CN219625822U - 一种光学整形结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光学整形结构，涉及光学技术领域，包括连接件、镜头座以及分别连接至镜头座相对两端的光源输入模块和末端镜座，在镜头座内沿光路依次设置有扩束镜和准直镜，在末端镜座内设置有位于准直镜出光侧的聚焦镜组，光源输入模块的出射光束经扩束镜、准直镜和聚焦模组后能够形成符合预期的光斑，在此基础上，通过连接件在解锁状态和锁定状态之间切换，来更换不同的光源输入模块与镜头座进行配合，从而实现模块化设计，并利用模块化结构能够灵活配置组合，以便于光学整形结构能够满足不同场景的使用需求。

Description

一种光学整形结构

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光学整形结构。

背景技术

在激光扫描、焊接、抛光、切割、打标、表面整形、激光熔覆加工等激光加工和再造领域，利用高功率的激光光束输出，并通过准直、汇聚等光学处理后能够对待处理对象的表面进行对应的加工处理。

目前激光器直接输出的激光束在实际使用中效果均不理想，因此，需要进行光束整形，然而，现有光学整形结构通常采用一体化结构，因此，其只能满足单一场景的使用需求，无法针对不同场景进行灵活配置。

实用新型内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种光学整形结构。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种光学整形结构，包括连接件、镜头座以及分别连接至镜头座相对两端的光源输入模块和末端镜座，在镜头座内沿光路依次设置有扩束镜和准直镜，在末端镜座内设置有位于准直镜出光侧的聚焦镜组，光源输入模块的出射光束经扩束镜扩束后入射至准直镜，并经准直镜准直后由聚焦镜组聚焦后出射，连接件具有使光源输入模块与镜头座固定连接的锁定状态，以及使光源输入模块与镜头座解除连接的解锁状态。出射光束经扩束镜、准直镜和聚焦模组后能够形成符合预期的光斑，在此基础上，通过连接件在解锁状态和锁定状态之间切换，来更换不同的光源输入模块与镜头座进行配合，从而实现模块化设计，并利用模块化结构能够灵活配置组合，以便于光学整形结构能够满足不同场景的使用需求。

可选的，在光源输入模块和镜头座之间还设置有调节座，在连接件处于解锁状态时，调节座用于带动光源输入模块和镜头座相对运动，以调节光源输入模块和镜头座在光路上的间距。从而对光学整形结构的焦距、最终输出的光斑大小等进行调节，满足多场景的使用需求。

可选的，调节座与镜头座螺纹连接，且调节座具有凸部，调节座经凸部与光源输入模块抵接，在连接件处于解锁状态时，调节座相对镜头座旋转以经凸部带动光源输入模块相对镜头座运动。该种调节方式能够仅通过调节座的旋转实现光源输入模块和镜头座在光轴方向的相对运动，避免光源输入模块和镜头座转动后所需要的复杂对准步骤。同时，螺纹连接也能够实现精细化调节。

可选的，在镜头座上设置有定位孔，在光源输入模块上设置有与定位孔适配的定位柱，定位孔和定位柱位于光学整形结构的光轴的旁侧，定位柱沿光轴方向滑动插接于定位孔。在调节座或环形座相对镜头座旋转时，可以利用定位孔和定位柱的插接，限制镜头座和光源输入模块绕光轴的转动，使得两者只能发生沿光轴方向的直线运动，以此避免调节间距后，还需经过复杂的对准步骤实现镜头座和光源输入模块的对准。

可选的，光源输入模块为光纤光源，在镜头座上设置有位于准直镜和聚焦镜组之间的插槽，在插槽内插设有抽屉，抽屉具有位于光路上的匀化镜，准直镜准直后的光束经匀化镜匀化后入射至聚焦镜组。通过搭配普通的光纤光源和抽屉式的匀化镜，能够使得光学整形结构输出的光斑较为均匀，并通过抽屉和插槽的配合形式，能够根据光源类型灵活配置匀化镜。

可选的，匀化镜包括位于准直镜和聚焦镜组之间的微透镜阵列组。由此，搭配普通的光纤光源使用时，能够对光束进行匀化整形，从而提高光束的能量分布均匀性。

可选的，光源输入模块为耦合光纤光源，耦合光纤光源包括光纤输出光源、设于光纤输出光源出光侧的耦合镜组以及设于耦合镜组出光侧的多边形光波导，光纤输出光源出射的光束经耦合镜组耦入多边形光波导内，多边形光波导对光束进行匀化后入射至扩束镜。由此，能够使得耦合光纤光源直接输出能量分布较为均匀的光束，此时，便可以不在镜头座内再设置匀化镜。

