一种360度透射式自由曲面整形激光模组及其中自由曲面透射镜的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种360度透射式自由曲面整形激光模组及其中自由曲面透射镜的设计方法，其包括镜筒，位于镜筒一端的半导体激光器、位于镜筒中部的透射镜安装座和位于镜筒另一端的反射镜安装座，所述反射镜安装座上安装有锥度为45°的圆锥面反射镜，所述镜筒的侧面嵌合设置有石英管，所述石英管与圆锥面反射镜设置在同一水平位置处，所述透射镜安装座上设置有自由曲面透射镜，所述自由曲面透射镜为圆柱体状，所述自由曲面透射镜的两端设置有第一自由曲面和第二自由曲面，所述第一自由曲面和第二自由曲面由多种曲面组合而成，组成第一自由曲面和第二自由曲面的曲面包括有但不限于离轴非球曲面和双曲面。本发明专利技术具有减少光束整形过程中能量损失的效果。

A 360 degree transmission free-form surface shaping laser module and the design method of free-form surface transmission mirror

【技术实现步骤摘要】
一种360度透射式自由曲面整形激光模组及其中自由曲面透射镜的设计方法
本专利技术涉及激光整形领域，尤其是涉及一种360度透射式自由曲面整形激光模组及其中自由曲面透射镜的设计方法。
技术介绍
激光投线仪，又被称作是激光标线仪或者是激光水准仪，是一种在普通水准仪的望远镜上安装并固定了激光模组而制成的一类测量仪器，在使用的过程中，激光投线仪通过发射激光束，使得激光束通过激光模组形成了激光面以投射出水平的激光线，从而实现测量和校准的目的，被广泛应用于建筑作业过程中。现有技术中，公告号为CN202485678U的中国技术专利公开了一种适于生成360度环绕线的激光标线模组，其包括：激光模组、设于该激光模组的激光输出端前方的锥形镜，以使激光模组输出的激光束变成一360度发散的激光面，以在使用时，适于在四周的墙体上生成标线，满足了特殊应用场合的需要。为确保生成一360度发散的圆形激光面，进而使四周的墙体上生成的标线，该锥形镜的中心轴线即为所述激光模组输出激光束的中心线。该锥形镜为圆锥形镜，其锥面角度为10-45度。本技术利用锥形镜通过光反射将柱状激光束转换成与激光束成一定角度的360度发散的激光面，以在使用时，适于在四周的墙体上生成标线，满足了特殊应用场合的需要。上述现有技术方案存在以下缺陷：在实际使用的过程中，激光一般由半导体激光器提供，由于其自身发光原理的特性，激光器产生的光斑一般为椭圆形，椭圆形的光斑在经过圆锥面反射镜反射后，容易导致反射后各位置处的激光有较大的差别，从而导致各点处的亮度差别过大。现有技术中一般是通过在光路中放置光阑，使得椭圆形的光斑被光阑遮挡后形成规则的圆形光斑，圆形光斑再经圆锥面反射镜反射后即可形成亮度较为均匀的激光。但是椭圆形的光斑在经过光阑之后，有约60％的能量均被光阑阻挡而无法到达反射镜处，这就导致往往需要选用功率更大的激光来达到同等的亮度，而功率过高的激光往往会导致发热量增加，同时也会增加使用过程中可能产生的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种360度透射式自由曲面整形激光模组，具有减少光束整形过程中能量损失的优点。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种360度透射式自由曲面整形激光模组，包括镜筒，位于镜筒一端的半导体激光器、位于镜筒中部的透射镜安装座和位于镜筒另一端的反射镜安装座，所述反射镜安装座上安装有锥度为45°的圆锥面反射镜，所述镜筒的侧面嵌合设置有石英管，所述石英管与圆锥面反射镜设置在同一水平位置处，所述透射镜安装座上设置有自由曲面透射镜，所述自由曲面透射镜为圆柱体状，所述自由曲面透射镜的两端设置有第一自由曲面和第二自由曲面，所述第一自由曲面和第二自由曲面由多种曲面组合而成，组成第一自由曲面和第二自由曲面的曲面包括有但不限于离轴非球曲面和双曲面。通过采用上述技术方案，半导体激光器中发射出的光线经过自由曲面透射镜后被整形成能量均匀的规则圆形光斑并最终照射至圆锥面反射镜处，光线经圆锥面反射镜反射后被水平射出，即可形成亮度均匀的360°的激光带，并经过石英管射入至外界环境中，从而实现投线仪的投线功能。第一自由曲面和第二自由曲面用于将椭圆形的能量分布不均的光斑整形成圆形的能量分布均匀的光斑，且整形后的圆形光斑的中心依然位于镜筒的轴线上，大部分的光线均可经过自由曲面透射镜的透射作用后照射至圆锥面反射镜上，故有效减少了光传递过程中的能量损失。