一种具有温度补偿的光学透镜系统和光源系统的制作方法

一种具有温度补偿的光学透镜系统和光源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及光学和光源【技术领域】，公开了一种具有温度补偿的光学透镜系统，包括塑料非球面透镜组和过渡补偿件；非球面透镜组固定于过渡补偿件上。还公开了一种具有温度补偿的光学透镜的光源系统，包括光源、塑料非球面透镜组和过渡补偿件；过渡补偿件设于光源和塑料非球面透镜组之间，其一端固定于光源上，另一端固定所述塑料非球面透镜组。本实用新型通过在非球面透镜和光源之间增设一温度过渡补偿件，可补偿塑料非球面透镜随温度改变引起的焦距变化，具有良好的温度补偿性能，结构可靠、简单，成本低。
【专利说明】一种具有温度补偿的光学透镜系统和光源系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光学和光源【技术领域】，尤其涉及一种具有温度补偿的光学透镜系统和使用该光学透镜的光源系统。
【背景技术】
[0002]很多激光光源由于光束发散角大，给像差矫正带来了很多困难。单个球面透镜只有在小角度偏折光线时才不引入球差，因此常常需要三片甚至四片球面透镜。相比之下，单片非球面透镜就能对激光光源准直而不引入球差。与准直相反，将光束耦合到光纤或波导中时，常常需要将光束会聚到衍射极限光斑大小。因为球差的存在，使用单个球面透镜不能得到较高的耦合效率，但是使用校正了球差的单片非球面透镜可以达到很高的耦合效率。
[0003]常用的玻璃非球面透镜温度特性较好但价格高，相对于玻璃材质，利用模塑技术生产的全塑料非球面透镜，是拥有标准非球面透镜性能的近衍射极限的光学元件，具有消球差的特点，使单色光的光斑大小和准直可至衍射极限，但由于塑料的热稳定性较差，其透镜焦距会随温度改变而变化。为了有效地降低成本，使用塑料非球面透镜替代玻璃非球面透镜是一种必然趋势。
[0004]在先技术中国专利局于2004年5月19日公开的发明专利申请《带有温度补偿的准直透镜和使用该透镜的光学扫描装置》(申请号:200310102434.4)，是一种由单片塑料透镜形成的温度补偿准直透镜，如图1所示该准直透镜12 —侧上形成有折射面121，另一侧上形成有衍射面122，该折射面121和衍射面122具有能够防止准直透镜12的光焦度由于温度的改变而改变的预定光焦度，准直透镜将来自光源11的光束变为基本平行的光束。该准直透镜12的折射面121的光焦度Kr和衍射面122的光焦度Kd满足以下条件:_3〈Kd/Kr<-2和Kd/Kr=-[2n+ (n+1) X (n2+2) ]/4n，其中n为构成准直透镜12材料的折射率。
[0005]上述结构的准直透镜，折射面和衍射面需要通过计算满足上述2个公式才能够防止准直透镜的光焦度由于温度变化而引起的预定光焦度变化，透镜参数设计复杂；而且准直透镜需要利用金刚石车床、刻线机、光蚀刻或激光束切割的方法形成衍射面的形状，加工复杂，成本高；整个系统的工作温度范围受到透镜参数设计的约束。

【发明内容】

[0006]本实用新型的目的之一在于提供一种具有温度补偿的光学透镜系统，工艺简单，成本低。
[0007]本实用新型的目的之二在于提供一种使用上述光学透镜的光源系统，具有良好的温度补偿性能，结构简单，成本低。
[0008]为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为:一种具有温度补偿的光学透镜系统，包括塑料非球面透镜组和过渡补偿件；所述非球面透镜组固定于过渡补偿件上。
[0009]进一步的，所述过渡补偿件的线膨胀系数a满足公式:LXaX AT=Af,其中，L为所述过渡补偿件的有效长度，Δ T为工作温度变化量，Δ f为温度变化Λ T之后，所述非球面透镜组的焦距变化量。
