CN215219331U - 环形光斑激光器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种环形光斑激光器，包括激光光源、准直元件、整形透镜以及锥形透镜；准直元件位于激光光源的出光侧，用于对激光光源发射的激光光束进行准直形成椭圆光束；整形透镜位于准直元件远离激光光源的一侧，用于对椭圆光束进行折射以形成圆形光束，使得光束的快慢轴的宽度一致进而形成比较均匀的圆形光束；圆形光束自锥形透镜的锥形面入射并经锥形透镜的平面出射，以扩散形成环形光斑，进而在较近距离上得到较大的环形光斑；光线以一定角度由空气进入光学材料，材料的折射效应会展宽光束，由线性光学系统的特性，较宽的光束具有低的发散度，进而使得出射光束的的景深较大，使得最终在较大工作范围内成像线宽变化率较小。

Description

环形光斑激光器

技术领域

本公开涉及光学技术领域，尤其涉及一种环形光斑激光器。

背景技术

光学成像模组通常包括激光光源以及透镜等，透镜用于对激光光源发射的光进行折射等以形成光斑图像。

然而，目前的光学成像模组所成的光斑图像的宽度不一，导致图像均匀性较差，且光斑图像的尺寸较小进而使得成像不够清晰。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种环形光斑激光器。

一方面，本公开提供了一种环形光斑激光器组，包括激光光源、准直元件、整形透镜以及锥形透镜；

所述准直元件位于所述激光光源的出光侧，用于对所述激光光源发射的激光光束进行准直形成椭圆光束；

所述整形透镜位于所述准直元件远离所述激光光源的一侧，用于对所述椭圆光束进行折射以形成圆形光束；

所述锥形透镜位于所述整形透镜远离所述准直元件的一侧，所述锥形透镜具有锥形面和连接在所述锥形面一侧的平面，所述锥形透镜的锥形面朝向所述整形透镜，所述锥形透镜的平面背离所述整形透镜，以使所述圆形光束自所述锥形面入射并经所述平面出射，使所述圆形光束扩散形成环形光斑。

根据本公开的一种实施例，所述锥形透镜的中轴线与所述圆形光束的轴心重合。

根据本公开的一种实施例，所述整形透镜包括呈三角形的第一整形透镜，所述第一整形透镜具有第一平面和与所述第一平面相连的第一斜面，所述第一平面朝向所述准直元件的出光面，所述第一斜面朝向所述锥形透镜的入光面，以调整所述椭圆光束的宽度，以形成所述圆形光束。

根据本公开的一种实施例，所述整形透镜还包括呈三角形的第二整形透镜，所述第二整形透镜位于所述第一整形透镜远离所述准直元件的一侧；所述第二整形透镜具有第二平面和与所述第二平面相连的第二斜面，所述第二平面朝向所述第一整形透镜的出光面，所述第一斜面朝向所述锥形透镜的入光面，以调整所述圆形光束的光路方向。

根据本公开的一种实施例，所述第一整形透镜为快轴压缩透镜。

根据本公开的一种实施例，所述准直元件为准直透镜。

根据本公开的一种实施例，所述激光光源为半导体激光二极管。

另一方面，本公开实施例提供一种激光器，包括上述的光学成像模组。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供了一种环形光斑激光器，包括激光光源、准直元件、整形透镜以及锥形透镜；准直元件位于激光光源的出光侧，用于对激光光源发射的激光光束进行准直形成椭圆光束；整形透镜位于准直元件远离激光光源的一侧，用于对椭圆光束进行折射以形成圆形光束，使得光束的快慢轴的宽度一致进而形成比较均匀的圆形光束；锥形透镜位于整形透镜远离准直元件的一侧，锥形透镜的锥形面朝向整形透镜，锥形透镜的平面背离整形透镜，圆形光束自锥形面入射并经平面出射，以扩散形成环形光斑，从而形成均匀且对称的发散张角较大的环形光斑，进而在较近距离上得到较大的环形光斑；光线以一定角度由空气进入光学材料，材料的折射效应会展宽光束，由线性光学系统的特性，较宽的光束具有低的发散度，进而使得出射光束的的景深较大，使得最终在较大工作范围内成像线宽变化率较小。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述环形光斑激光器的光束的快轴的光路图；