本专利技术进一步设置为，所述第一自由曲面为平面、凹面、凸面中的任意一种，所述第二自由曲面为平面、凹面、凸面中的任意一种。通过采用上述技术方案，自由曲面透射镜的第一曲面和第二曲面可以任意组合来形成近似的整形效果，工作人员可以根据实际结构需要选定制造不同形状的自由曲面透射镜，因此自由曲面反射镜的适用场景非常广泛。本专利技术进一步设置为，所述镜筒包括上级段和下级段，所述透射镜安装座包括与上级段固定连接的上级限位环、与下级段固定连接的下级限位环和与下级段固定连接的定位板，所述上级段和下级段之间贴合设置时，所述定位板沿镜筒轴向的两端分别与上级限位环和下级限位环的端面抵接设置，所述自由曲面透射镜的侧面与定位板抵接，所述第一自由曲面的边沿与上级限位环抵接，所述第二自由曲面的边沿与下级限位环抵接。通过采用上述技术方案，在进行自由曲面透镜的安装时，先将上级段与下级段之间分离，随后将自由曲面透镜安装至下级限位环和定位板组成的空间内，并使得第一自由曲面的边沿与下级限位环表面贴合，随后再将上级段和下级段之间安装连接，并使得上级限位环表面与第二自由曲面的边沿贴合，即可较为方便的完成自由曲面透镜的定位安装。本专利技术进一步设置为，所述下级段靠近上级段的端面处设置有若干下级螺纹孔，所述上级段靠近下级段的端面处设置有若干与下级螺纹孔对应的上级螺纹孔，所述上级螺纹孔和下级螺纹孔之间配合形成倾斜设置的螺纹连接孔，所述螺纹连接孔内设置有连接螺栓，所述下级段靠近上级段端面还设置有若干定位凸块，所述上级段靠近下级段的端面处设置有若干与定位凸块配合设置的定位凹槽，各所述定位凸块与定位凹槽之间配合设置时，各所述上级螺纹孔和下级螺纹孔之间同轴设置。通过采用上述技术方案，通过定位凸块和定位凹槽可以快速将上级段和下级段之间进行定位，从而使得各上级螺纹孔和下级螺纹孔之间也实现了快速定位，以便于连接螺栓旋入从而实现上级段和下级段之间的定位安装，有效提高了上级段和下级段之间的安装精度和安装便捷程度。本专利技术进一步设置为，所述反射镜安装座包括一级底座和二级底座，所述一级底座和二级底座为同心设置的圆盘形底座，所述一级底座的表面与上级段的端面抵接，所述二级底座的侧面与上级段的内壁面抵接，所述一级底座的边沿处设置有若干朝向下级段设置的定位柱，所述上级段靠近一级底座的端面开设有若干与定位柱配合设置的定位孔。通过采用上述技术方案，一级底座和二级底座可以对反射镜安装座进行快速定位，以提高反射镜安装座的安装精度，定位柱和定位孔之间相互配合，也可实现反射镜安装座和镜筒之间的快速定位安装。本专利技术进一步设置为，所述一级底座外侧连接设置有端盖，所述端盖包括底座基板和设置在底座基板边沿且与底座基板垂直的连接环板，所述连接环板与下级段之间螺纹连接，所述底座基板靠近一级底座的一面上固定设置有若干压缩弹簧，各所述压缩弹簧远离底座基板的一端与一级底座表面抵接。通过采用上述技术方案，连接环板和下级段之间螺纹连接，可以使得端盖与镜筒之间实现固定连接，压缩弹簧的设置可以使得一级底座与下级段时间受到来自压缩弹簧的压力而紧密连接，有效提高结构强度。本专利技术进一步设置为，所述圆锥面反射镜安装在二级底座上且其锥顶朝向半导体激光器设置，所述圆锥面反射镜的锥顶所在位置与石英管靠近下级段的一端齐平设置。通过采用上述技术方案，圆锥面反射镜可以对整形后的沿垂直于镜筒轴线的方向进行均匀的反射，圆锥面反射镜的锥顶与石英管的端面齐平设置，可以有效减少激光反射后的能量损失。本专利技术的另一个目的是提供一种360度透射式自由曲面整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种360度透射式自由曲面整形激光模组，包括镜筒(1)，位于镜筒(1)一端的半导体激光器(2)、位于镜筒(1)中部的透射镜安装座(3)和位于镜筒(1)另一端的反射镜安装座(5)，所述反射镜安装座(5)上安装有锥度为45°的圆锥面反射镜(6)，所述镜筒(1)的侧面嵌合设置有石英管(13)，所述石英管(13)与圆锥面反射镜(6)设置在同一水平位置处，其特征在于：所述透射镜安装座(3)上设置有自由曲面透射镜(4)，所述自由曲面透射镜(4)为圆柱体状，所述自由曲面透射镜(4)的两端设置有第一自由曲面(41)和第二自由曲面(42)，所述第一自由曲面(41)和第二自由曲面(42)由多种曲面组合而成，组成第一自由曲面(41)和第二自由曲面(42)的曲面包括有但不限于离轴非球曲面和双曲面。/n

