩形整形镜3之间的距离均可以灵活调节。

实施例三

如图5所示，本实用新型还提供一种矩形光斑激光器，包括光源6以及上述任一实施例公开的矩形光斑整形器。

其中，该光源6安装在矩形光斑整形器的支架1上，具体的，光源6包括LD61和LD驱动电路62，其中LD61为欧司朗的半导体激光二极管，采用恒流源驱动，LD61后安装焦距f＝5.6mm的非球面准直透镜，出射光束5mm直径，到达矩形整形镜3后，按16°×10°发散角出射矩形光斑，光斑直径5.6mm，然后在接直径20mm的准直透镜，可以实现均匀的矩形平行光束出射。

其中，LD61可以设置多个，多个LD61通过二向镜合为一束，从而提高光照强度和光通量。

实施例四

如图6所示，本实用新型还提供一种合束矩形光斑激光器，包括通过合束镜合为一束的多个激光路径，其中每个激光路径均包括依次设置的光源6以及上述任一实施例中的矩形光斑整形器。

本实施例优选激光路径有三路，且每个光源6均包括一个LD61和LD驱动电路62，三路激光路径中的LD61发光的波长分别为450nm、520nm、638nm，即分别发出蓝光、绿光和红光。

三路激光路径各自发出一个矩形光斑，三个矩形光斑通过合束镜7合为一束白光，而本实施例中，合束镜7为三个二向镜组成的二向镜组，且每路激光路径发出的单色光均配置有一个二向镜，从而将三路激光路径合为一束。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种矩形光斑整形器，其特征在于：包括支架和按照光路传播方向依次设置在所述支架上的前透镜组、矩形光斑整形镜以及后透镜组；所述矩形光斑整形镜的入射端面和出射端面均为双曲柱面，所述入射端面脊线和所述出射端面的脊线互相垂直。

2.根据权利要求1所述的矩形光斑整形器，其特征在于：所述前透镜组包括透镜A和/或透镜B，所述透镜A为球面透镜或非球面透镜，所述透镜B为球面透镜或非球面透镜。

3.根据权利要求2所述的矩形光斑整形器，其特征在于：所述透镜A和所述透镜B均固定在镜套上，所述镜套沿所述光路传播方向可调节的安装在所述支架上或者本身为支架的构成，透镜A和/或透镜B可以通过镜套相对支架做前后移动。

4.根据权利要求3所述的矩形光斑整形器，其特征在于：所述镜套包括外圈、内套和导向柱，所述外圈可转动连接在所述支架上，支架对应位置设置有滑槽，外圈内壁有旋转螺纹槽，所述内套通过导向柱嵌入到所述外圈的螺纹槽，所述内套的内壁用于固定所述透镜A或者所述透镜B，所述导向柱沿所述光路传播方向穿过所述支架的滑槽。

5.根据权利要求1所述的矩形光斑整形器，其特征在于：所述后透镜组为准直透镜。

6.一种矩形光斑激光器，其特征在于：包括光源以及如权利要求1-5任一项所述的矩形光斑整形器。

7.根据权利要求6所述的矩形光斑激光器，其特征在于：所述光源安装在所述支架上，所述光源包括LD和LD驱动电路。

8.根据权利要求7所述的矩形光斑激光器，其特征在于：所述光源包括多个所述LD，所述多个LD发出的光束通过二向镜合为一束。

9.一种合束矩形光斑激光器，其特征在于：包括通过合束镜合为一束的多个激光路径，每个所述激光路径均包括依次设置的光源以及如权利要求1-5任一项所述的矩形光斑整形器。