可选的，末端镜座与镜头座可拆卸连接，聚焦镜组可拆卸的安装于末端镜座。由此，便可以根据需求灵活配置不同的聚焦镜组(例如具有不同结构和/或不同面型参数的聚焦镜组)实现对光斑大小的调整，从而满足多种场景的使用需求。

可选的，末端镜座具有台阶，在末端镜座上还设置有压圈，压圈用于将聚焦镜组压抵至台阶，以将聚焦镜组安装于末端镜座。通过台阶和压圈的配合，能够根据实际需求，灵活配置不同的聚焦镜组。

可选的，聚焦镜组包括沿光路依次设置的多个正透镜，在相邻两个正透镜之间设置有可拆卸的间隔圈，间隔圈用于定义相邻两个正透镜在光路上的间距。因此，可以通过设置不同厚度的间隔圈来调节相邻两个正透镜在光路上的间距，以便于实现不同的光学效果。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种光学整形结构，包括连接件、镜头座以及分别连接至镜头座相对两端的光源输入模块和末端镜座，在镜头座内沿光路依次设置有扩束镜和准直镜，在末端镜座内设置有位于准直镜出光侧的聚焦镜组，光源输入模块的出射光束经扩束镜扩束后入射至准直镜，并经准直镜准直后由聚焦镜组聚焦后出射，连接件具有使光源输入模块与镜头座固定连接的锁定状态，以及使光源输入模块与镜头座解除连接的解锁状态。出射光束经扩束镜、准直镜和聚焦模组后能够形成符合预期的光斑，在此基础上，通过连接件在解锁状态和锁定状态之间切换，来更换不同的光源输入模块与镜头座进行配合，从而实现模块化设计，并利用模块化结构能够灵活配置组合，以便于光学整形结构能够满足不同场景的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种光学整形结构的剖面图；

图2为本申请实施例提供的一种光学整形结构的局部放大图；

图3为本申请实施例提供的一种镜头座与耦合光纤光源匹配的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种镜头座与普通光源光纤匹配的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种镜头座和匀化镜配合的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种末端镜座、聚焦镜组和保护窗的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种耦合光纤光源、镜头座与末端镜座匹配的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种光纤光源、镜头座与末端镜座匹配的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的又一种光纤光源、镜头座与末端镜座匹配的结构示意图。

图标：110-光源输入模块；111-耦合光纤光源；112-普通光纤光源；120-调节座；121-凸部；130-镜头座；131-插槽；132-抽屉；133-匀化镜；134-扩束镜；135-准直镜；140-聚焦镜组；141-末端镜座；142-正透镜；143-保护窗；144-压环；145-压圈；146-间隔圈；151-连接件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，如图1所示，提供一种光学整形结构，包括沿光路依次设置的光源输入模块110、镜头座130和末端镜座141，在镜头座130内沿光路依次设置有扩束镜134和准直镜135，在末端镜座141内设置有位于准直镜135出光侧的聚焦镜组140，由此，光源输入模块110的出射光束能够先经扩束镜134扩束后再入射至准直镜135，并且经过准直镜135准直后再由聚焦镜组140聚焦后出射在目标区域进而形成用户所需的预期光斑。

请结合参照图1和图3，或图1和图4，光学整形结构还包括连接件151，连接件151具有使光源输入模块110与镜头座130固定连接的锁定状态，即在连接件151处于锁定状态时，光源输入模块110和镜头座130能够通过连接件151固定连接在一起，以此，使得光源输入模块110和镜头座130相对位置固定，方便光源输入模块110的出射光束能够顺利入射镜头座130的扩束镜134。此外，连接件151还具有使光源输入模块110与镜头座130解除连接的解锁状态，即在连接件151处于解锁状态时，光源输入模块110和镜头座130解除连接关系，此时，便可以将光源输入模块110从镜头座130上拆下，然后更换不同的光源输入模块110，然后再通过连接件151将更换后的光源输入模块110与镜头座130固定连接，从而实现更换不同的光源输入模块110来与镜头座130进行配合，实现光学整形结构的模块化设计，并利用模块化结构能够灵活配置组合，以便于光学整形结构能够满足不同场景的使用需求。

