CN218275508U - 一种一字线光学模组和光学设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种一字线光学模组和光学设备。一字线光学模组包括基板；激光器，激光器固定于基板上；第一光学单元和第二光学单元，第一光学单元和第二光学单元依次位于激光器的激光出射光路上；第一光学单元包括第一表面，第二光学单元包括第二表面；激光器发出的激光经第一表面后至少在第一方向上汇聚，并经第二表面后在第二方向发散；第一方向与第二方向垂直。本实用新型实施例提供的技术方案，能够使得一字线型光汇聚在距离激光器较近的位置，由此得到较短工作距离下具有较细线宽的一字线型光束，提高一字线光学模组的工作精度，扩展了一字线光学模组的应用范围。

Description

一种一字线光学模组和光学设备

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种一字线光学模组和光学设备。

背景技术

一字线型激光器是指输出的激光光斑为一字型光斑的激光器。一字线型激光器是一种方便实用的定位工具，广泛应用于机器视觉、工业检测、自动驾驶等领域。随着应用场景愈发复杂，对一字线型激光器输出的线型光的要求也越来越高。现有技术中的一字线型激光器只能在较远距离处输出线宽比较细的一字线型光，无法满足一些需要近距离产生一字线型光的设备的应用需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种一字线光学模组和光学设备，以在近距离处产生较细线宽的一字线型光，提高一字线光学模组的应用范围。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种一字线光学模组，包括：

一种一字线光学模组，其特征在于，包括：

基板；

激光器，所述激光器固定于所述基板上；

第一光学单元和第二光学单元，所述第一光学单元和所述第二光学单元依次位于所述激光器的激光出射光路上；所述第一光学单元包括第一表面，所述第二光学单元包括第二表面；

所述激光器发出的激光光束经所述第一表面后至少在第一方向上汇聚，并经第二表面后在第二方向发散；所述第一方向与所述第二方向垂直。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种光学设备，包括本实用新型第一方面所述的一字线光学模组。

本实用新型实施例提供的一字线光学模组，包括基板；激光器，激光器固定于基板上；第一光学单元和第二光学单元，第一光学单元和第二光学单元依次位于激光器的激光出射光路上；第一光学单元包括第一表面，第二光学单元包括第二表面；激光器发出的激光经第一表面后至少在第一方向上汇聚，并经第二表面后在第二方向发散；第一方向与第二方向垂直。通过上述方案，能够使得一字线型光汇聚在距离激光器较近的位置，由此得到较短工作距离下具有较细线宽的一字线型光束，提高一字线光学模组的工作精度，扩展了一字线光学模组的应用范围。

附图说明

图1为现有技术中的一字线光学模组的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种一字线光学模组的结构示意图；

图3为图2所示一字线光学模组的侧视图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种一字线光学模组的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种第一光学透镜的结构示意图；

图6为图5所示第一光学透镜的侧视图；

图7为图5所述第一光学透镜的俯视图；

图8为本实用新型实施例提供的又一种一字线光学模组的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的一种一字线型光的光斑图；

图10为图9所示一字线型光的辐射照度图；

图11为本实用新型实施例提供的另一种一字线型光的光斑图；

图12为图11所示一字线型光的辐射照度图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为现有技术中的一字线光学模组的结构示意图，如图1所示，现有技术中的一字线光学模组中，为了得到一字线型激光，会在激光出射光路上设置至少两个透镜元件。第一个透镜元件为准直透镜3’，第二个透镜元件为发散透镜4’。光源2’发出的激光光束在准直透镜3’处被整形为平行光，然后进入发散透镜4’被发散为一字线型激光。发明人研究发现，此种设置方式下，得到的一字线型激光在距离光源2’较远的位置处才能得到相对较细的线宽，例如在30cm左右的位置才能形成2mm左右的一字线型激光。此种一字线光学模组仅适用于工业检测等远距离应用场景的光学设备，无法用于一些有近距离一字线型激光需求的光学设备，例如激光打印机的扫描线等。

基于以上现有技术的缺陷，发明人提出了本申请中的技术方案。具体地，本实用新型实施例提供了一种一字线光学模组，包括：

一种一字线光学模组，其特征在于，包括：

基板；

激光器，所述激光器固定于所述基板上；

第一光学单元和第二光学单元，所述第一光学单元和所述第二光学单元依次位于所述激光器的激光出射光路上；所述第一光学单元包括第一表面，所述第二光学单元包括第二表面；

所述激光器发出的激光光束经所述第一表面后至少在第一方向上汇聚，并经第二表面后在第二方向发散，以形成一字线型光；所述第一方向与所述第二方向垂直。

通过上述设置方式，能够使得一字线型光汇聚在距离激光器较近的位置，由此得到较短工作距离下具有较细线宽的一字线型光束，提高一字线光学模组的工作精度，扩展了一字线光学模组的应用范围。

