CN114924407A - 激光扫描振镜系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光振镜技术领域，提供一种激光扫描振镜系统。激光扫描振镜系统，包括平面反射振镜和曲面反射振镜；所述平面反射振镜，用于将激光束反射到曲面反射振镜；所述曲面反射振镜，用于对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面。根据本申请实施例的激光扫描振镜系统，实现了通过曲面反射振镜对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面上，无需提前对激光束进行动态聚焦，减少了使用的光学结构数量，装配简单，避免装配时出现较大的机械误差。

Description

激光扫描振镜系统

技术领域

本申请涉及激光振镜技术领域，尤其涉及激光扫描振镜系统。

背景技术

目前，激光扫描振镜系统主要有两种结构形式：物镜前振镜扫描和物镜后振镜扫描。相关技术中的振镜扫描系统主要是由平面振镜组成，激光束经过动态聚焦结构4后，是以聚焦的形式进入振镜结构中，动态聚焦结构4较为复杂，并且透镜个数较多，在装配过程中容易存在较大的机械误差。

发明内容

本申请旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种激光扫描振镜系统，实现了通过曲面反射振镜对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面上，无需提前对激光束进行动态聚焦，减少了使用的光学结构数量，装配简单，避免装配时出现较大的机械误差。

根据本申请的激光扫描振镜系统，包括平面反射振镜和曲面反射振镜；

所述平面反射振镜，用于将激光束反射到曲面反射振镜；

所述曲面反射振镜，用于对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面上。

根据本申请实施例的激光扫描振镜系统，通过平面反射振镜将激光束反射到曲面反射振镜，曲面反射振镜对激光束进行偏转反射，并同时对激光束进行聚焦，实现对激光束的聚焦，使得通过曲面反射振镜反射到工作面上的激光束是经过聚焦的。进而实现了通过曲面反射振镜对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面上，无需提前对激光束进行动态聚焦，且只需使用平面反射振镜和曲面反射振镜即可，减少了使用的光学结构数量，装配简单，避免装配时出现较大的机械误差。

根据本申请的一个实施例，所述平面反射振镜和所述曲面反射振镜之间的距离为30±5mm。

根据本申请的一个实施例，所述曲面反射振镜为球面反射镜，所述球面反射镜的曲率半径为200±10mm；

或

所述曲面反射振镜为非球面结构。

根据本申请的一个实施例，所述曲面反射振镜为压电材料制成。

根据本申请的一个实施例，所述激光振镜扫描系统包括电源模块，所述电源模块的正极端与所述曲面反射振镜的一端电连接，所述电源模块的负极端与所述曲面反射振镜的另一端电连接，所述电源模块用于改变所述曲面反射振镜两端的电压。

根据本申请的一个实施例，所述激光扫描振镜系统包括动态聚焦结构，所述动态聚焦结构设置于激光束入射到所述平面反射振镜的路径上，所述动态聚焦结构用于使得激光束以平行光的形式入射到所述平面反射振镜。

根据本申请的一个实施例，所述动态聚焦结构包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜设置于所述第一透镜和所述平面反射振镜之间。

根据本申请的一个实施例，所述第一透镜和所述第二透镜之间的间距为110±5mm。

根据本申请的一个实施例，所述第二透镜和所述平面反射振镜之间的间距为30±5mm。

根据本申请的一个实施例，所述平面反射振镜和所述曲面反射振镜的偏转角度为±15°。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1是本申请实施例提供的激光扫描振镜系统的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的激光扫描振镜系统的结构示意图之二；

附图标记：

1、平面反射振镜；2、曲面反射振镜；3、电源模块；4、动态聚焦结构；

41、第一透镜；42、第二透镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不能用来限制本申请的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1和图2描述本申请的激光扫描振镜系统。

根据本申请实施例，如图1和图2所示，激光扫描振镜系统包括：平面反射振镜1和曲面反射振镜2；

所述平面反射振镜1，用于将激光束反射到曲面反射振镜2；

所述曲面反射振镜2，用于对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面上。

在使用时，将激光束平行入射到平面反射振镜1上，平面反射振镜1将激光束反射到曲面反射振镜2，曲面反射振镜2对激光束进行偏转反射，并同时对激光束进行聚焦，实现对激光束的聚焦，使得通过曲面反射振镜2反射到工作面上的激光束是经过聚焦的。进而实现了通过曲面反射振镜2对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面上，无需提前对激光束进行动态聚焦，且只需使用平面反射振镜1和曲面反射振镜2即可，减少了使用的光学结构数量，装配简单，避免装配时出现较大的机械误差。相比于相关技术中的振镜扫描系统，本申请通过将平面振镜替换为曲面反射振镜2，使得曲面反射振镜2在对激光束起到反射作用的同时，可以对激光束起到聚焦作用。

