一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法及装置

摘要

本发明提供一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法及装置，所述方法包括：依据扫描光学系统的场曲曲线，将旋转扫描平面反射镜之前的透镜设计为液态透镜，液态透镜的形状依旋转扫描平面反射镜的转动位置而改变，通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，使得光学扫描聚焦成为一个在空间中的平面。本发明通过设计液态透镜，使液态透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，达到将光学扫描聚焦成像面扫描成为平面的效果，解决了传统的旋转扫描平面反射镜光学系统成像面的场曲问题，以及现有的采用多个f‑θ透镜为校正场曲所造成的光线减弱及发热问题；并且可避免发射激光反射回激光枪，保护激光枪不受损害。

权利要求

1.一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，其特征在于，包括：将旋转扫描平面反射镜之前的透镜设计为液态透镜，所述液态透镜的形状依旋转扫描平面反射镜的转动位置而改变，通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，达到在聚焦成像面扫描成为一条直线，使得光学扫描焦聚成为一个在空间中的直线；

所述通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变的方法包括：使透镜焦距F符合关系式：

（1）

式（1）中，M、H及L为设定的设计参数，为己知值；L为旋转扫描平面反射镜的旋转中心与液态透镜中心的垂直距离，H为转镜的旋转中心与扫描聚焦面的垂直距离， M为激光离开液态透镜的镜面到与转镜反射面交点a的水平距离，P为激光离开液态透镜的镜面到激光投射到聚焦面的水平距离；

所述透镜焦距F的计算求解表达式包括：

（2）

（3）

式（2）（3）中，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度；

所述M的计算求解表达式为：

（4）

（5）

式（4）（5）中，R为旋转多面镜的端面对边宽度的一半，θ1为旋转多面镜的转轴o到转镜反射面的垂直线段 与旋转多面镜的转轴o到激光入射转镜反射面交点a的连线线段 的夹角，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度，N为激光离开液态透镜的镜面到转镜转轴的水平距离；

所述在聚焦成像面扫描成为一条直线的方法包括：

由公式（1）‑（5），通过调整H、L、N的值得到M及P和θ角的关系，根据式（3）计算得出的透镜焦距F，使光学焦聚成像成为一条直线。

2.一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的装置，其特征在于，应用如权利要求1所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，包括：旋转扫描反射镜：用于将入射激光经过反射面的反射形成光学扫描聚焦成像面平面；

液态透镜：通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，使得透镜焦距F符合关系式：（1）

在聚焦成像面扫描成为一条直线，将光学扫描焦聚成为一个在空间中的平面。

3.根据权利要求2所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的装置，其特征在于，所述液态透镜包括：玻璃基座、充满液体的液体腔、盖板、薄膜、压环、致动器以及致动器弹簧；其中，所述液体腔设置在所述玻璃基座内部，所述盖板设置在所述玻璃基座上方；所述薄膜设置在所述液体腔外表面，位于盖板下方；所述压环以及致动器弹簧设置在所述薄膜上方；所述致动器设置在所述压环上方，用以对薄膜进行下压使薄膜在液体压力下产生曲面。

4.根据权利要求3所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的装置，其特征在于，所述液体腔内的液体能够经由设置的出入口进出，冷却液态透镜以进行散热。

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法的步骤。

6.一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法的步骤。

说明书

一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一维激光扫描技术领域，具体而言，涉及一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法及装置。

背景技术

[0002] 现有的旋转镜大多为平面反射镜，为解决光学扫描系统的成像面出现场曲的问题(参见图1所示)，通常需要在旋转扫描平面反射镜与成像面之间加上 f‑θ透镜，造成光学系统设计复杂且实施困难（参见图3所示）。

[0003] 再者，光线每经过f‑θ透镜中的一个透镜，光线即被部分吸收而造成光损，镜片会因吸收光线的能量而温度升高。如果光线的能量很高，则温度会过高而造成镜片烧毁。

[0004] 实际应用中既使上述发热的问题能解决，但是在转镜反射光的入射激光的角度位置不良，有可能会将激光再次反射回激光枪处而造成激光枪的损害，参见图4所示，若所示的梯形转镜为已知的矩型转镜，在一定状况下激光会反射回激光枪。为避免发生上述情形，激光枪的安装位置受到极大的限制，这样对整个光学扫描系统的安装使用造成了很大制约。

[0005] 因此，亟需设计避免激光反射回激光枪情形的光线扫描系统组件型式，以减少光学扫描系统的使用限制。

发明内容

[0006] 鉴于此，本发明的目的在于依据扫描式光学系统场曲曲线，将旋转扫描平面反射镜（简称“转镜”）之前的透镜设计为液态透镜，使液态透镜的形状依旋转扫描平面反射镜的位置而改变，从而可依据扫描式光学系统场曲而改变透镜的焦距，达到在聚焦成像面扫描成一直线，使得光学扫描焦聚成为一个在空间中的平面，以解决场曲问题；并且通过修改透镜型式，避免激光反射回激光枪造成损害。