以上是本实用新型的核心思想，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图2为本实用新型实施例提供的一种一字线光学模组的结构示意图，图3为图2所示一字线光学模组的侧视图，如图2和图3所示，该一字线光学模组包括：基板1；

激光器2，激光器2固定于基板1上；

第一光学单元3和第二光学单元4，第一光学单元3和第二光学单元4依次位于激光器2的激光出射光路上；第一光学单元3包括第一表面5，第二光学单元4包括第二表面6；

激光器2发出的激光光束经第一表面5后至少在第一方向Y上汇聚，并经第二表面6后在第二方向X发散，以形成一字线型光；第一方向Y与第二方向X垂直。

具体地，参考图2，本实用新型实施例提供的一字线光学模组包括基板1和设置在基板1上的激光器2，激光器2固定在基板1上，激光器2用于出射激光，基板1具有导电和导热作用。激光器2与基板1的固定方式不限，本领域技术人员可根据实际需求选择，例如可通过胶水固定，但不限于此。

该一字线光学模组还包括第一光学单元3和第二光学单元4，第一光学单元3和第二光学单元4依次设置在激光器2的激光出射光路上，也即第一光学单元3和第二光学单元4均设置在激光器2的光轴7上，并且第一光学单元3靠近激光器2。激光器2发出的激光光束首先经过第一光学单元3，然后进入第二光学单元4并输出。其中，第一光学单元3包括第一表面5，第二光学单元4包括第二表面6。

与现有技术不同的是，本实用新型实施例中，将第一光学单元3的第一表面5设置为汇聚面，第二光学单元4的第二表面6设置为发散面。激光器2发出的激光光束首先经过第一光学单元3，并在经第一光学单元3的第一表面5后至少在第一方向Y上汇聚，以获得一字线型光。可以理解的是，激光器2出射的激光光束一般为发散光束，本实施例中，至少在第一方向Y汇聚是指，激光光束由发散光束经第一表面5整形后变为汇聚光束，也即，激光光束经第一表面5后，沿激光出射路径是逐渐汇聚的，汇聚的方向至少是第一方向Y，第一方向Y即为最终得到的一字线型光聚焦的方向，也可以理解为一字线型光的线宽方向。图2和图3中从激光器2发出并向第一表面5和第二表面6处延伸的实线即代表激光光束。

进一步地，汇聚光束进入第二光学单元4，并在经第二光学单元4的第二表面6后在第二方向X发散，第二方向X即为最终得到的一字线型光延伸的方向，也可以理解为一字线型光的长度方向。根据一字线型光的结构特征可知，第一方向Y与第二方向X相互垂直，并均与激光出射路径垂直，也即与光轴7垂直，可定义光轴7延伸的方向为第三方向Z。

其中，对于第一表面5与第二表面6之间的距离，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际情况进行设置。但可以理解的是，为了保证激光光束能够经过第一表面5和第二表面6，第二表面6与第一表面5之间的距离应小于第一表面5的焦距的大小。

图2和图3中示例性的示出了第一光学单元3的第一表面5靠近激光器2，第二光学单元4的第二表面远离第一光学单元3，也即第一表面5为第一光学单元3的下表面，第二表面6为第二光学单元4的上表面，实际设置方式不限于此。当然，本实用新型实施例也不限定第一光学单元3中与第一表面5相对的上表面为平面，第二光学单元4中与第二表面6相对的下表面为平面，在实际应用过程中，本领域技术人员可根据实际需求设置上述两个表面的形状，只需保证激光光束在经第一光学单元3为至少在第一方向Y汇聚、在经第二光学单元4为在第二方向X发散的状态即可。

可定义激光光束经第一表面5后聚焦焦点的位置与激光器2之间的距离为一字线光学模组的工作距离，一字线光学模组的工作距离即为沿光轴7方向，最终形成的一字线型光与激光器2的距离D。由于第一表面5的汇聚作用，激光器2发出的光束能够在距离激光器2较近的位置处聚焦，由此，一字线光学模组的工作距离较短，并且一字线型光的线宽较细。同时，由于第二表面6能够发散第二方向X的光束，在第二方向X即一字线型光的长度方向，激光光束被拉长，因此能够得到较短工作距离下具有较细线宽的一字线型光束。

