一种修正光斑质量的扩束镜的制作方法

本实用新型涉及扩束镜领域，尤其涉及一种修正光斑质量的扩束镜。

背景技术：

激光的应用领域非常广泛，例如：激光医疗、激光灼刻、激光焊接、激光切割、激光检测与计量、激光雷达、激光武器等；一般情况下，所需要的激光光束要较优的模式，而从激光器输出的光束通常直径小，具有发散角，空间模式较差，需要在实际使用中根据使用要求对其进行调节，尤其是使用紫外激光进行加工时，光斑质量要求较高。

扩束是调节光束质量最常用的组件，市场上常用的扩束镜只能够改变激光光束直径和发散角，不能改变光斑模式；目前市场上扩束镜装置有很多种，基本都是解决发散角、改变扩束倍数的问题，一般只有两组镜片，通过机械结构调节镜片距离达到发散角或倍数的改变；现有扩束装置存在的问题是：不能有效的改善光束质量(即M²值)；当M²＞1.2时，经过扩束后光斑的呈椭圆形或者枣核形状，在激光加工时经聚焦后的光斑对工作物质的加工效果不理想；缺少一种扩束先改变光斑质量后再调节发散角和扩大光束直径的扩束镜。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种修正光斑质量的扩束镜，以解决上述技术问题的至少一种。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下，一种修正光斑质量的扩束镜，包括：扩束镜筒、凸透镜组、凹透镜组、修正镜筒和柱面镜；扩束镜筒的一端固定连接有凸透镜组，扩束镜筒的另一端固定连接有凹透镜组；修正镜筒的一端固定连接有柱面镜，修正镜筒的另一端敞口且可拆卸连接在扩束镜筒固定有凹透镜组的一端。

本实用新型的有益效果是：采用先改变光斑质量后再调节发散角和扩大光束直径的扩束镜的原理，实现了先对激光进行质量修正；通过设置修正镜筒，实现了经过修正镜筒的激光光束呈椭圆形的光斑的长轴部分被柱面镜有效的压缩而短轴部分不便，从修正镜筒另一侧出射的光束改变了空间模式，被修正的光束再依次通过凹透镜组和凸透镜组进行扩束，扩束后的光斑直径变大、发散角减小，得到光学加工所需要的准直性良好的激光束；通过在修正镜筒的一端设置扩束镜筒，实现了将光斑质量修正后的激光束先后通过凹透镜组和凸透镜组实现了光束直径的改变以及光束发散角的改变；通过本实用新型，实现了对光斑的修正，能够调整发散角度，实现了光束发散角的调整的连续性，本实用新型的扩束镜结构简单，加工成本低，转配灵活，维护方便；将修正镜筒以及柱面镜组成的组件拆卸下来可实现常规扩束功能，通用性更好。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，扩束镜筒包括主镜筒和滑动镜筒；滑动镜筒的一端固定连接有凸透镜组，滑动镜筒的另一端敞口且套设在主镜筒的一端，主镜筒和滑动镜筒之间滑动连接，主镜筒的另一端固定连接有凹透镜组；修正镜筒的敞口端套设在主镜筒固定有凹透镜组的一端且与之可拆卸连接。

采用上述进一步方案的有益效果：通过将扩束镜筒设置为滑动连接的主镜筒和滑动镜筒，当滑动镜筒相对于主镜筒直线移动的过程中，实现了凹透镜组和凸透镜组之间间距的可连续调整，从而实现了光束发散角的连续可调整；通过将修正镜筒设置在主镜筒固定有凹透镜组的一端，先对光斑质量进行修正，从而增强了激光扩束过程中的稳定性，提高了光束的准直性。

进一步，柱面镜包括至少一个弯月柱面镜。

采用上述进一步方案的有益效果：通过将柱面镜设置为至少一个弯月柱面镜，实现了将椭圆形的光斑的长轴进行有效的压缩而短轴部分不便，实现了对光斑质量的修正，经由弯月柱面镜的光束能量分布由原来的椭圆形改变成圆形，满足高斯光束在聚焦后会形成圆形的点状光斑，修正整形后的光束进入聚焦镜，聚焦在加工件上，激光能量更集中、加工线条更细、实现对材料的高精度加工；通过将弯月柱面镜的数量设置为至少一个，在实现光束修正的基础上，提高了对不同光束的适应性，满座了不同场合的精度校准需求。

