專利名稱：城市燈光演示的激光擴束鏡系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學鏡頭，尤其涉及城市燈光演示的一種激光擴束鏡系統。
背景技術：
隨著激光應用的拓展，近年開發出來一種城市激光演示燈光系統，它在平日可作 為一種城市的標示，節假日則可在城市中心及周圍發出各種顏色的彩色光柱以增加節日氣 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，現代光學系統中，常需 要對不同口徑的平行光束進行擴束，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，其是將透鏡框與調節件分離，通過更換透鏡來實現擴束，這種擴束系統 使用時相當麻煩，也不能隨意調節射出光柱的大小和方向。 在現代城市中，到處可見五彩繽紛燈光，其是采用激光燈光演示系統而射出，但目 前的工業用激光器是不能作為燈光演示用的，由于它的光束太細，且因發散角的關系而不 能遠射，不能滿足現代城市燈光演示的需求。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術的不足，而提出一種城市燈光演 示的激光擴束鏡系統，該系統可隨意調節光束大小和平行度，可滿足現代城市的燈光演示 需求。 為實現上述目的，本發明的技術方案是提供一種城市燈光演示的激光擴束鏡系 統，包括第一透鏡和第二透鏡，其中所述的第一透鏡和第二透鏡分別是彎月型透鏡，其中， 第一透鏡曲面背向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡曲面向著光線入射的方向彎曲，該兩 個于同一光軸上；所述的第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為d2，d2 = 400咖±15%;所 述的第一透鏡為擴束鏡。 同現有技術相比，本發明提供的一種激光擴束鏡系統，通過設置兩個彎月型透鏡， 并通過透鏡間距來調節激光器出射光束，可使從激光器出射的光束擴大10-15倍；該激光 擴束系統同時可調節射出激光的平行度，經過擴束后，可形成直徑達小10-100mm的光束， 經擴束鏡調節成一束能遠射到5-30公里的平行光柱。
圖1為本發明的擴束鏡系統實施例的結構示意圖； 圖2為本發明的擴束鏡系統實施例設置有一個反光鏡的光路示意圖；
圖3為本發明的擴束鏡系統實施例設置有兩個反光鏡的光路示意圖；
圖4為本發明的擴束鏡系統實施例的光線軌跡示意 圖5為本發明的擴束鏡系統實施例的成像點的彌散斑示意圖；
圖6是本發明的擴束鏡系統實施例的能量集中度的示意圖；
圖7是本發明的擴束鏡系統實施例的光學傳遞函數MTF示意圖。
具體實施例方式
以下結合各附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。 如圖1-圖4所示，本發明實施例提供一種城市燈光演示的激光擴束鏡系統，該系 統第一透鏡LI和第二透鏡L2構成，所述的第一透鏡LI和第二透鏡L2分別是彎月型透鏡， 其中，第一透鏡L1的曲面背向光線的入射方向彎曲，第二透鏡L2的曲面向著光線入射的方 向，該兩個透鏡位于同一光軸上；所述的第一透鏡LI為擴束鏡，光束經第一透鏡LI的擴束 倍數為20倍；所述的第一透鏡LI與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2， d2 = 400±15%。 本發明實施例的激光器1出射的光束，經第一透鏡LI擴束后，進入第二透鏡L2進行擴束 后，光束經第一透鏡LI可將光束的直徑擴大到lOmm-lOOmm的光柱，而且可遠射到5公里至 30公里的距離。 本發明實施例兩個透鏡的具體參數為 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構成，其光軸上的中 心厚度d3，材料為Nd2:Vd2。 第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2。 結合以上參數，本發明實施例設計了一個最佳的擴束鏡系統
曲面s曲率R(咖)面間隔d(mm)材料Nd/Vd
119. 02
27. 0400±151. 5/68
3-1600.07
4-290. 01. 8/25 其中，上述擴束鏡系統結構參數的動態設計范圍有
1^ 4， AR卜4《±5% (R R4);
々3， Adu《±5% (dpcQ ;
d2，415 > d2 > 385 ; Nd/vd， ANd/vd《5% (Nd乂vc^ Nd2/vd2)。激光器出射光束直徑伊入=5wm ，擴束鏡出射光束直徑P出-100mm ， p = 20~遠射
距離1 " 20 40Kmm。 |3 = 20x表示激光器1的倍數為20倍，即激光器1出射的光束經第一透鏡Ll擴 束后的直徑擴大了 20倍。