另外，由于一字线光学模组的应用场景不同，所需的一字线光学模组的工作距离也不相同。本实用新型实施例中，可通过调节第一光学单元3的第一表面5的设置方式，例如第一表面5的曲率等参数，对第一表面5的焦距进行调节，进而调整一字线型光的聚焦距离，实现对一字线光学模组工作距离的自由调节，使一字线光学模组的能够满足不同应用场景。

其中，对于第一光学单元的第一表面和第二光学单元的第二表面的具体设置方式，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际情况进行设置。任意通过第一表面和第二表面实现激光光束在第一方向汇聚并在第二方向发散的方法均在本实用新型实施例保护的技术方案范围内。例如可设置第一光学单元为凸透镜、第二光学单元设置为凹透镜或鲍威尔棱镜等，但不限于此。

本实用新型实施例提供的一字线光学模组，包括基板；激光器，激光器固定于基板上；第一光学单元和第二光学单元，第一光学单元和第二光学单元依次位于激光器的激光出射光路上；第一光学单元包括第一表面，第二光学单元包括第二表面；激光器发出的激光经第一表面后至少在第一方向上汇聚，并经第二表面后在第二方向发散；第一方向与第二方向垂直。通过上述方案，能够使得一字线型光汇聚在距离激光器较近的位置，由此得到较短工作距离下具有较细线宽的一字线型光束，提高一字线光学模组的工作精度，扩展了一字线光学模组的应用范围。

可选的，图4为本实用新型实施例提供的另一种一字线光学模组的结构示意图，如图4所示，在一可能的实施例中，一字线光学模组还可包括第一光学透镜8，第一光学透镜8复用为第一光学单元3和第二光学单元4；第一光学透镜8靠近激光器2的一侧表面为第一表面5，第一光学透镜8远离激光器2的一侧表面为第二表面6。

参考图4，本实施例中，一字线光学模组包括第一光学透镜8，第一光学透镜8复用为第一光学单元3和第二光学单元4，也即，第一光学单元3和第二光学单元4可集成与一个光学透镜中。此时，第一表面5即为第一光学透镜8靠近激光器2的一侧表面；第二表面6为与第一表面5相对并远离激光器2的一侧表面。

通过将第一光学单元3和第二光学单元4集成于第一光学透镜8，仅设置一个第一光学透镜8即可得到近距离处的细线宽一字线型光束，能够提高一字线光学模组的集成度、减小一字线光学模组的体积，有利于一字线光学模组的小型化应用。

可选的，图5为本实用新型实施例提供的一种第一光学透镜的结构示意图，图6为图5所示第一光学透镜的侧视图，图7为图5所述第一光学透镜的俯视图。可结合参考图4～图7，在一可能的实施例中，第一光学透镜8可呈柱状，第一表面5和第二表面6为第一光学透镜8的两个底面；其中，第一表面5为凸面，第二表面6为凹面。

如图4～图7所示，本实施例中，可将第一光学透镜8整体设置为柱状结构，例如可为圆柱状或方柱状等。图5～图7中示例性的仅示例性的示出第一光学透镜8为圆柱状，实际设置方式不限于此。柱状第一光学透镜8的延伸方向即为激光光束的出射方向，也即第三方向Z，第一表面5和第二表面6即为柱状结构的两个底面。

其中，为了实现激光光束经第一表面5后汇聚，可设置第一表面5为凸面，凸面能够对起到汇聚光线的作用。相应的，为了实现激光光束经第二表面6后发散，可设置第二表面6为凹面，凹面能够起到发散光线的作用。

其中，对于第一表面5和第二表面6的具体结构，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。例如第一表面5即可以为凸柱面、凸球面或凸非球面等，第二表面6可以为凹柱面。若第一表面5为凸柱面，则应设置凸柱面的任意区域平行于第二方向X，以使激光光束至少在第一方向Y上汇聚；若第一表面5为凸球面或凸非球面，则第一表面5在任意方向均可汇聚激光光束。图4～图7中示出的第一表面5为凸球面，实际设置方式不限于此。

示例性的，可仍参考图4～图6，在一可能的实施例中，第二表面6的任意区域与沿第一方向Y延伸的轴平行。

可选的，如图6所示，第二表面6可以设置为凹柱面，并且第二表面6上的任意区域与沿第一方向Y延伸的轴平行，也即，第二表面6任意区域与第一方向Y平行。如此，第二表面6对第一方向Y的激光光束不会产生影响，仅会使在第二方向X的激光光束发散，进而获得在第二方向X延伸的一字线型光束。