进一步，主镜筒的外周侧设置有环形凸起，环形凸起的一侧抵接在修正镜筒的敞口端。

采用上述进一步方案的有益效果：通过在主镜筒外侧设置环形凸起，一方面对修正镜筒和主镜筒之间的安装提供了定位基准的平面，使主镜筒和修正镜筒的轴线具备较好的同轴度；另一方面，实现了对滑动镜筒沿主镜筒轴线方向的限位，避免了因主镜筒在滑动镜筒中伸缩过长导致的凸透镜组的脱落；此外，还实现滑动镜筒和修正镜筒的分离设置，避免了二者的运动干涉；还减少了在调整主镜筒和滑动镜筒之间相对位置时产生的手对主镜筒和修正镜筒的摩擦损坏。

进一步，滑动镜筒的筒壁上开设有定位孔，定位孔内螺纹连接有定位螺栓；定位螺栓抵接在主镜筒上时，滑动镜筒相对主镜筒静止。

采用上述进一步方案的有益效果：通过在滑动镜筒上设置定位孔，并在定位孔中螺纹连接有定位螺栓，实现了对调整好的主镜筒和滑动镜筒之间位置的锁定，减少了因主镜筒和滑动镜筒之间相对移动产生的对已经调整好的发散角的改变的影响，提高了光束发散角的稳定性。

进一步，修正镜筒的敞口端设置有基准法兰面，基准法兰面为圆环形，基准法兰面位于修正镜筒内部且垂直于修正镜筒的轴线，基准法兰面抵接在主镜筒固定有凹透镜组的一端。

采用上述进一步方案的有益效果：通过在修正镜筒内设置基准法兰面，保证了修正镜筒相对与主镜筒的同轴精度，减少了因修正镜筒和主镜筒之间因轴线偏转导致的光束修正质量变差，进而减少了对扩束后的激光束光斑质量的影响。

进一步，主镜筒的内侧壁包括沿其轴线依次连接的内凹曲面、圆柱面和外凸曲面，圆柱面分别与内凹曲面和外凸曲面相切，内凹曲面设置在主镜筒的敞口端，外凸曲面设置在主镜筒固定有凹面镜组的一端。

采用上述进一步方案的有益效果：通过将主镜筒内壁面设置为依次连接的内凹曲面、圆柱面和外凸曲面，减少了主镜筒内壁面对光束扩散过程的影响，提高了扩束的稳定性，可得到光斑质量好且准直性好的激光束。

进一步，修正镜筒螺纹连接在主镜筒上。

采用上述进一步方案的有益效果：通过将修正镜筒和主镜筒之间采用螺纹连接的可拆卸方式，一方面使主镜筒和修正镜筒之间固定更加稳固，另一方面实现了将修正镜筒从主镜筒上轻易的拆卸；同时螺纹连接具有较高的连接强度，加工制造难度低，连接稳定性好。

进一步，凸透镜组包括至少一个凸透镜。

采用上述进一步方案的有益效果：通过将凸透镜组设置为由多个凸透镜组成的方式，实现了凸透镜组的模块化，可快速更换相应的模块以适应不同光束质量和扩束倍率的要求，凸透镜组内的多个凸透镜之间经光学定心加工，保证光轴同轴度和平行度，从而提高了光学系统的精度。

进一步，凹透镜组包括至少一个凹透镜。

采用上述进一步方案的有益效果：通过将凹透镜组设置为由多个凹透镜组成的方式，实现了凹透镜组的模块化，可快速更换相应的模块以适应不同光束质量和扩束倍率的要求，凹透镜组内的多个凹透镜之间经光学定心加工，保证光轴同轴度和平行度，从而提高了光学系统的精度。

