[发明专利]一种360度透射式自由曲面整形激光模组及其中自由曲面透射镜的设计方法

说明书

本发明涉及一种360度透射式自由曲面整形激光模组及其中自由曲面透射镜的设计方法，其包括镜筒，位于镜筒一端的半导体激光器、位于镜筒中部的透射镜安装座和位于镜筒另一端的反射镜安装座，所述反射镜安装座上安装有锥度为45°的圆锥面反射镜，所述镜筒的侧面嵌合设置有石英管，所述石英管与圆锥面反射镜设置在同一水平位置处，所述透射镜安装座上设置有自由曲面透射镜，所述自由曲面透射镜为圆柱体状，所述自由曲面透射镜的两端设置有第一自由曲面和第二自由曲面，所述第一自由曲面和第二自由曲面由多种曲面组合而成，组成第一自由曲面和第二自由曲面的曲面包括有但不限于离轴非球曲面和双曲面。本发明具有减少光束整形过程中能量损失的效果。

技术领域

本发明涉及激光整形领域，尤其是涉及一种360度透射式自由曲面整形激光模组及其中自由曲面透射镜的设计方法。

背景技术

激光投线仪，又被称作是激光标线仪或者是激光水准仪，是一种在普通水准仪的望远镜上安装并固定了激光模组而制成的一类测量仪器，在使用的过程中，激光投线仪通过发射激光束，使得激光束通过激光模组形成了激光面以投射出水平的激光线，从而实现测量和校准的目的，被广泛应用于建筑作业过程中。

现有技术中，公告号为CN202485678U的中国实用新型专利公开了一种适于生成360度环绕线的激光标线模组，其包括：激光模组、设于该激光模组的激光输出端前方的锥形镜，以使激光模组输出的激光束变成一360度发散的激光面，以在使用时，适于在四周的墙体上生成标线，满足了特殊应用场合的需要。为确保生成一360度发散的圆形激光面，进而使四周的墙体上生成的标线，该锥形镜的中心轴线即为所述激光模组输出激光束的中心线。该锥形镜为圆锥形镜，其锥面角度为10-45度。本实用新型利用锥形镜通过光反射将柱状激光束转换成与激光束成一定角度的360度发散的激光面，以在使用时，适于在四周的墙体上生成标线，满足了特殊应用场合的需要。

上述现有技术方案存在以下缺陷：在实际使用的过程中，激光一般由半导体激光器提供，由于其自身发光原理的特性，激光器产生的光斑一般为椭圆形，椭圆形的光斑在经过圆锥面反射镜反射后，容易导致反射后各位置处的激光有较大的差别，从而导致各点处的亮度差别过大。现有技术中一般是通过在光路中放置光阑，使得椭圆形的光斑被光阑遮挡后形成规则的圆形光斑，圆形光斑再经圆锥面反射镜反射后即可形成亮度较为均匀的激光。但是椭圆形的光斑在经过光阑之后，有约60％的能量均被光阑阻挡而无法到达反射镜处，这就导致往往需要选用功率更大的激光来达到同等的亮度，而功率过高的激光往往会导致发热量增加，同时也会增加使用过程中可能产生的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种360度透射式自由曲面整形激光模组，具有减少光束整形过程中能量损失的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种360度透射式自由曲面整形激光模组，包括镜筒，位于镜筒一端的半导体激光器、位于镜筒中部的透射镜安装座和位于镜筒另一端的反射镜安装座，所述反射镜安装座上安装有锥度为45°的圆锥面反射镜，所述镜筒的侧面嵌合设置有石英管，所述石英管与圆锥面反射镜设置在同一水平位置处，所述透射镜安装座上设置有自由曲面透射镜，所述自由曲面透射镜为圆柱体状，所述自由曲面透射镜的两端设置有第一自由曲面和第二自由曲面，所述第一自由曲面和第二自由曲面由多种曲面组合而成，组成第一自由曲面和第二自由曲面的曲面包括有但不限于离轴非球曲面和双曲面。

通过采用上述技术方案，半导体激光器中发射出的光线经过自由曲面透射镜后被整形成能量均匀的规则圆形光斑并最终照射至圆锥面反射镜处，光线经圆锥面反射镜反射后被水平射出，即可形成亮度均匀的360°的激光带，并经过石英管射入至外界环境中，从而实现投线仪的投线功能。第一自由曲面和第二自由曲面用于将椭圆形的能量分布不均的光斑整形成圆形的能量分布均匀的光斑，且整形后的圆形光斑的中心依然位于镜筒的轴线上，大部分的光线均可经过自由曲面透射镜的透射作用后照射至圆锥面反射镜上，故有效减少了光传递过程中的能量损失。