專利名稱：：激光擴束鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光學(xué)鏡頭，尤其涉及城市燈光演示的激光擴束鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著激光應(yīng)用的拓展，近年開發(fā)出來一種城市激光演示燈光系統(tǒng)，它在平日可作為一種城市的標(biāo)示，節(jié)假日則可在城市中心及周圍發(fā)出各種顏色的彩色光柱以增加節(jié)日氣氛。由于這種燈柱要能覆蓋住整座城市，因此這種光柱直徑必須能有一定大，而且要求能遠(yuǎn)射。目前，激光器只能做成較小直徑的出射光束，如l-5mm，且激光光束的發(fā)散角一般都較大，光柱在天空只能有限射到很近的距離就消失在空氣中，因此，現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中，常需要對不同口徑的平行光束進(jìn)行擴束，普通激光輸出的光束直徑一般都比較小，一般為小5mm之間，實際系統(tǒng)中常常需要擴束后使用。如，中國專利號為ZL200410084636.5提供了一種光束通用擴束系統(tǒng)，其是將透鏡框與調(diào)節(jié)件分離，通過更換透鏡來實現(xiàn)擴束，這種擴束系統(tǒng)使用時相當(dāng)麻煩，也不能隨意調(diào)節(jié)射出光柱的大小和方向。在現(xiàn)代城市中，到處可見五彩繽紛燈光，其是采用激光燈光演示系統(tǒng)而射出，但目前的工業(yè)用激光器是不能作為燈光演示用的，由于它的光束太細(xì)，且因發(fā)散角的關(guān)系而不能遠(yuǎn)射，不能滿足現(xiàn)代城市燈光演示的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種激光擴束鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)可隨意調(diào)節(jié)光束大小和平行度，可滿足現(xiàn)代城市的燈光演示需求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種激光擴束鏡系統(tǒng)，包括第一透鏡，第二透鏡和第三透鏡，其中第一透鏡和第三透鏡曲面向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡曲面背向著光線入射的方向彎曲，且第二透鏡為擴束鏡，該三個透鏡位于同一光軸上；所述的第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為d2，所述的第二透鏡與第三透鏡在光軸上的間距為d4，其中d2=220mm，d4=200士15mm。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的激光擴束鏡系統(tǒng)通過設(shè)置三個彎月型透鏡，并通過透鏡間距來調(diào)節(jié)激光器出射光束，可使從激光器出射的光束擴大10-15倍；該激光擴束系統(tǒng)同時可調(diào)節(jié)射出激光的平行度，經(jīng)過擴束后，可形成直徑達(dá)小10-100mm的光束，經(jīng)擴束鏡調(diào)節(jié)成一束能遠(yuǎn)射到20-30公里的平行光柱。圖1為本發(fā)明的擴束鏡系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的擴束鏡系統(tǒng)實施例設(shè)置有一個反光鏡的光路示意圖3為本發(fā)明的擴束鏡系統(tǒng)實施例設(shè)置有兩個反光鏡的光路示意圖4為本發(fā)明的擴束鏡系統(tǒng)實施例的光線軌跡示意圖5為本發(fā)明的擴束鏡系統(tǒng)實施例的成像點的彌散斑示意圖6是本發(fā)明的擴束鏡系統(tǒng)實施例的能量集中度的示意圖；圖7是本發(fā)明的擴束鏡系統(tǒng)實施例的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF示意圖。具體實施例方式以下結(jié)合各附圖所示之最佳實施例作進(jìn)一步詳述。如圖1-圖4所示，本發(fā)明實施例提供一種激光擴束鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)第一透鏡L1、第二透鏡L2和第三透鏡L3構(gòu)成，該三個透鏡均為彎月型透鏡，其中，第一透鏡Ll曲面向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡L2曲面背向著光線入射的方向彎曲，且第二透鏡L2為擴束鏡，第三透鏡L3曲面向著光線的入射方向彎曲，該三個透鏡位于同一光軸上；經(jīng)過本發(fā)明實施例的激光器1射出的光線經(jīng)，首先進(jìn)入第一透鏡L1;再由第一透鏡L1平行進(jìn)入第二透鏡L2，經(jīng)過第二透鏡L2進(jìn)行擴束后，可形成直徑達(dá)小10-100mm的光束，經(jīng)第二透鏡L2調(diào)節(jié)成一束能遠(yuǎn)射到20-30公里的平行光柱，最后進(jìn)入第三透鏡L3。該三個透鏡的具體參數(shù)為第一透鏡L1，其分別由曲率半徑為Rl、R2的兩個曲面Sl、S2構(gòu)成，其光軸上的中心厚度dl，材料為Ndl:Vdl。第二透鏡L2，其分別由曲率半徑為R3、R4的兩個曲面S3、S4構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d3，材料為Nd2:Vd2。第三透鏡L3，其分別由曲率半徑為R5、R6的兩個曲面S5、S6構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d5，材料為Nd3:Vd3。第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2;第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的間距為d4。結(jié)合以上參數(shù)，本發(fā)明實施例設(shè)計了一個最佳的擴束鏡系統(tǒng)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>其中，上述擴束鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的動態(tài)設(shè)計范圍有1^6，AR卜e《±5%(&R4)d3,5，Ad3,5《±5%"，d3，d5)d=220d4，215>d4>185Nd/vd，ANd/vd《5%(NVvc^Nd2/vd2)本發(fā)明實施例所述的激光器出射光束直徑P入=5"""，變倍第二透鏡L2出射光束直徑伊出=50~75owj，P=1015x，遠(yuǎn)射距離1"1020Kmm。