附图说明

图1为本实用新型的一种修正光斑质量的扩束镜的结构剖视图；

图2为本实用新型的一种修正光斑质量的扩束镜的结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、主镜筒，2、滑动镜筒，3、凸透镜组，4、凹透镜组，5、修正镜筒， 6、柱面镜，7、基准法兰面，8、环形凸起，9、定位孔，10、定位螺栓，11、内凹曲面，12、圆柱面，13、外凸曲面。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1和图2所示，本实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，包括：扩束镜筒、凸透镜组3、凹透镜组4、修正镜筒5和柱面镜6；扩束镜筒的一端固定连接有凸透镜组3，扩束镜筒的另一端固定连接有凹透镜组4；修正镜筒5的一端固定连接有柱面镜6，修正镜筒5的另一端敞口且可拆卸连接在扩束镜筒固定有凹透镜组4的一端。

具体的，扩束镜筒为管状结构，凹透镜组4为一个或多个凹透镜组4成，凹透镜组4通过粘合剂粘合在镜筒的一端或者是通过卡接结构卡接固定在镜筒的一端；凸透镜组3为一个或多个凸透镜组3成，凸透镜组3通过粘合剂粘合在镜筒的一端或者是通过卡接结构卡接固定在镜筒的另一端，修正镜筒 5为中间贯通的圆管状结构，修正镜筒5和扩束镜筒之间的可拆卸连接方式为螺纹连接或者卡接件卡接中的任意一种，柱面镜6通过粘合剂粘合在修正镜筒5的一端或者通过卡接结构及螺栓固定在修正镜筒5上；优选的，在一个具体的实施例中，凸透镜为一端凸出另一端为平面的凸透镜，凹透镜为一端凹入另一端为平面的凹透镜，凹透镜的平面端和凸透镜的平面端正对设置，且均朝向扩束镜筒的内侧空腔内，凹透镜的凹入的端面正对修正镜筒5上的柱面镜6设置，凸透镜的凸出面朝向扩束镜筒的外侧方向设置。

本实施例的操作过程：将修正镜筒5安装在扩束镜筒上设置有凹透镜组 4的一端，将激光光束经由修正镜筒5上的柱面镜6射入，经由修正镜筒5 的作用后椭圆光斑变为圆光斑，然后修正后的激光束经由扩束镜筒上的凹透镜组4和凸透镜组3，实现了光斑直径变大和发散角减小，从而输出光学加工所需要的准直性良好的激光束。

本实施例的有益效果是：采用先改变光斑质量后再调节发散角和扩大光束直径的扩束镜的原理，实现了先对激光进行质量修正；通过设置修正镜筒 5，实现了经过修正镜筒5的激光光束呈椭圆形的光斑的长轴部分被柱面镜6 有效的压缩而短轴部分不便，从修正镜筒5另一侧出射的光束改变了空间模式，被修正的光束再依次通过凹透镜组4和凸透镜组3进行扩束，扩束后的光斑直径变大、发散角减小，得到光学加工所需要的准直性良好的激光束；通过在修正镜筒5的一端设置扩束镜筒，实现了将光斑质量修正后的激光束先后通过凹透镜组4和凸透镜组3实现了光束直径的改变以及光束发散角的改变；通过本实施例，实现了对光斑的修正，能够调整发散角度，实现了光束发散角的调整的连续性，本实施例的扩束镜结构简单，加工成本低，转配灵活，维护方便；将修正镜筒5以及柱面镜6组成的组件拆卸下来可实现常规扩束功能，通用性更好。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，扩束镜筒包括主镜筒1和滑动镜筒2；滑动镜筒2的一端固定连接有凸透镜组3，滑动镜筒2的另一端敞口且套设在主镜筒1的一端，主镜筒1和滑动镜筒2之间滑动连接，主镜筒1的另一端固定连接有凹透镜组4；修正镜筒5的敞口端套设在主镜筒1固定有凹透镜组4的一端且与之可拆卸连接。

