[實用新型]Z軸聚焦光束刷設備

有效

• 申請號: 201420101575.8
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN204028461U
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 小威廉·R·本納
• 申請（專利權）人: 小威廉·R·本納
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;G02B26/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 鄭宗玉

技術領域

本實用新型通常涉及光學設備，并且尤其涉及用于快速并且精確地改變入射光束的聚焦或者發散的設備。?

背景技術

激光用在各種領域中，舉例來說，從測量到超市條形碼掃描器、以及光盤驅動器(例如CD和DVD驅動器)。激光應用的一個特定種類包括為了標記或者切割材料的目的或者為了創建可視圖像的目的，使用X-Y電流計掃描器來掃描激光光束。?

當激光用于標記或者切割時，激光光束通常被X掃描器和Y掃描器折射，然后通過“掃描透鏡”發送，該“掃描透鏡”常常被實現為F-Theta透鏡或者遠心透鏡。這種透鏡用于將激光光束聚焦到正被標記或者切割的材料上。一般，從激光源射出的光束直徑在6mm至12mm之間，并且為了標記或者切割材料，需要將光束聚焦到材料上以實現足夠高的能量密度。?

掃描透鏡(例如F-Theta透鏡或者遠心透鏡)通常是整個激光標記系統的成本的重要部分。掃描透鏡的直徑通常必須是二英寸至四英寸，并且往往由特殊材料制成以通過所關心的波長。另外，F-Theta透鏡和遠心透鏡產生到平面靶上的聚焦。因此，這意味著正被標記或者切割的材料必須是平坦的，以便光束將一直沿著材料的表面保持聚焦。標記到不均勻表面(例如圓柱形蘇打水罐或者波浪形產品)上通常是不可實現的或者不實際的。該平面的并且不可變的聚焦距離和掃描透鏡的典型高成本是使用掃描透鏡的兩個缺點。因此，期望有當正在掃描光束的時候提供動態聚焦的系統，以便可以標記不均勻表面。?

激光的另一個應用包括激光顯示器。激光顯示器用于許多東西，包括光學布局模板。在相關申請中，激光顯示器可用于娛樂應用，例如用以投射公司標志、動畫卡通人物等，并且還用以直接投射到觀眾中。投射到觀眾中的激光被稱為“觀眾掃描”。?

當創建公司標志或者卡通的顯示圖像時，通常直接使用激光源中的“原始激光光束”，然后發送給X-Y掃描器。然后，從計算機發送至X-Y掃描器的矢量圖形在目標表面上創建圖像。在本領域已知的激光顯示投影儀中通常不會在X-Y掃描期間進行聚焦、散焦或者改變光束直徑。因此，圖像具有跨越整個投影表面的大致恒定尺寸的激光光束。然而，期望有提供可變聚焦或者散焦能力的設備，以使得投射圖像的某些部分可以具有較大的光斑尺寸(例如，女人臉上的大腮紅臉頰)，而圖像的其它部分可以具有非常小的光斑尺寸(例如，女人臉上的眼睫毛)。?

同樣地，當創建觀眾掃描顯示時，通常直接地使用激光中的原始激光光束，發送給X-Y掃描器，然后直接投射到觀眾中。在本領域已知的觀眾掃描激光投影儀中，通常不進行聚焦、散焦或者改變X-Y掃描光束的光束直徑。因此，正如上述典型的激光圖形投影儀的情況一樣，全部觀眾一直接收相同直徑的激光光束，并且全部置于投影顯示器中。然而，期望有可以提供可變聚焦或者散焦的設備，以使得正在創建的圖像的一部分可以具有較高的光束直徑，而其它部分可以具有較低的光束直徑。關于觀眾掃描應用，這可能特別重要，因為隨著激光光束的直徑在觀眾內增加，激光光束的安全性增加。如果使用可變聚焦設備，則可以增加觀眾成員特別接近于激光投影儀的激光投影區域的光束直徑，因此也增加了安全性能和好處。?

已知若干設備試圖創建用于激光光束的精確的可變聚焦系統。這些設備通常采取了兩種形式之一。一種形式是標準電流計掃描器(其是旋轉設備)被采用到使用旋轉至線性機械平移器(例如，緊帶無摩擦滾軸(taut-band?Rolamite))的系統中。然后，移動部件的運動被限制，以使得移動部件只能通過桿軸承系統軸向地移動，而不?能徑向地移動或者旋轉地移動。然后，將透鏡或者其它光學元件安裝至移動部件。以此方式，與通常對于電流計掃描器的情況一樣，現有的電流計掃描器可用于以線性方式移動透鏡，而不是以旋轉方式移動反射鏡。盡管電流計掃描器是現有的設備，但是它們實際上沒有被設計成用作透鏡平移器。因此，該技術有許多問題。舉例來說，桿軸承最終磨損，并且還限制了最大速度。另外，旋轉掃描器軸與線性滑動部件之間的連桿無法被制造為期望地堅硬。因此，諧振問題將阻礙這種設備的速度如期望的那樣高。?