在本申请的实施例中，所述平面反射振镜1和所述曲面反射振镜2之间的距离为30±5mm。在使用时，平面反射振镜1和曲面反射振镜2之间的距离可以根据实际需求在25mm到35mm之间调整。需要注意的是，在本申请的实施例中，平面反射振镜1和曲面反射振镜2之间的距离优选为30mm。

在本申请的一个实施例中，所述曲面反射振镜2例如为球面反射镜，所述球面反射镜的曲率半径为200±10mm。在使用时，可以根据实际需求选择曲率半径在190mm到210mm之间的球面反射镜作为曲面反射振镜2。需要注意的是，在本申请的实施例中，优选选用曲率半径为200mm的球面反射镜作为曲面反射振镜2。

在本申请的实施例中，所述曲面反射振镜2为非球面结构。在使用时，通过使用非球面结构的振镜作为本实施例的曲面反射振镜2，可以进一步提高系统的聚焦质量。

在本申请的一个实施例中，所述曲面反射振镜2为压电材料制成。在使用时，通过使用压电材料制成曲面反射振镜2，使得曲面反射振镜2的曲率可以根据受到的压力大小而发生变化，进而可以通过控制对曲面反射振镜2施加的压力调整曲面反射振镜2的曲率，对于激光束不同聚焦位置的离焦误差，只需改变曲面反射振镜2的曲率半径就能够补偿离焦误差，系统将不需要具备动态聚焦镜或相应的动态聚焦结构4，进一步简化了系统的整体结构。

在本申请的一个实施例中，如图1和图2所示，所述激光振镜扫描系统包括电源模块3，所述电源模块3的正极端与所述曲面反射振镜2的一端电连接，所述电源模块3的负极端与所述曲面反射振镜2的另一端电连接，所述电源模块3用于改变所述曲面反射振镜2两端的电压。在使用时，通过在曲面反射振镜2的两端连接电源模块3，通过电源模块3对曲面反射振镜2施加电压，进而可以控制电源模块3改变曲面反射振镜2两端的电压大小，进而可以改变曲面反射振镜2的曲率。使得曲面反射振镜2可以使得激光束聚焦于不同位置而不存在离焦误差，进而使得曲面反射振镜2同时具备反射激光束、聚焦激光束以及补偿离焦误差等功能。

在本申请的一个实施例中，如图1和图2所示，所述激光扫描振镜系统包括动态聚焦结构4，所述动态聚焦结构4设置于激光束入射到所述平面反射振镜1的路径上，所述动态聚焦结构4用于使得激光束以平行光的形式入射到所述平面反射振镜1。在使用时，激光束通过动态聚焦结构4后入射到平面反射振镜1，激光束经过动态聚焦结构4时，动态聚焦结构4使得激光束以平行光的形式入射到平面反射振镜1，使得激光束平行入射到平面反射振镜1后再平行反射到曲面反射振镜2，进而使得曲面反射振镜2可以对激光束进行聚焦。且当需要将激光束聚焦在不同位置时，偏转平面反射振镜1和/或曲面反射振镜2，随着振镜扫描角度的改变，激光束到达聚焦位置的光程发生变化，在扫描过程中存在离焦误差。此时通过移动动态聚焦结构4，使得系统的焦距改变，补偿该离焦误差，使聚焦光斑聚焦在扫描位置处，使得系统可以让激光束聚焦在所需的位置，使得系统具有三维扫描能力。

在本申请的实施例中，入射到动态聚焦结构4的激光束的直径小于6mm，入射激光的波长为1064nm。但是应当了解，入射到动态聚焦结构4的激光束的直径和波长还可以是其他任何合适的数值。

在本申请的一个实施例中，如图1和图2所示，所述动态聚焦结构4包括第一透镜41和第二透镜42，所述第二透镜42设置于所述第一透镜41和所述平面反射振镜1之间。在使用时，使得经过准直处理的激光束入射到第一透镜41，经过准直处理的激光束为接近平行的激光束，则激光束经过第一透镜41后并不是平行光束。激光束经过第一透镜41后入射到第二透镜42，第二透镜42使得激光束平行射出，使得入射到平面反射振镜1上的激光束是平行光束，进而使得入射到曲面反射振镜2的激光束是平行光束，使得曲面反射振镜2可以对激光束进行聚焦。在需要对不同位置进行扫描时，可以移动第一透镜41和第二透镜42的位置，使得系统的焦距随着发生变化，进而使得曲面反射振镜2可以将激光束聚焦到新的待扫描位置，避免出现离焦误差。