具体的，主镜筒1和滑动镜筒2之间的可拆卸连接方式为螺纹连接或者是卡接结构卡接中的一种。

采用上述实施例的有益效果：通过将扩束镜筒设置为滑动连接的主镜筒 1和滑动镜筒2，当滑动镜筒2相对于主镜筒1直线移动的过程中，实现了凹透镜组4和凸透镜组3之间间距的可连续调整，从而实现了光束发散角的连续可调整；通过将修正镜筒5设置在主镜筒1固定有凹透镜组4的一端，先对光斑质量进行修正，从而增强了激光扩束过程中的稳定性，提高了光束的准直性。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，柱面镜6包括至少一个弯月柱面镜。

具体的，少一个弯月柱面镜光轴相同且平行设置，柱面镜6是非球面透镜，可以有效减小球差和色差，采用弯月柱面镜6来实现对光斑质量的修正，具有更优的修正效果；此外，在另一些可选的实施例中，柱面镜6还可以是平凸柱面透镜、平凹柱面透镜、双凸柱面透镜、双凹柱面、柱交柱面镜6和异形类柱面透镜中的任意一种，可以根据实际的光斑质量的精度及与圆度进行选择。

采用上述实施例的有益效果：通过将柱面镜6设置为至少一个弯月柱面镜6，实现了将椭圆形的光斑的长轴进行有效的压缩而短轴部分不便，实现了对光斑质量的修正，经由弯月柱面镜6的光束能量分布由原来的椭圆形改变成圆形，满足高斯光束在聚焦后会形成圆形的点状光斑，修正整形后的光束进入聚焦镜，聚焦在加工件上，激光能量更集中、加工线条更细、实现对材料的高精度加工；通过将弯月柱面镜6的数量设置为至少一个，在实现光束修正的基础上，提高了对不同光束的适应性，满座了不同场合的精度校准需求。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，主镜筒1的外周侧设置有环形凸起8，环形凸起8的一侧抵接在修正镜筒5的敞口端。

具体的，环形凸起8和主镜筒1为一体连接的结构，可以通过切桖成型或者是一体注塑材料制成，环形凸起8的环形表面和主镜筒1的轴线之间保持较高的垂直度；为了便于加工，减少加工难度，环形凸起8可以通过粘合剂粘贴在主镜筒1的外周侧上，当主镜筒1为金属材质时，还可以将环形凸起8通过螺纹连接的方式设置在主镜筒1的外周侧

采用上述实施例的有益效果：通过在主镜筒1外侧设置环形凸起8，一方面对修正镜筒5和主镜筒1之间的安装提供了定位基准的平面，使主镜筒 1和修正镜筒5的轴线具备较好的同轴度；另一方面，实现了对滑动镜筒2 沿主镜筒1轴线方向的限位，避免了因主镜筒1在滑动镜筒2中伸缩过长导致的凸透镜组3的脱落；此外，还实现滑动镜筒2和修正镜筒5的分离设置，避免了二者的运动干涉；还减少了在调整主镜筒1和滑动镜筒2之间相对位置时产生的手对主镜筒1和修正镜筒5的摩擦损坏。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，滑动镜筒2的筒壁上开设有定位孔9，定位孔9内螺纹连接有定位螺栓 10；定位螺栓10抵接在主镜筒1上时，滑动镜筒2相对主镜筒1静止。

具体的，定位孔9内开设有与定位螺栓10相适配的内螺纹，定位螺栓 10采用六角螺母或者是内六角螺母，当选用内六角螺母时，减少了因来连接件外漏产生的整个装置外观美观性变低的现象，同时减少了因连接件外漏导致的对使用者的刮伤。

采用上述实施例的有益效果：通过在滑动镜筒2上设置定位孔9，并在定位孔9中螺纹连接有定位螺栓10，实现了对调整好的主镜筒1和滑动镜筒2之间位置的锁定，减少了因主镜筒1和滑动镜筒2之间相对移动产生的对已经调整好的发散角的改变的影响，提高了光束发散角的稳定性。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，修正镜筒5的敞口端设置有基准法兰面7，基准法兰面7为圆环形，基准法兰面7位于修正镜筒5内部且垂直于修正镜筒5的轴线，基准法兰面7 抵接在主镜筒1固定有凹透镜组4的一端。

