一种激光束转换透镜制造技术

一种激光束转换透镜，由光学透镜材料制作，透镜至少包含一段柱状曲面，该柱状曲面包括入射曲面和出射面，其在高度方向上的截面轮廓为非圆曲线；所述的入射激光束平行于ｙ轴，其入射部分的曲面的截面轮廓线中包含一段由函数ｙ＝ｆ（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内构成的曲线，且所述的函数ｙ＝ｆ（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内满足条件：①（０．０２ｍ↑［２］＋１．０２）↑［０．５］［１．０１（ｍ↑［２］＋１）↑［０．５］ｘ↓［ｎ］－（１．０２（ｍ↑［２］＋１）ｘ↓［ｎ］↑［２］－ｍ↑［２］ｘ↑［２］）↑［０．５］］／ｍ≤ｆ（ｘ）≤２．４ｍ［２．６ｘ↓［ｎ］－（２．６ｘ↓［ｎ］↑［２］－ｘ↑［２］）↑［０．５］］；②函数ｙ＝ｆ（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内，其对ｘ的一阶导数ｆ′（ｘ）为一单调递增的函数，且函数ｙ＝ｆ′（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内是一光滑连续曲线。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光束转换用的透镜。
技术介绍
目前能在施工表面形成可见激光基准线的激光投射装置在建筑及装璜领域中已开始得到了广泛的运用。如图1所示现有的激光投射装置中一般采用圆柱状的透镜1将经聚焦的平行激光束2通过折射转换为呈扇形放射传播的扁平激光，当该激光投射至目标表面上即可形成一可见的连续激光线。现有的柱面透镜1的截面轮廓是一标准的整圆，由于受到圆的几何特征及透镜折射率的限制，其折射产生的扇形扁平激光束的激光强度分布很不均匀。在扇形扁平激光束的中部由于激光分布集中，因此激光强度高，在目标表面上形成的激光线亮。而扇形两侧的激光分布稀少，因此激光强度低，在目标表面上形成的激光线暗。在实际运用中，由于扇形两侧的激光强度衰弱快，因此在目标表面上形成的激光线在环境光的影响下用肉眼很难识别，这部分激光线并无实际的意义。换言之，由于圆柱透镜的上述特性限制了扇形激光线的有效可见发散角度。根据实际测量，当激光功率小于5mw时，由折射率为1.7的光学玻璃材质构成的圆柱透镜所形成的实际有效扇形角为130度左右，而由折射率为1.5的光学树脂材质构成的圆柱透镜所能形成的实际有效扇形角只有90度左右，这样就大大限制了投射在目标表面上所形成的激光线的长度。而建筑及装璜施工作业中往往需要大范围的作业基准线，所以应用现有圆柱透镜的激光装置并不能完全满足施工作业的需要。由于现有的圆柱透镜由于存在上述缺陷，所以有必要对其结构进行改进，以提高扇形扁平激光束的扇形角，使投射在目标表面上的激光线更长。
技术实现思路
；本技术的目的在于提供一种能扩大所述扇形扁平激光束的扇形发散角度且能使激光线亮度分布近似均匀的转换透镜。本技术是通过以下技术方案来实现的一种激光束转换透镜，由光学透镜材料制作，透镜至少包含一段柱状曲面，该柱状曲面能将平行传播的入射激光束通过折射转换为呈扇形放射传播的扁平出射激光，该柱状曲面包括入射曲面和出射面，其在高度方向上的截面轮廓为非圆曲线；所述的入射激光束平行于y轴，其入射部分的曲面的截面轮廓线中包含一段由函数y＝f(x)在区间内构成的曲线，且所述的函数y＝f(x)在区间内满足条件①(0.02m2+1.02)0.5/m≤f(x)≤2.4m；其中，i为透镜材料的折射率，m＝tgαn，xn∈，αn∈。②函数y＝f(x)在区间内，其对x的一阶导数f′(x)为一单调递增的函数，且函数y＝f′(x)在区间内是一光滑连续曲线。由所述曲线构成的入射曲面部分能将平行传播的激光束通过折射转换为扇形的扁平激光束，且由于y＝f(x)在区间内对x的一阶导数f′(x)单调、连续、变化平缓，所以入射激光的入射角α在区间内亦单调、连续、变化平缓，所以相对圆柱透镜的入射曲面能有效改善扇形激光束的激光强度分布。由于扇形激光束两侧的激光强度衰弱减缓，因此能有效提高扇形激光线的可见发散角度，从而增加了投射在目标表面上所形成的激光线的长度，使激光投射装置能适应建筑及装璜作业中作大范围基准线的需要。在本技术中，所述的函数y＝f(x)是函数y＝Ln/k。其中k＝π*/(180*xn)由所述曲线构成的入射曲面部分能将平行传播的激光束通过折射转换为扇形的激光束，且由于y＝f(x)在区间内对x的一阶导数f′(x)单调、连续、变化平缓，并满足α-arcsin(sinα/i)的值为一不为零的等差数列，所以能使扇形激光束在各个位置的激光强度分布均匀，即等间距的入射激光束产生的折射线的夹角相同，因此能显著提高扇形激光线的可见发散角度，使激光投射装置能适应建筑及装璜作业中作更大范围的基准线的需要。