CN102109678B - 一种激光扩束装置及演示*** - Google Patents

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Abstract

本发明适用于舞台灯光演示，提供了一种激光扩束装置，其包括：第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜位于同一光轴上，所述第一透镜为双凹型透镜，所述第二透镜为凸面向着光线出射方向弯曲的弯月型透镜；所述第一透镜和第二透镜之间的距离为d2，25mm≤d2≤35mm，且所述第一透镜为扩束镜。此外还提供一种演示***，所述演示***在上述第二透镜输出光路上设第一振镜，所述第一振镜反射光路上设第二振镜。经由本激光扩束装置出射的激光束平行且适合舞台演示。平行光束经所述第一振镜反射后可在空间垂直方向180°范围内任意扫射。平行光束经所述第二振镜反射后可在空间水平方向360°范围内任意扫射，利用各种颜色的激光，便可快速编制出各种花色的图案。

Description

一种激光扩束装置及演示***
技术领域
本发明属于光路调整装置，尤其涉及一种激光扩束装置及演示***。
背景技术
激光颜色鲜艳，色彩饱和，适合于舞台灯光演示。但激光器发出的激光束较细，且因存在发散角而发散。而舞台灯光需要的是平行光束，演示***才可快速编制出各种花色的图案。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种可将激光束直径扩大至原来4倍以上且平行出射的激光扩束装置。
本发明实施例的另一目的在于提供一种扫射灵活的演示***。
本发明实施例是这样实现的，一种激光扩束装置，包括：第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜位于同一光轴上，所述第一透镜为双凹型透镜，所述第二透镜为凸面向着光线出射方向弯曲的弯月型透镜；所述第一透镜和第二透镜之间的距离为d2，25mm≤d2≤35mm，且所述第一透镜为扩束镜；
所述第一透镜具有曲率半径为R1的第一曲面S1和曲率半径为R2的第二曲面S2，所述第二透镜具有曲率半径为R3的第三曲面S3和曲率半径为R4的第四曲面S4；其中第一曲面S1的曲率半径R1的期望值为-14mm、第二曲面S2的曲率半径R2的期望值为8.5mm、第三曲面S3的曲率半径R3的期望值为-109mm、第四曲面S4的曲率半径R4的期望值为-27mm，曲率半径R1、R2、R3和R4的公差均不超过各自期望值的5％。
本发明实施例的另一目的是这样实现的，一种演示***，包括：第一透镜、第二透镜以及位于所述第二透镜输出光路上的至少一个振镜，所述第一透镜为双凹型透镜，所述第二透镜为凸面向着光线出射方向弯曲的弯月型透镜；所述第一透镜与第二透镜之间的距离为d2，25mm≤d2≤35mm。
本发明中所述第一透镜为扩束镜，激光器出射的激光束经过第一透镜后，扩束后入射至第二透镜，本扩束装置将激光光束扩束后变成平行光束，以适合舞台演示；沿平行光束出射方向设有第一振镜，平行光束经所述第一振镜反射后可在空间垂直方向180°范围内任意扫射。经所述第一振镜反射的平行光束的光路上设第二振镜，平行光束经所述第二振镜反射后可在空间水平方向360°范围内任意扫射，所述演示***垂直方向和水平方向扫射灵活，利用各种颜色的激光，可快速编制出各种花色的图案。
附图说明
图1是本发明实施例提供的激光扩束装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的激光扩束镜装置的光路示意图；
图3是本发明实施例提供的演示***的结构示意图；
图4是经本发明实施例提供的激光扩束装置出射的平行光成像点的几何弥散斑图；
图5是经本发明实施例提供的激光扩束装置出射的平行光能量集中度图；
图6是经本发明实施例提供的激光扩束装置出射的平行光光学传递函数MTF图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的激光扩束装置具有第一透镜1和第二透镜2，所述第一透镜和第二透镜位于同一光轴上，所述第一透镜1为双凹型透镜，所述第二透镜2为凸面向着光线出射方向弯曲的弯月型透镜；所述第一透镜1和第二透镜2之间的距离为d2，25mm≤d2≤35mm，且所述第一透镜1为扩束镜，其扩束倍数为4倍；第二透镜2为准直镜，可将入射的激光光束准直成平行光束射出。
  曲面S   曲率半径R(mm)   中心厚度或间距(mm)   材料Nd/Vd
  1   -14   1
  2   8.5   30±5   1.5/68
  3   -109   3
  4   -27   1.8/25
请参见上表，上表为一种激光扩束装置的参数，所述第一透镜1的材料为Nd1:Vd1，其中Nd1表示所述第一透镜1的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的折射率，Vd1表示所述第一透镜1的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的阿贝数；所选用光学材料Nd1:Vd1的期望值为1.5/68，此光学材料Nd1:Vd1的公差不超过期望值的5％。
所述第二透镜2的材料为Nd2:Vd2，其中Nd2表示所述第二透镜2的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的折射率，Vd2表示所述第二透镜2的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的阿贝数；所选用光学材料Nd2:Vd2的期望值为1.8/25，此光学材料Nd2:Vd2的公差不超过期望值的5％。