图2为本公开实施例所述环形光斑激光器的光束的慢轴的光路图；

图3为本公开实施例所述环形光斑激光器的光束经锥形透镜的光路图。

其中，1、激光光源；2、准直元件；21、平面透镜；22、曲面透镜；3、整形透镜；31、第一整形透镜；311、第一平面；312、第二平面；32、第二整形透镜；321、第二平面；322、第二斜面；4、锥形透镜；41、锥形体；42、矩形体。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1、图2所示，本公开提供了一种环形光斑激光器，包括激光光源1、准直元件2、整形透镜3以及锥形透镜4；准直元件2位于激光光源1的出光侧，用于对激光光源1发射的激光光束进行准直形成椭圆光束p1；整形透镜3位于准直元件2远离激光光源1的一侧，用于对椭圆光束p1进行折射以形成圆形光束p2，使得光束的快慢轴的宽度一致进而形成比较均匀的圆形光束p2；锥形透镜4位于整形透镜3远离准直元件的2一侧，锥形透镜4的锥形面朝向整形透镜3，锥形透镜4的平面背离整形透镜3，圆形光束p2自锥形面入射并经平面出射，以扩散形成环形光斑p3，从而形成均匀且对称的较大的环形光斑p3，使得光斑的尺寸较大，进而使得光学成像模组的景深较小，使得最终成像较为清晰。

如图1、图2所示，根据本公开的一种实施例，激光光源1为半导体激光二极管，将泵浦电流转化为单色性极高的激光束，其光束的快慢轴的发散度为30°×8°。对于快慢轴的解释为：在晶体里有一个或两个特定方向，当普通光顺着这个方向传播时不会产生双折射，这个方向成为光轴。在晶体的界面上，与光轴平行的方向称为快轴，与光轴垂直的方向称为慢轴。具体的光束的光轴参照图1和图2所示的虚线所示。

具体的，如图1、图2所示，准直元件2用于对激光光源1发射的激光光束进行准直，经过准直后的激光光束的发散度较小，使得激光光束可以形成平行光束，且由于激光光源1发射的激光光束的激光光源1发射的激光光束存在一定发散角，使得经过准直元件2后折射成如图1所示的椭圆光束p1。具体的准直元件2可以为准直透镜。

如图1、图2所示，整形透镜3位于准直元件2远离激光光源1的一侧，即如图1所示的图纸方向，整形透镜3位于准直元件2的右侧，激光光源1位于准直元件2的左侧，用于对椭圆光束p1进行折射以形成圆形光束p2，由于整形透镜3可以与椭圆光束p1进行快轴压缩，从而保证椭圆光束p1的快慢轴的宽度近似一致进而形成圆形光束p2。因此，通过设置整形透镜3，可以使得经锥形透镜4折射后扩散形成的环形光斑p3的比较均匀，即高度对称，避免形成宽窄不一的环形光斑p3。

本实施例中，锥形透镜4位于整形透镜3远离准直元件2的一侧，即参照图1所示的图纸方向，锥形透镜4位于整形透镜3的右侧。锥形透镜4的锥形面朝向整形透镜3，锥形透镜4的平面背离整形透镜3，圆形光束p2自锥形面入射并经平面出射，会扩散形成宽度较大的环形光斑p3，使得激光光束由光疏介质进入光密介质，不会发生全反射效应，且设置锥形透镜4的锥度在一定范围内，可以使得光束折射角度大于90°进而实现光束扩散形成较大的环形光斑p3，且通过锥形面入射的展宽效应，圆形光束p2自锥形面入射并经平面出射，会扩散形成宽度较大的环形光斑p3，即如图3所示的，光束自锥形透镜4入射时的宽度为D1，自锥形透镜4折射后的光束的宽度增大为D2，使得环形光斑的宽度增大。

如图1所示，根据本公开的一种实施例，锥形透镜4的中轴线与圆形光束p2的轴心重合，保证出射的环形光斑p3的线宽均匀，保证了光斑宽窄的均匀性，提高成像质量。

如图1、图2所示，锥形透镜4包括锥形体41以及位于锥形体41远离整形透镜3一侧的矩形体42，锥形体41与矩形体42一体成型，以节省加工工艺。激光光束自锥形体41入射并自矩形体42出射，使得光束折射角度大于90°进而实现光束扩散形成较大的环形光斑p3，且通过锥形体41入射的展宽效应，圆形光束p2自锥形体41入射并经矩形体42出射，会扩散形成宽度较大的环形光斑p3。且当锥形体41的锥度为特定角度时，经锥形透镜4入射的光束的宽度可以等于经锥形体41折射后的光束的宽度。