在本技术中，所述透镜的出射面的截面轮廓线是一圆心在y轴上的圆弧，且圆心位于出射面一侧。由该圆弧构成的出射面部分能进一步扩大上述扇形激光束的扇形角，且相对圆柱透镜的出射面能改善激光束的强度分布。附图说明图1为圆柱透镜的折射光路图图2为本技术一实施例的截面图图3为本技术实施例的折射光路图具体实施方式以下结合附图2、3所示的实施例，作进一步的说明。在本实施例中取透镜3的折射率i＝1.49、xn＝2、αn＝82.8°。如图2所示，本实施例的入射曲面4的截面轮廓线是由函数y＝Ln/0.35825在区间内构成的曲线。本实施例的出射面5是所述透镜的出射面的截面轮廓线是一圆心在y轴上半径R＝34的圆弧，且圆心位于出射面一侧。当入射激光平行y轴时，本实用新的折射光路图如图3所示。设入射激光的折射光路与y轴的夹角为θ，出射激光与y轴的夹角为δ，则相关计算数据如下表所示 从上表可知，平行传播的激光束经所述透镜的第一次折射后其等间距入射激光束产生的折射线的夹角Δθ相同。该折射激光经透镜出射面的再次折射后，其扇形角进一步扩大，且激光强度从扇形中部开始逐渐慢慢减弱，分布较为均匀。权利要求1.一种激光束转换透镜，由光学透镜材料制作，透镜至少包含一段柱状曲面，该柱状曲面能将平行传播的入射激光束通过折射转换为呈扇形放射传播的扁平出射激光，柱状曲面包括入射曲面和出射面；其特征在于所述柱状曲面在高度方向上的截面轮廓为非圆曲线；所述的入射激光束平行于y轴，其入射部分的曲面的截面轮廓线中包含一段由函数y＝f(x)在区间内构成的曲线，且所述的函数y＝f(x)在区间内满足条件①(0.02m2+1.02)0.5/m≤f(x)≤2.4m；其中，i表示透镜的折射率，m＝tgαn，xn∈，αn∈，②函数y＝f(x)在区间内其对x的一阶导数f′(x)为一单调递增的函数，且函数y＝f′(x)在区间内是一光滑连续曲线。2.根据权利要求1所述的一种激光束转换透镜；其特征在于所述的函数y＝f(x)是函数y＝Ln/k其中k＝π*/(180*xn)3.根据权利要求1所述的一种激光束转换透镜；其特征在于所述透镜的出射面的截面轮廓线是一圆心在y轴上的圆弧，且圆心位于出射面一侧。专利摘要一种激光束转换透镜，由光学透镜材料制作，透镜至少包含一段柱状曲面，该柱状曲面包括入射曲面和出射面，其在高度方向上的截面轮廓为非圆曲线；所述的入射激光束平行于y轴，其入射部分的曲面的截面轮廓线中包含一段由函数y＝f(x)在区间[－x文档编号G02B3/02GK2824067SQ20052010083公开日2006年10月4日 申请日期2005年3月5日 优先权日2005年3月5日专利技术者周培银 申请人:周培银本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光束转换透镜，由光学透镜材料制作，透镜至少包含一段柱状曲面，该柱状曲面能将平行传播的入射激光束通过折射转换为呈扇形放射传播的扁平出射激光，柱状曲面包括入射曲面和出射面；其特征在于：所述柱状曲面在高度方向上的截面轮廓为非圆曲线；所述的入射激光束平行于ｙ轴，其入射部分的曲面的截面轮廓线中包含一段由函数ｙ＝ｆ（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内构成的曲线，且所述的函数ｙ＝ｆ（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内满足条件：①（０．０２ｍ↑［２］＋１．０２）↑［０．５］［１．０１（ｍ↑［２］＋１）↑［０．５］ｘ↓［ｎ］－（１．０２（ｍ↑［２］＋１）ｘ↓［ｎ］↑［２］－ｍ↑［２］ｘ↑［２］）↑［０．５］］／ｍ≤ｆ（ｘ）≤２．４ｍ［２．６ｘ↓［ｎ］－（２．６ｘ↓［ｎ］↑［２］－ｘ↑［２］）↑［０．５］］；其中，ｉ表示透镜的折射率，ｍ＝ｔｇα↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］∈［１，１０］，α↓［ｎ］∈［４５°，９０°］，②函数ｙ＝ｆ（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内其对ｘ的一阶导数ｆ′（ｘ）为一单调递增的函数，且函数ｙ＝ｆ′（ｘ）在区间［－ｘ↓［ｎ］，ｘ↓［ｎ］］内是一光滑连续曲线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周培银，
申请(专利权)人：周培银，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]