可以理解的是，由于第二表面6为凹柱面，第二表面6在第二方向X和第三方向Z组成的平面上的投影应该为中间凹的曲线，如图5中所示；而在第一方向Y和第三方向Z组成的平面上的投影应该为直线，如图6中所示。

可选的，在一具体实施例中，第一表面可以为偶次非球面，面型参数可参考如下设置：圆锥系数-1.5～-2，曲率半径2.5～3.5mm；第二表面为凹柱面，可以是偶次非球面或自由曲面沿第一方向Y的拉伸，若为偶次非球面，面型参数可参考如下设置：圆锥系数-1.4～-1.5，曲率半径0.5～1mm。经过实际测试，第一表面和第二表面按上述参数设置时获得的一字线型光束效果较好。

可选的，在一可能的实施例中，可设置沿激光器2的光轴7方向，一字线型光与激光器5的距离D小于或等于30mm。

具体地，可通过调节第一表面5的焦距、激光器5和第一表面5的距离等具体设计参数，对一字线光学模组的工作距离进行设置，也即对一字线型光与激光器5之间的距离D进行设置。本实施例中，可设置沿光轴7方向，一字线光学模组形成的一字线型光与激光器2的距离D小于或等30mm，使得一字线光学模组能够在有近距离下一字线型光需求的光学设备中应用。

可选的，可设置一字线型光的线宽小于或等于0.5mm。具体地，由于第一表面具有汇聚光线的作用，当激光光束经第一表面的汇聚和第二表面的发散后，得到的一字线型光在近距离处的聚焦效果较好，在一具体实施例中，在距离激光器30mm处得到的一字线型光的线宽小于或等于0.5mm。

当然，上述激光器与一字线型光和距离以及一字线型光的线宽仅为示例，在实际应用过程中，本领域技术人员可根据实际需求对上述参数进行调节。

可选的，图8为本实用新型实施例提供的又一种一字线光学模组的结构示意图。可参考图8，在一可能的实施例中，一字线光学模组还可包括第二光学透镜9；第二光学透镜9设置在第二光学单元4远离激光器2的一侧；第二光学透镜9用于在第二方向X发散经过第二光学单元4的激光光束。

具体地，本实用新型实施例中，还可在第二光学单元4远离激光器2的一侧设置第二光学透镜9，第二光学透镜9为发散透镜，由第二光学单元4的第二表面6射出的激光光束经过第二光学透镜9，得到进一步发散。通过设置第二光学透镜9，能够得到大角度发散的一字线型光，也即增大一字线型光的视场角，以使一字线光学模组应用于有大角度一字线型光需求的光学设备。

其中，对于第二光学透镜9的具体设置方式，本实用新型实施例不做限制，本领域技术人员可根据实际需求进行设置，例如可设置为凹透镜或鲍威尔透镜等。

示例性的，可仍参考图8，在一可能的实施例中，第二光学透镜9可为波浪结构透镜，波浪结构透镜的波浪面10靠近第二光学单元4。

具体地，参考图8，本实用新型实施例中，可设置第二光学透镜9为波浪结构透镜，波浪结构透镜包括相对设置的波浪面10和平面，沿激光光束的出射路径，波浪面10靠近第二表面6。其中，波浪面10的任意区域与第一方向Y平行，由第二表面6出射的激光光束射入波浪结构透镜的波浪面10，波浪面10能够进一步发散第二方向X上的激光光束，经波浪面10在第二方向X进一步发散的激光光束由波浪结构透镜的平面出射，进而形成大角度发散的一字线型光。

可选的，可仍参考图8，波浪结构透镜可由多个沿第二方向X并列排布的柱形凸透镜形成。如图8所示，激光光束在经过波浪结构的第二光学透镜9后，在第二方向X的角度进一步增大。在实际应用过程中，本领域技术人员可根据实际一字线型光发散角度需求对第二光学透镜9的设计参数进行调节。

其中，第一光学透镜8和第二光学透镜9可由聚碳酸酯材料制成，聚碳酸酯材料具有重量轻、抗冲击强度高、硬度高、折射指数高、机械性能良好、热塑性好和电绝缘性能良好等优点，利用聚碳酸酯材料制备光学透镜，能够提高光学透镜的使用寿命，进而提升一字线光学模组的使用寿命。

可选的，本实用新型实施例不限定激光器的类型，示例性的，激光器可包括边发射激光器或面发射激光器。边发射激光器的激光沿平行于激光器衬底表面方向发出，面发射激光器的激光垂直于激光器的衬底表面出射。本领域技术人员可根据实际需求设置激光器的类型。

