调焦镜头及振镜式激光扫描系统技术方案

本发明专利技术公开了一种调焦镜头及振镜式激光扫描系统，所述调焦镜头包括同轴设置的平凹镜和凸透镜，所述平凹镜包括相对设置的平面和凹面，所述凸透镜包括相对设置的第一凸面和第二凸面，所述凸透镜固定设置，平凹镜在轴线上可移动设置，光线从平凹镜的平面入射，依次经过平凹镜的凹面、凸透镜的第一凸面后从凸透镜的第二凸面出射。本发明专利技术调焦镜头结构简单，且装调误差小；调焦镜头无实焦点使得调焦镜头能够保持相对低温；振镜式激光扫描系统在入射激光束束腰半径大于7.5mm时，激光器距离调焦镜头之间的距离不影响聚焦效果。

Focusing lens and vibrating mirror type laser scanning system

The invention discloses a focusing lens and mirror laser scanning system, the focusing lens includes a coaxial set plane concave and convex lens, the flat concave mirror includes arranged relatively flat and concave convex lens, the relative setting of the first and second convex convex, the convex lens is fixed, flat the concave mirror is movably arranged on the axis, the light from the plane incident plane concave, convex concave surface, followed by the first plane concave convex lens after second convex convex lens exit. The invention of focusing lens has the advantages of simple structure, and the alignment error is small; no real focus focusing lens makes the focusing lens can maintain a relatively low temperature; vibration mirror type laser scanning system is more than 7.5mm in the laser beam waist radius, the distance between the laser focusing lens distance does not affect the focusing effect.