[0010]进一步的，所述过渡补偿件为一管状结构，所述非球面透镜组通过一透镜座固定于该管状结构一端。
[0011]本实用新型提供的，具有温度补偿的光学透镜的光源系统，包括光源和塑料非球面透镜组，还包括过渡补偿件；所述过渡补偿件设于光源和塑料非球面透镜组之间，其一端固定于光源上，另一端固定所述塑料非球面透镜组。
[0012]进一步的，所述过渡补偿件的线膨胀系数a满足公式:LXaX AT=Af,其中，L为所述过渡补偿件的有效长度，Δ T为工作温度变化量，Δ f为温度变化Λ T之后，所述非球面透镜组的焦距变化量。
[0013]进一步的，所述过渡补偿件为一管状结构。
[0014]进一步的，还包括一透镜座，所述塑料非球面透镜组设于透镜座上，通过透镜座固定于所述管状结构一端。
[0015]进一步的,还包括一光源座，所述管状结构另一端固定于光源座上。
[0016]进一步的，所述光源为激光器或LED。
[0017]进一步的，所述激光器为半导体激光器或固体激光器。
[0018]本实用新型的有益效果为:本实用新型通过在非球面透镜和光源之间增设一温度过渡补偿件，可补偿塑料非球面透镜随温度改变引起的焦距变化，具有良好的温度补偿性能，结构可靠、简单，成本低。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1为现有技术的带温度补偿的准直透镜；
[0020]图2为本实用新型光学透镜系统实施例结构示意图；
[0021]图3为本实用新型光源系统实施例一结构示意图；
[0022]图4为本实用新型光源系统实施例二结构示意图；
[0023]图5为本实用新型光源系统实施例三结构示意图。
[0024]附图标示:11、光源；12、准直透镜；121、折射面；122、衍射面；20、透镜系统；21、非球面透镜组；22、过渡补偿件；23、透镜座；31、半导体激光器；32、光源座；40、光纤。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】，对本实用新型做进一步说明。
[0026]本实用新型的具有温度补偿的光学透镜系统，通过增加一个温度过渡补偿件，选用合适的线膨胀系数的材料制成合适的有效长度的过渡补偿件，能够补偿塑料非球面透镜随温度改变引起的焦距变化。该系统结构简单、稳定，能在很宽的工作温度范围内对塑料非球面透镜的焦距变化进行补偿，使其达到玻璃透镜对光源整形的效果，而且成本大大降低。具体的，该透镜系统20包括塑料非球面透镜组21和过渡补偿件22 ;所述非球面透镜组21固定于过渡补偿件22上。
[0027]如图2所示的实施例，塑料非球面透镜组21包括一个透镜，通过一个透镜座23固定于过渡补偿件22的一端。该过渡补偿件22的线膨胀系数a满足公式:LXaX AT=Af,其中，L为过渡补偿件22的有效长度，Δ T为工作温度变化量，Δ f为温度变化Λ T之后，透镜的焦距变化量。通过该过渡补偿件22，能在很宽的工作温度范围内对塑料非球面透镜的焦距变化进行补偿，使其达到玻璃透镜对光源整形的效果，而且成本大大降低。其中，过渡补偿件22为一管状结构，如圆管、方管、矩形管或多边形管等。
[0028]本实用新型还提供了利用上述透镜系统20整形的光源系统，使得光源系统输出光束和耦合效率更稳定，而且结构简单，成本低。具体的，该具温度补偿的光学透镜的光源系统，包括光源和塑料非球面透镜组，还包括过渡补偿件。该过渡补偿件设于光源和塑料非球面透镜组之间，其一端固定于光源上，另一端固定所述塑料非球面透镜组。