在本申请的实施例中，所述第一透镜41和所述第二透镜42之间的间距为110±5mm。在使用时，第一透镜41和第二透镜42中间的间距可以根据实际情况在105mm到115mm之间调整，使得曲面反射振镜2可以将激光束聚焦到工作面上。需要注意的是，在本实施例中，第一透镜41和第二透镜42之间的间距优选为110mm。

在本申请的实施例中，第一透镜41例如为弯月型负透镜，但是应当了解，第一透镜41还可以选用其他任何合适的透镜。其中，第一透镜41的前表面曲率半径优选为为-13.9±1.0mm，后表面曲率半径优选为-47.6±1.0mm，第一透镜41的中心厚度优选为2.0±0.1mm。第一透镜41的材料为优选为熔石英，材料的折射率为1.46，阿贝尔系数为67.8。

在本申请的实施例中，所述第二透镜42和所述平面反射振镜1之间的间距为30±5mm。在使用时，第二透镜42和平面反射振镜1之间的间距可以根据实际情况在25mm到35mm之间调整，使得经过第二透镜42的激光束可以平行入射到平面反射振镜1上。需要注意的是，在本实施例中，第二透镜42和平面反射振镜1之间的间距优选为30mm。

在本申请的实施例中，第二透镜42例如为双凸型正透镜，但是应当了解，第二透镜42还可以为其他任何合适的透镜。第二透镜42的前表面曲率半径优选为142.1±1.0mm，后表面曲率半径优选为-75.8±1.0mm，第二透镜42的中心厚度优选为5.0±0.1mm。第二透镜42的材料优选为为熔石英，材料的折射率为1.46，阿贝尔系数为67.8。

在本申请的一个实施例中，所述激光振镜扫描系统包括第一偏转件和第二偏转件，所述平面反射振镜1安装在所述第一偏转件上，所述第一偏转件用于带动所述平面反射振镜1偏转，所述曲面反射振镜2安装在所述第二偏转件上，所述第二偏转件用于带动曲面反射振镜2偏转。在使用时，通过第一偏转件带动平面反射振镜1偏转，通过第二偏转件带动曲面反射振镜2偏转，使得平面反射振镜1和曲面反射振镜2偏转后，经过曲面反射振镜2的激光束可以聚焦在不同位置，同时通过移动动态聚焦结构4或改变曲面反射振镜2的曲率，补偿离焦误差，使得曲面反射振镜2可以将激光束聚焦并使得焦点位于新的待扫描位置。

在本申请的实施例中，第一偏转件和第二偏转件例如为高精度电机。但是应当了解，第一偏转件和第二偏转件还可以是其他任何合适的可以带动平面反射振镜1和曲面反射振镜2偏转的动力元件。

在本申请的一个实施例中，所述平面反射振镜1和所述曲面反射振镜2的偏转角度为±15°。在使用时，平面反射振镜1和曲面反射振镜2可以根据实际需求在-15°到+15°之间偏转，配合动态聚焦结构4的移动或曲面反射振镜2曲率的调整，保证曲面反射振镜2可以将激光束聚焦到不同位置，可以对不同的工作面进行扫描。需要注意的是，在本实施例中，平面反射振镜1和曲面反射振镜2的机械偏转角度优选为±10°。

最后应说明的是，以上实施方式仅用于说明本申请，而非对本申请的限制。尽管参照实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本申请的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种激光扫描振镜系统，其特征在于，包括平面反射振镜和曲面反射振镜；

所述平面反射振镜，用于将激光束反射到曲面反射振镜；

所述曲面反射振镜，用于对激光束进行聚焦并将激光束反射到工作面上。

2.根据权利要求1所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述平面反射振镜和所述曲面反射振镜之间的距离为30±5mm。

3.根据权利要求1所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述曲面反射振镜为球面反射镜，所述球面反射镜的曲率半径为200±10mm；

或

所述曲面反射振镜为非球面结构。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述曲面反射振镜为压电材料制成。

5.根据权利要求4所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述激光振镜扫描系统包括电源模块，所述电源模块的正极端与所述曲面反射振镜的一端电连接，所述电源模块的负极端与所述曲面反射振镜的另一端电连接，所述电源模块用于改变所述曲面反射振镜两端的电压。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述激光扫描振镜系统包括动态聚焦结构，所述动态聚焦结构设置于激光束入射到所述平面反射振镜的路径上，所述动态聚焦结构用于使得激光束以平行光的形式入射到所述平面反射振镜。

7.根据权利要求6所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述动态聚焦结构包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜设置于所述第一透镜和所述平面反射振镜之间。

8.根据权利要求7所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜之间的间距为110±5mm。

9.根据权利要求7所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述第二透镜和所述平面反射振镜之间的间距为30±5mm。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的激光扫描振镜系统，其特征在于，所述平面反射振镜和所述曲面反射振镜的偏转角度为±15°。

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