[0007] 本发明提供一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，包括：

[0008] 将旋转扫描平面反射镜之前的透镜设计为液态透镜，所述液态透镜的形状依旋转扫描平面反射镜的转动位置而改变，通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，达到在聚焦成像面扫描成为一条直线，使得光学扫描焦聚成为一个在空间中的直线。

[0009] 进一步地，所述通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变的方法包括：

[0010] 使透镜焦距F符合关系式：

[0011] （1）

[0012] 式（1）中，M、H及L为设定的设计参数，为己知值；L为旋转扫描平面反射镜的旋转中心与液态透镜中心的垂直距离，H为转镜的旋转中心与扫描聚焦面的垂直距离， M为激光离开液态透镜的镜面到与转镜反射面交点a的水平距离，P为激光离开液态透镜的镜面到激光投射到聚焦面的水平距离。

[0013] 进一步地，所述透镜焦距F的计算求解表达式包括：

[0014] （2）

[0015] （3）

[0016] 式（2）（3）中，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度。

[0017] 进一步地，所述M的计算求解表达式为：

[0018] （4）

[0019] （5）

[0020] 式（4）（5）中，R为旋转多面镜的端面对边宽度的一半，θ1为旋转多面镜的转轴o到转镜反射面的垂直线段 与旋转多面镜的转轴o到激光入射转镜反射面交点a的连线线段的夹角，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度，N为激光离开液态透镜的镜面到转镜转轴的水平距离。

[0021] 进一步地，所述在聚焦成像面扫描成为一条直线的方法包括：

[0022] 由公式（1）‑（5），通过调整H、L、N的值得到M及P和θ角的关系，根据式（3）计算得出的透镜焦距F，使光学聚焦成像成为一条直线。

[0023] 本发明液态透镜的焦距调整，可采用如图10所示的控制程序来控制，转镜的转轴可由解码器（decoder） 得到当时的转镜θ角，计算在θ角的透镜焦距F，通过F调整液态透镜的焦距，使得聚焦面成一直线。

[0024] 本发明还提供一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的装置，应用如上述所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，包括：

[0025] 旋转扫描反射镜：用于将入射激光经过反射面的反射形成光学扫描聚焦成像面平面；

[0026] 液态透镜：通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，使得透镜焦距F符合关系式：

[0027] （1）

[0028] 在聚焦成像面扫描成为一条直线，将光学扫描聚焦成为一个在空间中的平面。

[0029] 进一步地，所述液态透镜包括：玻璃基座、充满液体的液体腔、盖板、薄膜、压环、致动器以及致动器弹簧；其中，所述液体腔设置在所述玻璃基座内部，所述盖板设置在所述玻璃基座上方；所述薄膜设置在所述液体腔外表面，位于盖板下方；所述压环以及致动器弹簧设置在所述薄膜上方；所述致动器设置在所述压环上方，用以对薄膜进行下压使薄膜在液体压力下产生曲面。

[0030] 进一步地，所述液体腔内的液体能够经由设置的出入口进出，冷却液态透镜以进行散热，从而达到良好的热控制。

[0031] 本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法的步骤。

[0032] 本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法的步骤。

[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0034] 本发明通过将旋转扫描平面反射镜之前的透镜设计为液态透镜，通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，能够达到将光学扫描聚焦成像面扫描成为一个平面的效果，解决了传统的旋转扫描平面反射镜光学系统成像面的场曲问题，以及现有的采用多个f‑θ透镜为校正场曲所造成的光线减弱及发热问题；并且避免了发射激光反射回激光枪，保护激光枪不受损害。

附图说明

[0035] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

[0036] 在附图中：

[0037] 图1为现有已知的激光枪发射出的激光未使用 f‑θ透镜时出现聚焦面A场曲的示意图；

[0038] 图2为本发明实施例计算机设备的构成示意图；

[0039] 图3为现有已知的从激光枪发射出入射激光经由 f‑θ透镜时，将转镜反射面反射后的聚焦面成为平面的示意图；

[0040] 图4为本发明实施例安装液态透镜后的激光反射方向示意图；

[0041] 图5为本发明实施例基于液态透镜控制光线扫描聚焦面的光学模组的示意图；

[0042] 图6为本发明实施例可变焦液态透镜的组件构成设计图；

[0043] 图7为本发明实施例致动器将压环均匀下压，薄膜因液体压力产生曲面而成为对称的凸透镜的液态透镜剖面图；

[0044] 图8为本发明实施例致动器将压环歪斜下压，薄膜因液体压力产生曲面而成为不对称的凸透镜的液态透镜剖面图；

[0045] 图9为本发明实施例基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的装置的组件位置几何尺寸示意图；；

