一种透镜以及线光源系统的制作方法

本发明涉及光学领域，特别涉及一种透镜以及线光源系统。

背景技术：

为了在材料加工过程中避免造成不必要的浪费以及错误，精准的定位至关重要。一字线激光器是一种基于激光光源的、方便实用的定位或加工工具。准直的激光光束经过一柱面镜后，可在单一方向被展宽，并经过优化获得在一字线长方向上宽度和强度均均匀分布的一字线。这种结构需要直接对激光器出射光束进行作用，针对高功率的大型激光器而言，不便于移动或其它动态功能的实现。光纤耦合激光器将激光器输出光束耦合进光纤，并从另一端输出，使得光纤耦合激光器的光束出射方向与空间位置可随意改变，极大地方便了工业应用。然而，经光纤耦合并出射的激光光锥具有较高的出射数值孔径，直接使用传统的柱透镜已经难以控制一字线宽度及其均匀性，通常会采用一聚集镜或聚集镜组将光纤耦合激光器输出的光锥进行准直，再结合前述之柱透镜进行单方向扩束，从而实现一字线投影。但该种方案需要多个光学元件，在系统的集成制造上具有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种透镜，所述透镜包括：第一表面，所述第一表面为柱面；第二表面，所述第二表面为一超环面，且所述第二表面的扫掠轴与所述第一表面的母线相互垂直；所述第一表面与所述第二表面相对设置。

一些实施例中，所述第一表面的准线为二次曲线。

一些实施例中，所述第一表面的准线为双曲线。

一些实施例中，所述二次曲线的常数k小于-1。

一些实施例中，所述透镜的材料为玻璃。

一些实施例中，所述玻璃的折射率分布于1.4～2.0之间。

另一方面，本发明提供一种线光源系统，所述线光源系统包括如前所述的透镜，以及光纤耦合激光器，所述透镜的第一表面靠近光纤耦合激光器的输出端；所述第二表面为一字线出射面。

一些实施例中，所述第二表面的曲率半径定义在垂直于由所述光纤耦合激光器的光锥顶点与一字线构成的平面内；所述第二表面的扫掠半径定义在由所述光纤耦合激光器的光锥顶点与一字线构成的平面内。

一些实施例中，所述第一表面的准线为二次曲线。

一些实施例中，所述第一表面的准线为双曲线。

本发明提供的透镜以及线光源系统采用单一透镜在有限距离实现长度方向均匀强度分布，在宽度方向上聚集的一字线，且该系统采用单一透镜，省却了装调集成；采用适用于精密模压工艺的玻璃材料，可以实现规模生产。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种线光源系统的俯视图；

图2为本发明一个实施例的一种线光源系统的前视图；

图3为本发明一个实施例的透镜的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的线光源系统产生的一字线长度方向的照度分布；

图5为本发明一个实施例的线光源系统产生的一字线宽度方向的照度分布。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面参考图1至图5来对本发明实施例的透镜以及线光源系统进行详细说明。

如图3所示，是本发明提供一种透镜1，所述透镜1包括：第一表面11，第二表面12。所述第一表面11为柱面；第二表面2，所述第二表面12为一超环面，且所述第二表面12的扫掠轴与所述第一表面11的母线相互垂直；所述第一表面11与所述第二表面12相对设置。

一些实施例中，所述第一表面11的准线为二次曲线。

一些实施例中，所述第一表面11的准线为双曲线。

一些实施例中，所述二次曲线的常数k小于-1。

一些实施例中，所述透镜1的材料为玻璃。如可采用适用于精密模压的玻璃材料。

一些实施例中，所述玻璃的折射率分布于1.4～2.0之间。且折射率越高，越有利。

如图1和图2所示，为本发明提供的一种线光源系统100，所述线光源系统100包括如前所述的透镜1，以及光纤耦合激光器2，所述透镜1的第一表面11靠近光纤耦合激光器2的输出端；所述透镜的第二表面12为一字线出射面。

一些实施例中，所述透镜的第二表面12的曲率半径定义在垂直于由所述光纤耦合激光器2的光锥顶点与一字线构成的平面内；所述透镜的第二表面12的扫掠半径定义在由所述光纤耦合激光器2的光锥顶点与一字线构成的平面内。

一些实施例中，所述第一表面11的准线为二次曲线。

一些实施例中，所述第一表面的11准线为双曲线。

如图1所示为本发明具体实施方式提供的一种线光源系统100的俯视图。光纤耦合激光器2以一定的数值孔径出射发散光，经第一表面11的柱面和第二表面12的超环面两级扩束后，等间距地照射到探测屏3上，在该方向上实现均匀照明。第一表面11的柱面准线为直线，与纸面垂直，其俯视图轮廓，亦为该柱面的母线，为一二次曲线，更具体为一双曲线，其二次曲线常数k<-1。第二表面12的俯视轮廓为一曲率半径为超环面扫掠半径的圆。该线光源系统100产生的一字线照明长度方向处于该平面内。

如图2所示为本发明具体实施方式提供的线光源系统100的前视图。其前视图表示一单透镜成像系统，实现一字线光源宽度方向上的聚焦。所述透镜1的第一表面11前视图轮廓为一直线，第二表面12前视图轮廓为一曲率半径为超环面曲率半径的圆弧。该线光源系统100产生的一字线照明宽度方向处于该平面内，其宽度取决于透镜1在该视图中的聚焦性能。

如图4和图5所示分别为具体实施方式中的线光源系统在有限距产生的一字线归一化长度和宽度方向归一化照度分布。从图上可知，本实施例提供的透镜和线光源系统产生的一字线在在有限距离实现长度方向具有高均匀强度分布，所述一字线在宽度方向上聚集。

本发明的有益效果在于：本发明提供的透镜以及线光源系统采用单一透镜在有限距离实现长度方向均匀强度分布，在宽度方向上聚集的一字线，且该系统采用单一透镜，省却了装调集成；采用适用于精密模压工艺的玻璃材料，可以实现规模生产。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。