可选的，结合图1和图3所示，在镜头座130的入光侧设置有耦合光纤光源111，当使用场景变化后，可以使得连接件151处于解锁状态，然后从镜头座130的入光侧取下耦合光纤光源111，如图4所示，然后更换为光纤光源(也即普通光纤光源112)后，再通过连接件151将普通光纤光源112固定连接至镜头座130的入光侧。在本实施例中，普通光纤光源112和耦合光纤光源111的区别在于：普通光纤光源112所直接出射的光束未经匀化处理，耦合光纤光源111所直接出射的光束已经过匀化处理。

上述聚焦镜组140包括至少一个依次设置的正透镜142，正透镜142的凸面朝向准直镜135，凹面背向准直镜135。如图1或图6所示，聚焦镜组140设置为两个正透镜142，配合扩束镜134和准直镜135，这样，多个透镜相互配合并对应调整各自的曲率能够校正球差和惠差，使得该光学整形结构的球差和惠差降低至较低值，从而在接收面得到高聚焦几乎无离散的均匀光斑。

可选的，结合图1和图2所示，在光源输入模块110和镜头座130之间还设置有调节座120，由此，在连接件151处于解锁状态时，由于光源输入模块110和镜头座130之间解除了连接，因此，光源输入模块110和镜头座130具有可相对运动的自由度，此时，可以通过调节座120来带动光源输入模块110和镜头座130进行指定方向(可以是沿光轴方向)的相对运动，以便于改变光源输入模块110和镜头座130在光路或光轴上的间距，从而对光学整形结构的焦距、最终输出的光斑大小等进行调节，待调节到目标位置后，可以再通过将连接件151由解锁状态切换为锁定状态，从而实现光源输入模块110和镜头座130在目标位置的固定连接，从而满足多场景的使用需求。

可选的，如图3或图4所示，连接件151可以是螺钉，螺钉可以穿设于光源输入模块110并将其螺接至镜头座130的入光侧，待螺钉紧固时其处于锁定状态，此时，光源输入模块110经螺钉与镜头座130固定连接。当需要更换光源输入模块110和/或调节光源输入模块110与镜头座130之间的间距时，便可以旋松或旋出螺钉，从而解除光源输入模块110与镜头座130连接。当然，在其它实施例中，连接件151也可以是卡扣，例如卡扣包括可相互扣接锁定的第一卡扣件和第二卡扣件，第一卡扣件设置于光源输入模块110，第二卡扣件设置于镜头座130，由此，在第一卡扣件和第二卡扣件扣接锁定时，连接件151处于锁定状态，同理，在第一卡扣件和第二卡扣件解除扣接以分离时，连接件151处于解锁状态。

可选的，结合图1和图2所示，调节座120可以与镜头座130螺纹连接，且调节座120具有凸部121，调节座120经凸部121与光源输入模块110抵接，由此，在连接件151处于解锁状态时，便可以通过外力驱动调节座120相对镜头座130旋转，从而利用螺纹实现调节座120经凸部121带动光源输入模块110沿光路方向相对镜头座130的运动，以便调节二者之间的间距，在调节完成后，可以通过连接件151再次将镜头座130和光源输入模块110固定。

可选的，结合图1和图2所示，调节座120为环形座，环形座靠近镜头座130的一端与镜头座130螺纹连接，环形座远离镜头座130的另一端可以经凸部121与光源输入模块110抵接。具体的，可以在环形座内圈壁面设置内螺纹，在镜头座130的外周壁设置有外螺纹，通过内外螺纹的匹配实现环形座的一端与镜头座130的螺纹连接，同时，凸部121可以位于环形座的内圈壁面，其可以是形成于环形座的内圈壁面上的环形台阶，由此，利用环形台阶与光源输入模块110端部的环座抵接限位。示例的，如图1所示，在需要调节间距时，先使得连接件151处于解锁状态，然后旋转环形座，使得环形座沿光学整形结构的光轴(图1中的虚线)方向运动，例如由左至右或由右至左，在环形座运动的过程中，通过其内壁面的环形台阶推抵光源输入模块110沿光学整形结构的光轴(图1中的虚线)方向运动，待调节至目标位置后，再通过连接件151将光源输入模块110和镜头座130固定连接在一起。

可选的，在镜头座130上设置有定位孔，在光源输入模块110上设置有与定位孔适配的定位柱，定位孔和定位柱均位于光学整形结构的光轴的旁侧，即定位孔和定位柱偏离转动中心线设置，定位柱沿光轴方向滑动插接于定位孔内，由此，在调节座120或环形座相对镜头座130旋转时，可以利用定位孔和定位柱的插接，限制镜头座130和光源输入模块110绕光轴的转动，使得两者只能发生沿光轴方向的直线运动，以此避免调节间距后，还需经过复杂的对准步骤实现镜头座130和光源输入模块110的对准。