【技术特征摘要】
1.一种360度透射式自由曲面整形激光模组，包括镜筒(1)，位于镜筒(1)一端的半导体激光器(2)、位于镜筒(1)中部的透射镜安装座(3)和位于镜筒(1)另一端的反射镜安装座(5)，所述反射镜安装座(5)上安装有锥度为45°的圆锥面反射镜(6)，所述镜筒(1)的侧面嵌合设置有石英管(13)，所述石英管(13)与圆锥面反射镜(6)设置在同一水平位置处，其特征在于：所述透射镜安装座(3)上设置有自由曲面透射镜(4)，所述自由曲面透射镜(4)为圆柱体状，所述自由曲面透射镜(4)的两端设置有第一自由曲面(41)和第二自由曲面(42)，所述第一自由曲面(41)和第二自由曲面(42)由多种曲面组合而成，组成第一自由曲面(41)和第二自由曲面(42)的曲面包括有但不限于离轴非球曲面和双曲面。


2.根据权利要求1所述的一种360度透射式自由曲面整形激光模组，其特征在于：所述第一自由曲面(41)为平面、凹面、凸面中的任意一种，所述第二自由曲面(42)为平面、凹面、凸面中的任意一种。


3.根据权利要求2所述的一种360度透射式自由曲面整形激光模组，其特征在于：所述镜筒(1)包括上级段(11)和下级段(12)，所述透射镜安装座(3)包括与上级段(11)固定连接的上级限位环(31)、与下级段(12)固定连接的下级限位环(32)和与下级段(12)固定连接的定位板(33)，所述上级段(11)和下级段(12)之间贴合设置时，所述定位板(33)沿镜筒(1)轴向的两端分别与上级限位环(31)和下级限位环(32)的端面抵接设置，所述自由曲面透射镜(4)的侧面与定位板(33)抵接，所述第一自由曲面(41)的边沿与上级限位环(31)抵接，所述第二自由曲面(42)的边沿与下级限位环(32)抵接。


4.根据权利要求3所述的一种360度透射式自由曲面整形激光模组，其特征在于：所述下级段(12)靠近上级段(11)的端面处设置有若干下级螺纹孔(142)，所述上级段(11)靠近下级段(12)的端面处设置有若干与下级螺纹孔(142)对应的上级螺纹孔(141)，所述上级螺纹孔(141)和下级螺纹孔(142)之间配合形成倾斜设置的螺纹连接孔(14)，所述螺纹连接孔(14)内设置有连接螺栓，所述下级段(12)靠近上级段(11)端面还设置有若干定位凸块(121)，所述上级段(11)靠近下级段(12)的端面处设置有若干与定位凸块(121)配合设置的定位凹槽(111)，各所述定位凸块(121)与定位凹槽(111)之间配合设置时，各所述上级螺纹孔(141)和下级螺纹孔(142)之间同轴设置。


5.根据权利要求4所述的一种360度透射式自由曲面整形激光模组，其特征在于：所述反射镜安装座(5)包括一级底座(51)和二级底座(52)，所述一级底座(51)和二级底座(52)为同心设置的圆盘形底座，所述一级底座(51)的表面与上级段(11)的端面抵接，所述二级底座(52)的侧面与上级段(11)的内壁面抵接，所述一级底座(51)的边沿处设置有若干朝向下级段(12)设置的定位柱(511)，所述上级段(12)靠近一级底座(51)的端面开设有若干与定位柱(511)配合设置的定位孔(112)。


6.根据权利要求5所述的一种360度透...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨朝鹏，
申请(专利权)人：常州迈纳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32