所述第一透镜1具有曲率半径为R1的第一曲面S1和曲率半径为R2的第二曲面S2，所述第一透镜1光轴上的中心厚度为d1；其中第一曲面S1的曲率半径R1的期望值为-14mm，第二曲面S2的曲率半径R2的期望值为8.5mm，所述第一透镜1光轴上的中心厚度d1的期望值为1mm，曲率半径R1、R2和中心厚度d1的公差不超过期望值的5％。
所述第二透镜2具有曲率半径为R3的第三曲面S3和曲率半径为R4的第四曲面S4，所述第二透镜2光轴上的中心厚度为d3；其中第三曲面S3的曲率半径R3的期望值为-109mm，第四曲面S4的曲率半径R4的期望值为-27mm，所述第二透镜2光轴上的中心厚度d3的期望值为3mm，曲率半径R3、R4和中心厚度d3的公差不超过期望值的5％。
所述第一透镜1和第二透镜2之间的距离d2的期望值为30mm，距离d2的公差不超过期望值的5％，即：25mm≤d2≤35mm。所述第一透镜1和第二透镜2的材料参数和结构参数以及它们之间的间距均取期望值，入射激光束的直径
Figure GSB00000915682000041
时，经激光扩束装置扩束出射激光束的直径
Figure GSB00000915682000042
由此可知本激光扩束装置可将激光束的直径扩大到4倍(β＝4x)并转变成平行光束，即激光光束经过第一透镜1，光束的直径被第一透镜1扩大至原来的4倍，扩束后的光束进入第二透镜2，入射的激光光束被第二透镜2准直成平行光束射出。
所述第一曲面S1、第二曲面S2、第三曲面S3和第四曲面S4均镀增透膜，所述增透膜膜系优选λ＝480-532-656.3nm，这样可以提高激光扩束装置对RGB(abbr：Red、Green、Blue，红、绿、蓝)三基色光的出光效率。经由第二透镜2准直后的平行光束的出射方向设第一振镜3，平行光束经所述第一振镜3反射后可在空间垂直方向180°范围内任意扫射。经所述第一振镜3反射的平行光束的光路上设第二振镜4，平行光束经所述第二振镜4反射后可在空间水平方向360°范围内任意扫射，所述第一振镜3和第二振镜4均为平面反射镜。
为与所述第一透镜1和第二透镜2配套，所述第一振镜3和第二振镜4的反射面均镀反射膜，所述反射膜膜系优选λ＝480-532-656.3nm，这样可以提高反射镜对RGB(abbr：Red、Green、Blue，红、绿、蓝)三基色光的反射效率。所述第一透镜1和第二透镜2设于可调节它们相对位置的套筒内。
如图3所示，所述第一振镜3和第二振镜4与激光扩束装置一起构成演示***，所述第一振镜3和第二振镜4设于调节支架。利用各种颜色的激光便可快速编制出各种花色的图案。
如图4所示，经本激光扩束装置出射的平行光成像点在6μ左右，具有极高的分辨率。如图5所示，经本激光扩束装置出射的平行光能量完全集中在50μ以内。如图6所示，从此光学传递函数MTF图可看出本激光扩束装置综合成像评价已接近理想。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光扩束装置，包括：第一透镜和第二透镜，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜位于同一光轴上，所述第一透镜为双凹型透镜，所述第二透镜为凸面向着光线出射方向弯曲的弯月型透镜；所述第一透镜和第二透镜之间的距离为d2，25mm≤d2≤35mm，且所述第一透镜为扩束镜；
所述第一透镜具有曲率半径为R1的第一曲面S1和曲率半径为R2的第二曲面S2，所述第二透镜具有曲率半径为R3的第三曲面S3和曲率半径为R4的第四曲面S4；其中第一曲面S1的曲率半径R1的期望值为-14mm、第二曲面S2的曲率半径R2的期望值为8.5mm、第三曲面S3的曲率半径R3的期望值为-109mm、第四曲面S4的曲率半径R4的期望值为-27mm，曲率半径R1、R2、R3和R4的公差均不超过各自期望值的5％。
2.如权利要求1所述的激光扩束装置，其特征在于，所述第一透镜的扩束倍数为4倍。
3.如权利要求1所述的激光扩束装置，其特征在于，所述第二透镜为准直镜。
4.如权利要求1所述的激光扩束装置，其特征在于，所述第一透镜光轴上的中心厚度d1的期望值为1mm，所述第二透镜光轴上的中心厚度d3的期望值为3mm，中心厚度d1和d3的公差均不超过各自期望值的5％。
5.如权利要求1所述的激光扩束装置，其特征在于，所述第一透镜的材料Nd1:Vd1的期望值为1.5/68、所述第二透镜的材料Nd2:Vd2的期望值为1.8/25，光学材料Nd1:Vd1和Nd2:Vd2的公差均不超过各自期望值的5％，其中Nd1表示所述第一透镜的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的折射率，Vd1表示所述第一透镜的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的阿贝数，Nd2表示所述第二透镜的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的折射率，Vd2表示所述第二透镜的材料在波长λ＝587.6nm的d线处的阿贝数。
6.如权利要求1所述的激光扩束装置，其特征在于，所述第一曲面S1、第二曲面S2、第三曲面S3和第四曲面S4均镀增透膜，所述增透膜膜系为λ＝480-532-656.3nm。
7.一种演示***，其特征在于，所述演示***包括如权利要求1至6中任一项所述的激光扩束装置，所述第二透镜输出光路上设有至少一个振镜。
8.如权利要求7所述的演示***，其特征在于，所述振镜为两个，分别为第一振镜和第二振镜，所述第一振镜设于第二透镜输出光路上，所述第二振镜设于第一振镜的光路上，且所述第一振镜和第二振镜均为平面反射镜。
9.如权利要求8所述的演示***，其特征在于，所述振镜的反射面均镀反射膜，所述反射膜膜系为λ＝480-532-656.3nm。
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