具体的，基准法兰面7通过车削或铣削加工而成，其具有较高的平面度，较低的表面粗糙度，同时基准法兰面7和修正镜筒5以及主镜筒1的轴线均具有较高的垂直度。

采用上述实施例的有益效果：通过在修正镜筒5内设置基准法兰面7，保证了修正镜筒5相对与主镜筒1的同轴精度，减少了因修正镜筒5和主镜筒1之间因轴线偏转导致的光束修正质量变差，进而减少了对扩束后的激光束光斑质量的影响。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，主镜筒1的内侧壁包括沿其轴线依次连接的内凹曲面11、圆柱面12和外凸曲面13，内凹曲面11和外凸曲面13，圆柱面12分别和内凹曲面11设置在主镜筒1的敞口端，外凸曲面13设置在主镜筒1固定有凹面镜组的一端。

具体的，内凹曲面11指的是主镜筒1内侧壁向镜筒轴线方向凹入的壁面，外凸曲面13指的是主镜筒1内侧壁向镜筒远离镜筒轴线方向凸出的壁面。

采用上述实施例的有益效果：通过将主镜筒1内壁面设置为依次连接的内凹曲面11、圆柱面12和外凸曲面13，减少了主镜筒1内壁面对光束扩散过程的影响，提高了扩束的稳定性，可得到光斑质量好且准直性好的激光束。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，修正镜筒5螺纹连接在主镜筒1上。

具体的，上述实施例中的螺纹连接可以是普通左旋或右旋的螺纹，也可以是管螺纹等螺纹形式。

采用上述实施例的有益效果：通过将修正镜筒5和主镜筒1之间采用螺纹连接的可拆卸方式，一方面使主镜筒1和修正镜筒5之间固定更加稳固，另一方面实现了将修正镜筒5从主镜筒1上轻易的拆卸；同时螺纹连接具有较高的连接强度，加工制造难度低，连接稳定性好。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，凸透镜组3包括至少一个凸透镜。

具体的，至少一个凸透镜的光轴同轴，其相互之间平行设置且通过连接件连接成一体模块结构。

采用上述实施例的有益效果：通过将凸透镜组3设置为由多个凸透镜组 3成的方式，实现了凸透镜组3的模块化，可快速更换相应的模块以适应不同光束质量和扩束倍率的要求，凸透镜组3内的多个凸透镜之间经光学定心加工，保证光轴同轴度和平行度，从而提高了光学系统的精度。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，凹透镜组4包括至少一个凹透镜。

具体的，至少一个凹透镜的光轴同轴，其相互之间平行设置且通过连接件连接成一体模块结构。

采用上述实施例的有益效果：通过将凹透镜组4设置为由多个凹透镜组 4成的方式，实现了凹透镜组4的模块化，可快速更换相应的模块以适应不同光束质量和扩束倍率的要求，凹透镜组4内的多个凹透镜之间经光学定心加工，保证光轴同轴度和平行度，从而提高了光学系统的精度。

如图1和图2所示，在一些可选的实施例中的一种修正光斑质量的扩束镜，修正镜筒5的内侧壁为依次连接的圆柱螺纹段、锥面段和圆柱曲面段，圆柱螺纹段设置在修正镜筒5的敞口端，圆柱曲面段设置在固定有柱面镜6 的一端，锥面段的大端和圆柱螺纹段连接，锥面段的小端和圆柱曲面段连接，圆柱螺纹段的内侧壁上设置有管螺纹。

采用上述实施例的有益效果：通过锥面段的设置，减少了修正镜筒5内侧壁对经由柱面镜入射的激光光束的干扰，提高了修正光斑的质量，激光可全部进入到安装有凹面镜组4的扩束镜筒进行扩束。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“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方法、装置或者特点包含于本实用新型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、方法、装置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。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。