|3=1015x表示激光器1出射的光束經(jīng)第二透鏡L2擴束后的直徑擴大了10-15倍。如圖2所示，本發(fā)明實施例所述的系統(tǒng)還包括一個反光鏡A，當(dāng)激光器1出射的光束經(jīng)第二透鏡L2擴束后，由第三透鏡L3進(jìn)入反光鏡A，如圖4所示，然后再出射到反光鏡A上，該光束可自由在天空中垂直掃描180°，如圖2所示。如圖3所示，本發(fā)明實施例包括兩個反光鏡A和B，當(dāng)激光器1出射的光束經(jīng)第二透鏡L2擴束，由第三透鏡L3出射到反光鏡A上，然后反射出的光束可再進(jìn)行反射到反光鏡B上，該出射的光束可在自由在天空中水平掃描360。，本發(fā)明實施可以使用不同顏色的激光束，可使天空布滿五彩繽紛的顏色，彩色的光柱，非常耀眼奪目。本發(fā)明實施例所述的反光鏡的尺寸為長X寬X高=120X80X5mm該反光鏡上還鍍有增透膜和反射膜，該增透膜和反射膜的厚度為A=480-532-656.3nm，A:表示可透過光線的波長.，本發(fā)明實施例主要以藍(lán)光，綠光和紅光為例，其透過光波波長的峰值為480,532和656.3。本發(fā)明實施例設(shè)計的最佳擴束鏡系統(tǒng)，其具體成像質(zhì)量如下參見圖5所示，本發(fā)明實施例的擴束鏡系統(tǒng)的幾何彌散斑，其斑點在6ii左右，具有極高的分辨率。參見圖6所示，其為本發(fā)明實施例的擴束鏡擴束后光束的能量集中度，表明其能量已完全集中在20ii以內(nèi)。參見圖7所示，其為本發(fā)明實施例的擴束鏡頭綜合成像評價的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF，其值也接近理想。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例可將小光束進(jìn)行擴束，而且可調(diào)節(jié)光束的平行度，滿足不同城市燈光的演示需求。以上，僅為本發(fā)明之較佳實施例，意在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非對其進(jìn)行限定。凡根據(jù)上述之文字和附圖所公開的內(nèi)容進(jìn)行的簡單的替換，都在本專利的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種激光擴束鏡系統(tǒng)，包括第一透鏡(L1)，第二透鏡(L2)和第三透鏡(L3)，其特征在于所述的第一透鏡(L1)、第二透鏡(L2)和第三透鏡(L3)分別是彎月型透鏡，其中，第一透鏡(L1)和第三透鏡(L3)曲面向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡(L2)曲面背向著光線入射的方向彎曲，且第二透鏡(L2)為擴束鏡，該三個透鏡位于同一光軸上；所述的第一透鏡(L1)與第二透鏡(L2)在光軸上的間距為d2，所述的第二透鏡(L2)與第三透鏡(L3)在光軸上的間距為d4，其中d2＝2～20mm，d4＝200±15mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于激光經(jīng)過所述的第二透鏡(L2)的擴束倍數(shù)為10-15倍。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第一透鏡(Ll)是由曲率半徑為Rl和R2的兩個曲面Sl和S2構(gòu)成，Rl的值為-6.6mm士5%，R2的值為-6.0mm±5%;該第一透鏡(Ll)在光軸上的中心厚度為2.0mm±5%。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第二透鏡(L2)是由曲率半徑為R3和R4的兩個曲面S3和S4構(gòu)成，R3的值為17.0mm±5%，R4的值為4.2mm±5%;該第二透鏡(L2)在光軸上的中心厚度為2.0mm±5%。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第三透鏡(L3)是由曲率半徑為R5和R6的兩個曲面S5和S6構(gòu)成，R5的值為-1600.0mm±5%，R6的值為-160.0mm±5%;該第三透鏡(L3)在光軸上的中心厚度為2mm±5%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第一透鏡(Ll)材質(zhì)為Ndl:Vdl=1.5:68，±5%的誤差范圍。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第二透鏡(L2)材質(zhì)為Nd2:Vd2=1.8:25，±5%的誤差范圍。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第三透鏡(L3)材質(zhì)為Nd3:Vd3=1.8:25，±5%的誤差范圍。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光擴束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)還包括至少一個反光鏡，該反光鏡上還鍍有增透膜和反射膜。全文摘要本發(fā)明提供一種激光擴束鏡系統(tǒng)，所述的第一透鏡，第二透鏡和第三透鏡分別是彎月型透鏡，其中，第一透鏡和第三透鏡曲面向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡曲面背向著光線入射的方向彎曲，且第二透鏡為擴束鏡，該三個透鏡位于同一光軸上；第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為d2，所述的第二透鏡與第三透鏡在光軸上的間距為d4，其中d2＝2～20mm，d4＝200±15mm；本發(fā)明提供的激光擴束鏡系統(tǒng)并通過透鏡間距來調(diào)節(jié)激光器出射光束，可使從激光器出射的光束擴大10-15倍；該激光擴束系統(tǒng)同時可調(diào)節(jié)射出激光的平行度，經(jīng)過擴束后，可形成直徑達(dá)φ10-100mm的光束，經(jīng)擴束鏡調(diào)節(jié)成一束能遠(yuǎn)射到20-30公里的平行光柱。文檔編號G02B17/08GK101750744SQ20091018931公開日2010年6月23日申請日期2009年12月23日優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日發(fā)明者周朝明,李家英,高云峰申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司