如圖2所示，本發明實施例所述的系統還包括一個反光鏡A，當激光器1出射的光 束經第一透鏡LI擴束后，進入第二透鏡L2，再由第二透鏡L2平行進入反光鏡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，本發明實施例包括兩個反光鏡A和B，當激光器1出射的光束經擴束 鏡擴束，再出射到反光鏡A上，然后反射出的光束可再進行反射到反光鏡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，本發明實施例主要以藍光，綠光和紅光為例，其透過光波波長的峰值為 ■ ，532和656. 3。 本發明實施例設計的最佳擴束鏡系統，其具體成像質量如下 參見圖5所示，本發明實施例的擴束鏡系統的幾何彌散斑，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5ii以內。 參見圖7所示，其為本發明實施例的擴束鏡頭綜合成像評價的光學傳遞函數MTF， 其值也接近理想。 與現有技術相比，本發明實施例可將小光束進行擴束，而且可調節光束的平行度， 顏色可根據需求而選擇不同的顏色來滿足不同城市燈光的演示需求。 以上，僅為本發明之較佳實施例，意在進一步說明本發明，而非對其進行限定。凡 根據上述之文字和附圖所公開的內容進行的簡單的替換，都在本專利的權利要求保護范圍 之內。
權利要求
一種城市燈光演示的激光擴束鏡系統，包括第一透鏡(L1)和第二透鏡(L2)，其特征在于所述的第一透鏡(L1)和第二透鏡(L2)分別是彎月型透鏡，其中，第一透鏡(L1)曲面背向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡(L2)曲面向著光線入射的方向彎曲，該兩個于同一光軸上；所述的第一透鏡(L1)與第二透鏡(L2)在光軸上的間距為d2，d2＝400mm±15％；該第一透鏡(L1)為擴束鏡。
2. 根據權利要求1所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述擴束鏡 的倍數為20倍。
3. 根據權利要求1所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述的第一 透鏡(LI)是由曲率半徑為Rl和R2的兩個曲面S1和S2構成，R1的值為19. 0mm±5%，R2 的值為7. 0mm±5%。
4. 根據權利要求3所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述的第一 透鏡(LI)在光軸上的中心厚度為2. 0mm±5%。
5. 根據權利要求1所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，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構成，R3的值-1600. 0±5%， R4 的值為-290. 0mm±5%。
6. 根據權利要求5所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述的第二 透鏡(L2)在光軸上的中心厚度為10.0mm±5%。
7. 根據權利要求3或4所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述的 第一透鏡(Ll)材質為Ndl : Vdl = 1.5 : 68， ±5%的誤差范圍。
8. 根據權利要求5或6所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述的 第二透鏡(L2)材質為Nd2 : Vd2 = 1.8 : 25， ±5%的誤差范圍。
9. 根據權利要求1所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述的系統 還包括至少一個反光鏡。
10. 根據權利要求9所述的城市燈光演示的激光擴束鏡系統，其特征在于所述的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。
全文摘要
本發明提供一種城市燈光演示的激光擴束鏡系統，包括第一透鏡和第二透鏡，其中所述的第一透鏡和第二透鏡分別是彎月型透鏡，其中，第一透鏡曲面背向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡曲面向著光線入射的方向彎曲，該兩個于同一光軸上；所述的第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為d2，d2＝400mm±15％；同現有技術相比，本發明通過設置兩個彎月型透鏡，并通過透鏡間距來調節激光器出射光束，可使從激光器出射的光束擴大10-15倍；該激光擴束系統同時可調節射出激光的平行度，經過擴束后，可形成直徑達φ10-100mm的光束，經擴束鏡調節成一束能遠射到5-30公里的平行光柱。
文檔編號G02B17/08GK101750745SQ20091018931
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者周朝明, 李家英, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司