【技术实现步骤摘要】
调焦镜头及振镜式激光扫描系统
本专利技术涉及光学工程
，特别是涉及一种调焦镜头及振镜式激光扫描系统。
技术介绍
激光扫描技术是一种能够精确控制激光束指向的技术，现已广泛的应用于现已广泛的应用于光电医疗、激光加工、空间激光通信、激光雷达、遥感与测量、自适应光学等领域。在激光加工和激光达标领域，一直采用振镜式激光扫描技术。为了保证激光加工精度，激光在到达加工面之前需要经过聚焦以保证在工作面上有良好的聚焦特性，根据聚焦系统摆放的位置，可以分为振镜前聚焦和振镜后聚焦两种聚焦方式。现有技术中专利CN101419336B提出了一种振镜后聚焦方式，该振镜式激光三维扫描系统包括激光器、扩束镜、x轴扫描振镜、y轴扫描振镜、扫描聚焦透镜、z轴移动机构及控制系统。该振镜式激光扫描系统将xy两维扫描振镜和扫描聚焦镜(如平常聚焦镜或远心扫描透镜)分开为可相互移动的组合体，即xy轴扫描振镜在z轴方向上固定不动，而扫描聚焦透镜固定在可沿z轴方向上下移动的机构上来实现三维立体加工功能。另，现有专利CN2664011Y公开了一种振镜前聚焦激光扫描系统，包括激光器、聚焦模块、X轴扫描头和Y轴扫描头，其采用三块组合镜片构成的凸透镜组聚焦模块，其设计第一块为可移动透镜，在电机的驱动下，作往复直线运动，后两块为静止透镜。聚焦系统一方面起聚焦作用，另一方面起光学杠杆作用，通过电动平移台改变透镜的位置从而自动调节光学系统的焦距，保证整个扫描面上都有良好的聚焦光斑。激光束通过聚焦模块经X轴扫描头和Y轴扫描头到达焦点工作平面。振镜后聚焦方式采用传统的F-theta透镜聚焦方式由于透镜尺寸的限制，扫描范围不宜过大，且扫描面边缘光束聚焦特性已经变得很差。振镜前聚焦方式其激光扫描系统其光学设计和调焦模型比较复杂。镜片太多，加工和装配带来的误差也会增多，影响调焦效果。此外，此类三维扫描系统基本除扫描面外在光路中也存在实聚焦点，高能激光束聚焦点会导致温度过高，增加设备损坏风险。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种调焦镜头及振镜式激光扫描系统。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于激光三维扫描的调焦镜头及振镜式激光扫描系统。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种调焦镜头，所述调焦镜头包括同轴设置的平凹镜和凸透镜，所述平凹镜包括相对设置的平面和凹面，所述凸透镜包括相对设置的第一凸面和第二凸面，所述凸透镜固定设置，平凹镜在轴线上可移动设置，光线从平凹镜的平面入射，依次经过平凹镜的凹面、凸透镜的第一凸面后从凸透镜的第二凸面出射。作为本专利技术的进一步改进，所述平凹镜和凸透镜的材料为硒化锌。作为本专利技术的进一步改进，所述凸透镜中第一凸面和第二凸面的曲率半径相等，且大于平凹镜中凹面的曲率半径。作为本专利技术的进一步改进，所述平凹镜的凹面与凸透镜的第一凸面之间的距离为10～100mm。作为本专利技术的进一步改进，所述平凹镜的平面与凹面之间的距离为1～10mm，凸透镜的第一凸面和第二凸面之间的距离为1～10mm。作为本专利技术的进一步改进，所述平凹镜的平面与凹面之间的距离为5mm，凸透镜的第一凸面和第二凸面之间的距离为5mm，平凹镜中凹面的曲率半径为110.94mm，凸透镜中第一凸面和第二凸面的曲率半径均为368.78mm，平凹镜的凹面与凸透镜的第一凸面之间的距离为50mm。作为本专利技术的进一步改进，所述光线波长10.64μm、初始焦距750mm时的调焦长度为：其中，ΔS为调焦长度，Z为平凹镜的位移。相应地，一种振镜式激光扫描系统，所述系统沿轴线依次包括：激光器、调焦镜头、第一振镜、第二振镜和扫描面。作为本专利技术的进一步改进，所述激光器与调焦镜头之间设有激光束扩束系统。作为本专利技术的进一步改进，所述激光器出射的激光束束腰半径大于7.5mm。本专利技术具有以下有益效果：调焦镜头结构简单，且装调误差小；调焦镜头无实焦点使得调焦镜头能够保持相对低温；振镜式激光扫描系统在入射激光束束腰半径大于7.5mm时，激光器距离调焦镜头之间的距离不影响聚焦效果。附图说明图1为本专利技术第一实施方式中调焦镜头的结构示意图。图2为本专利技术第二实施方式中振镜式激光扫描系统的结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种双镜片动态调焦镜头，其目的在于优化现有动态聚焦模块光学系统，该调焦镜头结构更为简单，调焦镜头无实焦点使结构不易产生高温。具体地，参图1所示，本专利技术一具体实施方式中的调焦镜头，包括同轴设置的平凹镜1和凸透镜2，平凹镜包括相对设置的平面11和凹面12，凸透镜2包括相对设置的第一凸面21和第二凸面22。凸透镜2固定设置，平凹镜1在轴线上可移动设置，光线从平凹镜1的平面11入射，依次经过平凹镜1的凹面12、凸透镜2的第一凸面21后从凸透镜2的第二凸面22出射。其中，本实施方式中平凹镜1和凸透镜2所用的材料相同，均为硒化锌。凸透镜2中第一凸面21和第二凸面22的曲率半径相等，且大于平凹镜1中凹面12的曲率半径。进一步地，平凹镜1的凹面12与凸透镜2的第一凸面21之间的距离为10～100mm，且平凹镜1的平面11与凹面12之间的距离为1～10mm，凸透镜2的第一凸面21和第二凸面22之间的距离为1～10mm。具体地，在本专利技术的一具体实施例中，平凹镜1的平面11与凹面12之间的距离为5mm，凸透镜2的第一凸面21和第二凸面22之间的距离为5mm，平凹镜1中凹面12的曲率半径为110.94mm，凸透镜2中第一凸面21和第二凸面22的曲率半径均为368.78mm，平凹镜1的凹面12与凸透镜2的第一凸面21之间的距离为50mm。调焦镜头工作时，凸透镜2固定，平凹镜1可在驱动机构(未图示)的驱动下朝向凸透镜2的方向运动，假设运动量为Z，则可改变整个调焦镜头的焦距。本实施例中在光线波长10.64μm、初始焦距750mm时的调焦长度为：其中，ΔS为调焦长度，Z为平凹镜的位移。本实施方式中的调焦镜头可以应用于激光三维扫描等。参图2所示为本专利技术另一实施方式中振镜式激光扫描系统的结构示意图，其沿轴线依次包括激光器6、调焦镜头、第一振镜3、第二振镜4和扫描面5，其中，调焦镜头由上述平凹镜1和凸透镜2组成，第一振镜3为X振镜，第二振镜4为Y振镜，调焦镜头的安装方式与上述第一实施方式相同，在此不再进行赘述。在振镜式激光扫描系统的安装过程中，激光器6、平凹镜1、凸透镜2的中心要在一条直线上，且与第一振镜3、第二振镜4的光束入口中心在一条直线上。本实施方式中激光器为二氧化碳连续激光器，且激光器出射的激光束束腰半径大于7.5mm。激光束在对工件进行加工时，需要考虑激光束的聚焦点与扫描面存在的偏差，即激光在工作面产生离焦。本专利技术使激光束通过调焦镜头完成了对全工作幅面上的离焦校正，通过电动平移台改变平凹镜的位置从而自动调节光学系统的焦距，保证整个扫描面上都有良好的聚焦光斑。对于振镜式激光扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调焦镜头，其特征在于，所述调焦镜头包括同轴设置的平凹镜和凸透镜，所述平凹镜包括相对设置的平面和凹面，所述凸透镜包括相对设置的第一凸面和第二凸面，所述凸透镜固定设置，平凹镜在轴线上可移动设置，光线从平凹镜的平面入射，依次经过平凹镜的凹面、凸透镜的第一凸面后从凸透镜的第二凸面出射。

【技术特征摘要】
1.一种调焦镜头，其特征在于，所述调焦镜头包括同轴设置的平凹镜和凸透镜，所述平凹镜包括相对设置的平面和凹面，所述凸透镜包括相对设置的第一凸面和第二凸面，所述凸透镜固定设置，平凹镜在轴线上可移动设置，光线从平凹镜的平面入射，依次经过平凹镜的凹面、凸透镜的第一凸面后从凸透镜的第二凸面出射。2.根据权利要求1所述的调焦镜头，其特征在于，所述平凹镜和凸透镜的材料为硒化锌。3.根据权利要求1所述的调焦镜头，其特征在于，所述凸透镜中第一凸面和第二凸面的曲率半径相等，且大于平凹镜中凹面的曲率半径。4.根据权利要求1所述的调焦镜头，其特征在于，所述平凹镜的凹面与凸透镜的第一凸面之间的距离为10～100mm。5.根据权利要求1所述的调焦镜头，其特征在于，所述平凹镜的平面与凹面之间的距离为1～10mm，凸透镜的第一凸面和第二凸面之间的距离为1～10mm。6.根据权利要求1所述的调焦镜头，其特征在于，所述平凹镜的平面与凹面之间的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巍，陈四海，徐越，罗栋，张骁，苏凯斌，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44