[0029]如图3所示的实施例一，该实施例的光源为一个未经准直的半导体激光器31，设于一光源座32上，塑料非球面透镜组21为一准直透镜，设于一透镜座23上。补偿过渡件22为使用线性膨胀材料加工的圆形套筒，将其一端套在光源座32上，另一端套在上述透镜座23上。通过微调透镜座23到半导体激光器31的相对位置，可以得到符合要求的光斑大小，再将其固定于补偿过渡件22上。该过渡补偿件22的有效长度，根据其线性膨胀系数、透镜焦距决定，可由公式LXaX Λ T= Λ f计算得出，其中，L为过渡补偿件22的有效长度，a为过渡补偿件材料的线性膨胀系数，Δ T为工作温度变化量，Δ f为温度变化Λ T之后，准直透镜的焦距变化量。
[0030]当工作温度升高Λ T之后，准直透镜的焦距将变化Λ f，使得其光束整形效果变差；此时，过渡补偿件22的长度也将变化LXaX Λ T的量，刚好补偿透镜焦距的变化量，是其整形效果保持不变，达到玻璃透镜对光源整形的效果。
[0031]如图4所示的实施例二，与实施例一不同的是，该实施例的光源为是经过准直的半导体激光器31，通过一塑料非球面透镜整形后将其光斑聚焦到一光纤40端面上，将其耦合到光纤40或光导内。同样，通过上述公式选用合适有效长度和线性膨胀系数的过渡补偿件22，可以使得在整个工作温度范围内，经过非球面透镜整形之后的聚焦光斑大小不变，从而使得该光源系统具有稳定的耦合效率。
[0032]如图5所示的实施例三，与实施例一不同的是，其塑料非球面透镜组21由两个塑料非球面透镜组成，对未经准直的半导体激光器31发出的激光束进行整形，将其光斑聚焦到一光纤40端面上，将其耦合到光纤40或光导内。同样，通过上述公式选用合适有效长度和线性膨胀系数的过渡补偿件22，可以使得在整个工作温度范围内，经过非球面透镜组22整形之后的聚焦光斑大小不变，从而使得该光源系统具有稳定的耦合效率。
[0033]上述各实施例中的光源，还可以是LED光源或固体激光器等，可以是准直的光源，也可以是未经准直的光源。，过渡补偿件为一管状结构，如圆管、方管、矩形管或多边形管
坐寸ο
[0034]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有温度补偿的光学透镜系统，其特征在于:包括塑料非球面透镜组和过渡补偿件；所述非球面透镜组固定于过渡补偿件上。
2.如权利要求1所述具有温度补偿的光学透镜系统，其特征在于:所述过渡补偿件的线膨胀系数a满足公式=LXaX Λ T= Λ f，其中，L为所述过渡补偿件的有效长度，Δ T为工作温度变化量，Δ f为温度变化Λ T之后，所述非球面透镜组的焦距变化量。
3.如权利要求1或2所述具有温度补偿的光学透镜系统，其特征在于:所述过渡补偿件为一管状结构，所述非球面透镜组通过一透镜座固定于该管状结构一端。
4.一种具有温度补偿的光学透镜的光源系统，包括光源和塑料非球面透镜组，其特征在于:还包括过渡补偿件；所述过渡补偿件设于光源和塑料非球面透镜组之间，其一端固定于光源上，另一端固定所述塑料非球面透镜组。
5.如权利要求4所述光源系统，其特征在于:所述过渡补偿件的线膨胀系数a满足公式:LXaX Λ T= Λ f，其中，L为所述过渡补偿件的有效长度，Λ T为工作温度变化量，Λ f为温度变化Λ T之后，所述非球面透镜组的焦距变化量。
6.如权利要求4或5所述光源系统，其特征在于:所述过渡补偿件为一管状结构。
7.如权利要求6所述光源系统，其特征在于:还包括一透镜座，所述塑料非球面透镜组设于透镜座上，通过透镜座固定于所述管状结构一端。
8.如权利要求7所述光源系统，其特征在于:还包括一光源座，所述管状结构另一端固定于光源座上。
9.如权利要求4所述光源系统，其特征在于:所述光源为激光器或LED。
10.如权利要求9所述光源系统，其特征在于:所述激光器为半导体激光器或固体激光器。
【文档编号】F21V17/00GK203643671SQ201320845757
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】赵媛媛, 张哨峰, 沈渊, 李大汕, 杨金涛 申请人:上海高意激光技术有限公司