可选的，上述第一光学透镜和第二光学透镜均可通过胶水与基板固定，在固定过程中，胶水以密封形式点胶，以防止水汽等进入一字线光学模组内，提升一字线光学模组的可靠性。

另外，本实用新型实施例不限定整个一字线光学模组的封装方式，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的封装方式。例如可通过晶体管外形(Transistor Out-line，TO)封装工艺或表面组装技术(Surface Mounting Technology，SMT)进行封装，但不限于此。在封装过程中，需要一次寻焦对准，避免损坏一字线光学模组的内部元件。

可选的，在一实施例中，可设置激光器为单孔激光器，并设置第一光学透镜对激光器发出的激光光束进行整形，具体可如图4所示设置一字线光学模组。图9为本实用新型实施例提供的一种一字线型光的光斑图，图10为图9所示一字线型光的辐射照度图，图9和图10中所示的一字线型光即由图4所示一字线光学模组输出。结合图4、图9和图10可知，此种设置方式下，通过第一光学透镜能够在距激光器28.5mm处得到线宽为0.1mm的一字线型光，一字线型光的长度在24mm左右，一字线型光的发散角度即视场角α为45°，并且一字线型光内部辐射照度基本均匀，也即一字线型光的强度分布基本均匀。

可选的，在另一实施例中，可设置激光器为单孔激光器，并同时设置第一光学透镜和第二光学透镜对激光器发出的激光光束进行整形。具体可如图8所示设置一字线光学模组。图11为本实用新型实施例提供的另一种一字线型光的光斑图，图12为图11所示一字线型光的辐射照度图，图11和图12中所示的一字线型光即由图8所示一字线光学模组输出。结合图8、图11和图12可知，此种设置方式下，通过第一光学透镜和第二光学透镜能够在距激光器28.5mm处得到线宽为0.2mm的一字线型光，一字线型光的长度在90mm左右，一字线型光的发散角度即视场角α为130°，并且一字线型光内部辐射照度基本均匀，也即一字线型光的强度分布基本均匀。

基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种光学设备，包括本实用新型任意实施例提供的一字线光学模组。本实用新型实施例提供的光学设备包括本实用新型任意实施例提供的一字线光学模组的全部技术特征及相应有益效果，此处不再赘述。

可选的，该光学设备可以是需要在近距离产生一字线型光的光学设备，例如激光打印机等，但不限于此。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种一字线光学模组，其特征在于，包括：

基板；

激光器，所述激光器固定于所述基板上；

第一光学单元和第二光学单元，所述第一光学单元和所述第二光学单元依次位于所述激光器的激光出射光路上；所述第一光学单元包括第一表面，所述第二光学单元包括第二表面；

所述激光器发出的激光光束经所述第一表面后至少在第一方向上汇聚，并经第二表面后在第二方向发散，以形成一字线型光；所述第一方向与所述第二方向垂直。

2.根据权利要求1所述的一字线光学模组，其特征在于，还包括第一光学透镜，所述第一光学透镜复用为所述第一光学单元和所述第二光学单元；所述第一光学透镜靠近所述激光器的一侧表面为所述第一表面，所述第一光学透镜远离所述激光器的一侧表面为所述第二表面。

3.根据权利要求2所述的一字线光学模组，其特征在于，所述第一光学透镜呈柱状，所述第一表面和所述第二表面为所述第一光学透镜的两个底面；

其中，所述第一表面为凸面，所述第二表面为凹面。

4.根据权利要求3所述的一字线光学模组，其特征在于，所述第二表面的任意区域与沿第一方向延伸的轴平行。

5.根据权利要求1所述的一字线光学模组，其特征在于，沿所述激光器的光轴方向，所述一字线型光与所述激光器的距离小于或等于30mm。

6.根据权利要求1所述的一字线光学模组，其特征在于，所述一字线型光的线宽小于或等于0.5mm。

7.根据权利要求1所述的一字线光学模组，其特征在于，还包括第二光学透镜；所述第二光学透镜设置在所述第二光学单元远离所述激光器的一侧；所述第二光学透镜用于在所述第二方向发散经过所述第二光学单元的激光光束。

8.根据权利要求7所述的一字线光学模组，其特征在于，所述第二光学透镜为波浪结构透镜，所述波浪结构透镜的波浪面靠近所述第二光学单元。

9.根据权利要求1所述一字线光学模组，其特征在于，所述激光器包括边发射激光器或面发射激光器。

10.一种光学设备，包括上述权利要求1～9任一项所述的一字线光学模组。

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