可选的，为了最终能够获得均匀性较好的光斑，因此，可以通过对光束进行匀化的方式实现，为便于理解，以下将分别对不同的匀化形式进行示例性的说明：

示例性的一种，请结合参照图4、图5和图8，在该示例中，光源输入模块110为光纤光源，即普通光纤光源112，此时，普通光纤光源112直接输出未经匀化处理的光束，为对该光束进行匀化处理，可以在镜头座130上设置有插槽131，插槽131的位置位于准直镜135和聚焦镜组140之间，同时，与插槽131匹配的还设置有抽屉132，即抽屉132可以插拔于插槽131，抽屉132具有位于光路上的匀化镜133，由此，如图8所示，在普通光纤光源112固定至镜头座130时，对应的，可以将抽屉132插接于插槽131内，此时，普通光纤光源112直接输出的光束先由扩束镜134扩束后，再由准直镜135准直，然后入射至匀化镜133时，能够通过匀化镜133对光束进行匀化整形，接着再由聚焦镜组140聚焦后出射形成光斑，此时的光斑能量分布较为均匀。通过搭配普通光纤光源112和抽屉式的匀化镜133，能够使得光学整形结构输出的光斑较为均匀，并通过抽屉132和插槽131的配合形式，能够通过轻松简单的插拔方式，达到根据光源类型灵活配置匀化镜的需求。

可以理解的是，匀化镜133可以是位于准直镜135和聚焦镜组140之间的微透镜阵列组，由此，搭配普通光纤光源112使用时，能够对光束进行匀化整形，从而提高光束的能量分布均匀性。本申请对于匀化镜133的数量不做限制，可以根据需求设置至少两个匀化镜133组成的模组来对光束提供更好的整形效果，例如图5和图8，示出了提供两个匀化镜133来对光束进行整形，在设置时，可以使得每个抽屉132具有一个匀化镜133，且一个抽屉132匹配一个插槽131，当然也可以使得多个第一抽屉132共同插拔于同一个插槽131，或，每个抽屉132具有多个匀化镜133，每个抽屉对应插拔于一个插槽131。

为了提高抽屉132插接与插槽131后的稳定性，可以使得抽屉132与插槽131通过螺钉或卡扣等结构进行固定。

其中，微透镜阵列组包括相背设置的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面的微结构呈正交设置，这样，第一表面和第二表面可以分别实现对快轴和慢轴方向的匀化。

示例性的又一种，请参照图9所示，在该示例中，光源输入模块110为光纤光源，即普通光纤光源112，此时，普通光纤光源112直接输出未经匀化处理的光束，若无需对该光束进行匀化时，可以将抽屉132从镜头座130上的插槽131内拔出，即此时在准直镜135和聚焦镜组140之间不再设置有匀化镜133，此时，普通光纤光源112直接输出的光束先由扩束镜134扩束后，再由准直镜135准直，然后再由聚焦镜组140聚焦后出射形成光斑。

示例性的另一种，请结合参照图1、图3和图7，在该示例中，光源输入模块110为耦合光纤光源111，此时，耦合光纤光源111能够直接输出已经过匀化处理的光束，具体的，耦合光纤光源111包括光纤输出光源、设于光纤输出光源出光侧的耦合镜组以及设于耦合镜组出光侧的多边形光波导，此时，如图1或图7所示，可以使得光纤输出光源出射的光束先经耦合镜组耦入多边形光波导内，然后由多边形光波导对光束进行匀化后再入射至扩束镜134，经准直镜135和聚焦镜组140后出射形成光斑，光斑的能量分布较为均匀，因此，在本示例中，便可以不在镜头座130内设置前述的匀化镜133。

其中，耦合镜组包括依次设置的平凸透镜和两个正透镜；平凸透镜的平面朝向光纤输出光源，且平凸透镜的凸面背向光纤输出光源，正透镜的凸面朝向光纤输出光源，正透镜的凹面背向光纤输出光源。

综上，在镜头座130搭配耦合光纤光源111使用时，可以将抽屉132从镜头座130的插槽131内拔出，达到在光路中不设置匀化镜133的目的，当然，在镜头座130搭配普通光纤光源112使用时，便可以再将抽屉132插入镜头座130的插槽131内，达到在光路中设置有匀化镜133的目的，由此，实现同一镜头座130能够搭配不同光源的使用。

