一种激光场镜镜头及其激光扫描系统的制作方法

本发明涉及光学镜头领域，特别涉及一种激光场镜镜头及其激光扫描系统。

背景技术：

激光工业加工、医疗、科研和测量应用等领域通常会使用振镜扫描系统。激光光束经过准直或扩束后入射到x、y两个方向的振镜片上，再经过扫描场镜聚焦于工作面。在激光系统应用中，激光穿过镜头时会存在一定的温度残留；如果激光的功率较高，则镜头的镜片温度也会越高，这样就有可能使得与镜片接触的镜筒的温度也会较高，使得激光系统在被使用的过程中存在着安全隐患。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种激光场镜镜头，提高使用过程中的安全性。

本发明还提出一种基于上述激光场镜镜头的激光扫描系统。

根据本发明第一方面实施例的激光场镜镜头，包括：

透镜组，用于对入射激光进行折射传播；

镜筒，所述透镜组设置于所述镜筒的内部；

连接部，所述透镜组通过所述连接部而固定于所述镜筒的内部，所述透镜组的边缘与所述镜筒的内壁之间形成用于防止热量由所述透镜组传递到所述镜筒的空气间隔层。

根据本发明实施例的激光场镜镜头，至少具有如下有益效果：在透镜组的边缘和镜筒的内壁之间形成空气间隔层，使得激光通过透镜组的时候，透镜组存在着温度残余，当激光的功率较高的时候，透镜组的温度就会越高，空气间隔层就可以有效地阻隔透镜组上的热量直接传递到镜筒上，并且空气间隔层还可以有效地将透镜组上的热量通过空气流通的方式而进行散除，使得镜筒的温度不会过高，提高激光场镜镜头使用过程中的安全性。

根据本发明的一些实施例，所述透镜组包括沿激光传播方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均设置在所述镜筒的内部。

根据本发明的一些实施例，所述连接部包括粘胶层，所述透镜组通过所述粘胶层而固定连接于所述镜筒的内壁。

根据本发明的一些实施例，还包括锁环，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜通过所述锁环而限位固定于所述镜筒的内部。

根据本发明的一些实施例，所述粘胶层由耐高温胶水制成。

根据本发明的一些实施例，所述空气间隔层的厚度为0.2mm。

根据本发明的一些实施例，所述透镜组的焦距为452mm。

根据本发明的一些实施例，所述锁环由铝合金制成。

根据本发明的一些实施例，所述镜筒由铝合金制成。

根据本发明第二方面实施例的激光扫描系统，基于本发明第一方面的激光场镜镜头。

根据本发明实施例的激光扫描系统，至少具有如下有益效果：在透镜组的边缘和镜筒的内壁之间形成空气间隔层，使得激光通过透镜组的时候，透镜组存在着温度残余，当激光的功率较高的时候，透镜组的温度就会越高，空气间隔层就可以有效地阻隔透镜组上的热量直接传递到镜筒上，并且空气间隔层还可以有效地将透镜组上的热量通过空气流通的方式而进行散除，使得镜筒的温度不会过高，提高激光场镜镜头使用过程中的安全性。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的第一结构示意图；

图2为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的第二结构示意图；

图3为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的镜片与镜筒连接位置的放大结构示意图；

图4为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的粘胶层位置分布示意图；

图5为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的入瞳30mm光路图；

图6为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的入瞳30mmmtf曲线图；

图7为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的入瞳30mm光学弥散斑图；

图8为本发明一实施例的一种激光场镜镜头的入瞳30mm场曲与畸变图。

附图标记：

第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300、第四透镜400、第五透镜500、镜筒600、锁环700、连接部800、空气间隔层900。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下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发明和简化描述，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发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2和图3，本发明第一方面实施例的激光场镜镜头，包括：透镜组，用于对入射激光进行折射传播；镜筒600，透镜组设置于镜筒600的内部；连接部800，透镜组通过连接部800而固定于镜筒600的内部并使得透镜组的边缘与镜筒600的内壁之间形成用于防止热量由透镜组传递到镜筒600的空气间隔层900。在透镜组的边缘和镜筒600的内壁之间形成空气间隔层900，使得激光通过透镜组的时候，透镜组存在着温度残余，当激光的功率较高的时候，透镜组的温度就会越高，空气间隔层900就可以有效地阻隔透镜组上的热量直接传递到镜筒600上，并且空气间隔层900还可以有效地将透镜组上的热量通过空气流通的方式而进行散除，使得镜筒600的温度不会过高，提高激光场镜镜头使用过程中的安全性。

参照图1和图2，在本发明的一些具体实施例中，透镜组包括沿激光传播方向依次设置的第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300、第四透镜400和第五透镜500，第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300、第四透镜400和第五透镜500均设置在镜筒600的内部。透镜组包括了第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300、第四透镜400和第五透镜500，使得透镜组能够对相应的入射激光进行折射传播处理。