另外，需要解释说明的是，整形透镜3仅对光束的快轴方向的宽度进行改变，而慢轴的宽度不变，且锥形透镜4设置特定的锥度可以使得快轴宽度与慢轴宽度一致，具体根据波长以及锥形透镜4的材料的折射率而定，本实施例对此不做限定。

如图1所示，整形透镜3包括呈三角形的第一整形透镜31，第一整形透镜具有第一平面311和与第一平面311相连的第一斜面312，第一平面311朝向准直元件2，第一斜面312朝向锥形透镜3，椭圆光束p1自第一平面311入射并经第一斜面312出射，以调整椭圆光束p1的宽度，即通过设置第一平面311朝向准直元件2，第一斜面312朝向锥形透镜3可以对光束的快轴的宽度进行压缩，使得近似等于慢轴的宽度，进而使得光束的宽度均匀，形成圆形光束p2。

如图1所示，整形透镜3还包括呈三角形的第二整形透镜32，第二整形透镜32位于第一整形透镜31远离准直元件2的一侧；第二整形透镜32具有第二平面321和与第二平面321相连的第二斜面322，第二平面321朝向第一整形透镜31，第一斜面322朝向锥形透镜4，经第一整形透镜31调整后的圆形光束p2自第二平面321入射并经第二斜面322出射，以调整圆形光束p2的光路方向，使得圆形光束p2的光轴平行于准直元件2准直后的光束的光轴。

具体的，第一整形透镜31为快轴压缩透镜，具体的材料和型号根据实际需要选用。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种环形光斑激光器，其特征在于，包括激光光源(1)、准直元件(2)、整形透镜(3)以及锥形透镜(4)；

所述准直元件(2)位于所述激光光源(1)的出光侧，用于对所述激光光源(1)发射的激光光束进行准直形成椭圆光束；

所述整形透镜(3)位于所述准直元件(2)远离所述激光光源(1)的一侧，用于对所述椭圆光束进行折射以形成圆形光束；

所述锥形透镜(4)位于所述整形透镜(3)远离所述准直元件(2)的一侧，所述锥形透镜(4)具有锥形面和连接在所述锥形面一侧的平面，所述锥形面朝向所述整形透镜(3)，所述平面背离所述整形透镜(3)，以使所述圆形光束自所述锥形面入射并经所述平面出射，使所述圆形光束扩散形成环形光斑。

2.根据权利要求1所述的环形光斑激光器，其特征在于，所述锥形透镜(4)的中轴线与所述圆形光束的轴心重合。

3.根据权利要求1所述的环形光斑激光器，其特征在于，所述整形透镜(3)包括呈三角形的第一整形透镜(31)，所述第一整形透镜(31)具有第一平面(311)和与所述第一平面(311)相连的第一斜面(312)，所述第一平面(311)朝向所述准直元件(2)的出光面，所述第一斜面(312)朝向所述锥形透镜(4)的入光面，以调整所述椭圆光束的宽度，以形成所述圆形光束。

4.根据权利要求3所述的环形光斑激光器，其特征在于，所述整形透镜(3)还包括呈三角形的第二整形透镜(32)，所述第二整形透镜(32)位于所述第一整形透镜(31)远离所述准直元件(2)的一侧；所述第二整形透镜(32)具有第二平面(321)和与所述第二平面(321)相连的第二斜面(322)，所述第二平面(321)朝向所述第一整形透镜(31)的出光面，所述第一斜面(312)朝向所述锥形透镜(4)的入光面，以调整所述圆形光束的光路方向。

5.根据权利要求3所述的环形光斑激光器，其特征在于，所述第一整形透镜(31)为快轴压缩透镜。

6.根据权利要求1至5任一项所述的环形光斑激光器，其特征在于，所述激光光源(1)为半导体激光二极管。

7.根据权利要求1至5任一项所述的环形光斑激光器，其特征在于，所述准直元件(2)为准直透镜。

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