可选的，结合图1和图6所示，末端镜座141与镜头座130可拆卸连接，聚焦镜组140可拆卸的安装于末端镜座141。由此，便可以根据需求灵活配置不同的聚焦镜组140(例如具有不同结构和/或不同面型参数的聚焦镜组)实现对光斑大小的调整，从而满足多种场景的使用需求。

可选的，如图1和图6所示，聚焦镜组140包括沿光路依次设置的多个正透镜142，在相邻两个正透镜142之间设置有可拆卸的间隔圈146，间隔圈146用于定义相邻两个正透镜142在光路上的间距，因此，可以通过设置不同厚度的间隔圈146来调节相邻两个正透镜142在光路上的间距，以便于实现不同的光学效果。

可选的，如图6所示，末端镜座141内具有台阶，在末端镜座141上还设置有压圈145，压圈145可以配合台阶分别与正透镜142的相对两侧抵接，以便于将正透镜142可靠的安装至末端镜座141。并且通过台阶和压圈145的配合，能够根据实际需求，灵活配置不同的聚焦镜组140。

可选的，如图6所示，在末端镜座141靠近出光侧的位置还可以设置有保护窗143，保护窗143可以通过压环144固定至末端镜座141内，从而通过保护窗143将聚焦镜组140封闭于末端镜座141内部，提高聚焦镜组140的使用寿命。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学整形结构，其特征在于，包括连接件、镜头座以及分别连接至所述镜头座相对两端的光源输入模块和末端镜座，在所述镜头座内沿光路依次设置有扩束镜和准直镜，在所述末端镜座内设置有位于所述准直镜出光侧的聚焦镜组，所述光源输入模块的出射光束经所述扩束镜扩束后入射至所述准直镜，并经所述准直镜准直后由所述聚焦镜组聚焦后出射，所述连接件具有使所述光源输入模块与所述镜头座固定连接的锁定状态，以及使所述光源输入模块与所述镜头座解除连接的解锁状态。

2.如权利要求1所述的光学整形结构，其特征在于，在所述光源输入模块和所述镜头座之间还设置有调节座，在所述连接件处于解锁状态时，所述调节座用于带动所述光源输入模块和所述镜头座相对运动，以调节所述光源输入模块和所述镜头座在所述光路上的间距。

3.如权利要求2所述的光学整形结构，其特征在于，所述调节座与所述镜头座螺纹连接，且所述调节座具有凸部，所述调节座经所述凸部与所述光源输入模块抵接，在所述连接件处于解锁状态时，所述调节座相对所述镜头座旋转以经所述凸部带动所述光源输入模块相对所述镜头座运动。

4.如权利要求2或3所述的光学整形结构，其特征在于，在所述镜头座上设置有定位孔，在所述光源输入模块上设置有与所述定位孔适配的定位柱，所述定位孔和所述定位柱位于所述光学整形结构的光轴的旁侧，所述定位柱沿所述光轴方向滑动插接于所述定位孔。

5.如权利要求1所述的光学整形结构，其特征在于，所述光源输入模块为光纤光源，在所述镜头座上设置有位于所述准直镜和所述聚焦镜组之间的插槽，在所述插槽内插设有抽屉，所述抽屉具有位于所述光路上的匀化镜，所述准直镜准直后的光束经所述匀化镜匀化后入射至所述聚焦镜组。

6.如权利要求5所述的光学整形结构，其特征在于，所述匀化镜包括位于所述准直镜和所述聚焦镜组之间的微透镜阵列组。

7.如权利要求1所述的光学整形结构，其特征在于，所述光源输入模块为耦合光纤光源，所述耦合光纤光源包括光纤输出光源、设于所述光纤输出光源出光侧的耦合镜组以及设于所述耦合镜组出光侧的多边形光波导，所述光纤输出光源出射的光束经所述耦合镜组耦入所述多边形光波导内，所述多边形光波导对所述光束进行匀化后入射至所述扩束镜。

8.如权利要求1所述的光学整形结构，其特征在于，所述末端镜座与所述镜头座可拆卸连接，所述聚焦镜组可拆卸的安装于所述末端镜座。

9.如权利要求8所述的光学整形结构，其特征在于，所述末端镜座具有台阶，在所述末端镜座上还设置有压圈，所述压圈用于将所述聚焦镜组压抵至所述台阶，以将所述聚焦镜组安装于所述末端镜座。

10.如权利要求8所述的光学整形结构，其特征在于，所述聚焦镜组包括沿所述光路依次设置的多个正透镜，在相邻两个所述正透镜之间设置有可拆卸的间隔圈，所述间隔圈用于定义相邻两个所述正透镜在所述光路上的间距。