在本发明的一些具体实施例中，连接部800包括粘胶层，透镜组通过粘胶层而固定连接于镜筒600的内壁。透镜组通过粘胶层而连接到镜筒600的内壁，并且粘胶层还可以很好地防止透镜组直接与镜筒600相接触，并且粘胶层的传热性能并不好，进而可以防止透镜组上产生的热量直接传递到镜筒600，使得镜筒600的温度升高，很好防止操作者在使用的过程中因为碰触到镜筒600而被烫伤。

参照图1，在本发明的一些具体实施例中，还包括锁环700，第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300、第四透镜400和第五透镜500通过锁环700而限位固定于镜筒600的内部。第一透镜100、第二透镜200、第三透镜300、第四透镜400和第五透镜500可以通过锁环700而固定在镜筒600的某一位置处，使得透镜组具有较稳定的激光折射传播效果。

参照图4，在本发明的一些具体实施例中，粘胶层由耐高温胶水制成。粘胶层由耐高温胶水制成，使得耐高温胶水可以更加稳定地将透镜组和镜筒600进行固定连接，并且很好地阻碍热量直接从透镜组传递到镜筒600上，具有较好的隔热效果。并且在透镜组中的某些透镜的外周上均匀地设置有粘胶层，使得透镜组能够更加稳定地固定在镜筒600的内壁中，例如如图4所示，在透镜的外圆周上均匀地设置有六个粘胶层，从而可以使得透镜能够更加稳定地粘连在镜筒600的内壁上。

在本发明的一些具体实施例中，空气间隔层900的厚度为0.2mm。空气间隔层900的厚度为0.2mm，能够通过空气间隔层900中的气体流通而快速地对透镜组进行散热处理，使得透镜组的温度不会太高。

参照图5至图8，在本发明的一些具体实施例中，透镜组的焦距为452mm。

需要说明的是，激光工业加工、医疗、科研和测量应用等领域通常会使用振镜扫描系统。激光束经过准直或扩束后入射到x、y两个方向的振镜片上，再经过扫描场镜聚焦于工作面。同时光束入射角与像面上的光斑位置满足线性关系，从而通过控制入射光束的扫描角来控制聚焦光斑在像面上的位置。对于扫描场镜的选择主要考虑的技术参数是工作波长、入射光瞳、扫描范围和聚焦光斑直径。根据聚焦光斑大小公式：spotsize＝1.83×λ×f/d，通常在进行场镜设计时，聚焦光斑都在衍射极限内，其中λ为激光波长，f为透镜的有效焦距，d为1/e2处的入射光束直径。1.83为常数，与光瞳照明和输入截断的程度有关。聚焦光斑越小，则扫描效果越好，打印线条越精细，清晰。由以上公式可知，要想得到较小的光斑直径，在激光波长不变的情况下，只有减少透镜焦距或加大光斑直径。市面上许多扫描场镜都是针对小直径光斑设计的，为得到较小的聚焦光斑，只有减少焦距，而焦距变小，扫描范围也会相应减少。而市面上一些大扫描范围的场镜，也是针对小直径光斑而设计，因而在使用上会由于聚焦光斑过大，导致打印线条变粗或失真等现象。激光器的光斑直径指的是入射到激光场镜前的光斑尺寸大小，而激光器的规格多种多样，一般有8mm、10mm、12mm、14mm、20mm、25mm、30mm、50mm等等，而常用的光斑直径有10mm、14mm、20mm，一般的大功率激光器的光斑直径都较大，例如30mm光斑发激光器，但与之匹配的场镜却很少，本发明针对30mm光斑的激光器公开一种焦距f为452mm，应用于波长为1064nm的激光场镜。根据聚焦光斑大小公式：spotsize＝1.83×λ×f/d，其中，λ为激光波长，f为焦距，d为激光入射光斑，根据聚焦光斑公式可得spotsize＝1.83x1064x452/30＝29.34um，该设计数值对于大光斑的激光场镜，是十分理想的。

在本发明的一些具体实施例中，锁环700由铝合金制成。锁环700由铝合金制成，使得锁环700质轻，减轻激光场镜镜头的重量。

在本发明的一些具体实施例中，镜筒600也由铝合金制成。镜筒600由铝合金制成，使得镜筒600更加耐用，并且具备良好的散热性能，很好地防止镜筒600因为温度过高而烫伤操作者。

本发明第二方面实施例提供了一种激光扫描系统，基于本发明上述实施例的激光场镜镜头。

在一实施例中，本发明实施例的在透镜组的边缘和镜筒600的内壁之间形成空气间隔层900，使得激光通过透镜组的时候，透镜组存在着温度残余，当激光的功率较高的时候，透镜组的温度就会越高，空气间隔层900就可以有效地阻隔透镜组上的热量直接传递到镜筒600上，并且空气间隔层900还可以有效地将透镜组上的热量通过空气流通的方式而进行散除，使得镜筒600的温度不会过高，提高激光场镜镜头使用过程中的安全性。

需要说明的是，由于本实施例中的激光扫描系统与上述实施例中的激光场镜镜头基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本系统实施例，此处不再详述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。