[0046] 图10为本发明实施例基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法的控制程序图。

具体实施方式

[0047] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和产品的例子。

[0048] 在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

[0049] 应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

[0050] 下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。

[0051] 本发明实施例提供一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，包括：

[0052] 将旋转扫描平面反射镜之前的透镜设计为液态透镜，所述液态透镜的形状依旋转扫描平面反射镜的转动位置而改变，通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，达到在聚焦成像面扫描成为一条直线，使得光学扫描聚焦成为一个在空间中的平面。

[0053] 所述通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变的方法包括：

[0054] 使透镜焦距F符合关系式：

[0055] （1）

[0056] 式（1）中，M、H及L为设定的设计参数，为己知值；L为旋转扫描平面反射镜的旋转中心与液态透镜中心的垂直距离，H为转镜的旋转中心与扫描聚焦面的垂直距离， M为激光离开液态透镜的镜面到与转镜反射面交点a的水平距离，P为激光离开液态透镜的镜面到激光投射到聚焦面的水平距离。

[0057] 所述透镜焦距F的计算求解表达式包括：

[0058] （2）

[0059] （3）

[0060] 式（2）（3）中，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度。

[0061] 所述M的计算求解表达式为：

[0062] （4）

[0063] （5）

[0064] 式（4）（5）中，R为旋转多面镜的端面对边宽度的一半，θ角为旋转多面镜从水平0°角度旋转至端面一个角顶点与H高度同高所旋转的角度，N为激光离开液态透镜的镜面到转镜转轴的水平距离。

[0065] 参见图9所示，R为 的长度，θ角为转镜从转轴到反射面的垂直线 从水平线旋转到如图9状态时的角度，θ1为 与 的夹角。

[0066] 所述在聚焦成像面扫描成为一条直线的方法包括：

[0067] 由公式（1）‑（5），通过调整H、L、N的值得到M及P和θ角的关系，根据式（3）计算得出的透镜焦距F，使光学聚焦成像成为一条直线。

[0068] 本发明液态透镜的焦距调整，可采用如图10所示的控制程序来控制，转镜的转轴可由解码器（decoder）得到当时的转镜θ角，计算在θ角的透镜焦距F，通过F调整液态透镜的焦距，使得聚焦面成一直线。

[0069] 本实施例中，参见图5所示，激光枪发射的激光通过可变焦的液态透镜，再经过转镜反射至聚焦面，转镜在不同角度经过被控制的可变焦距的液态透镜，使得聚焦面为一个平面。

[0070] 本发明实施例还提供一种基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的装置，应用如上述所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，包括：

[0071] 旋转扫描反射镜：用于将入射激光经过反射面的反射形成光学扫描聚焦成像面平面；

[0072] 液态透镜：通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，使得透镜焦距F符合关系式：

[0073] （1）

[0074] 在聚焦成像面扫描成为一条直线，将光学扫描聚焦成为一个在空间中的平面。

[0075] 所述液态透镜包括：玻璃基座、充满液体的液体腔、盖板、薄膜(在液体腔上因被盖板遮住没有出现在图6中)、压环、致动器以及致动器弹簧；其中，所述液体腔设置在所述玻璃基座内部，所述盖板设置在所述玻璃基座上方；所述薄膜设置在所述液体腔外表面，位于盖板下方；所述压环以及致动器弹簧设置在所述薄膜上方；所述致动器设置在所述压环上方，用以对薄膜进行下压使薄膜在液体压力下产生曲面。

[0076] 图7、图8为液态透镜的剖面图，参见图7所示为致动器将压环均匀下压，薄膜在液体压力下形成曲面而成为对称的凸透镜，使得激光产生聚焦作用。参见图8所示为致动器将压环歪斜下压，薄膜在液体压力下形成曲面而成为不对称的凸透镜，使得激光产生不在光轴上的聚焦作用，如使用此功能可完全避免激光反射回任何位置的激光枪而使得整个系统的设计变化更多。

[0077] 本发明的较佳实施例只考虑致动器将压环均匀下压的情况，并依据转镜在不同角度时能够使得聚焦面为一个平面所求得的液态透镜焦距F，并依此焦距F控制致动器将压环均匀下压的深度。

[0078] 所述液体腔内的液体能够经由设置的出入口进出，冷却液态透镜以进行散热，从而达到良好的热控制。

[0079] 本发明实施例通过将旋转扫描平面反射镜之前的透镜设计为液态透镜，通过改变液态透镜的形状使透镜的焦距依据扫描光学系统的场曲曲线而改变，能够达到将光学扫描聚焦成像面扫描成为一个平面的效果，解决了传统的旋转扫描平面反射镜光学系统成像面的场曲问题，以及现有的采用多个f‑θ透镜为校正场曲所造成的光线减弱及发热问题；并且避免了发射激光反射回激光枪，保护激光枪不受损害。

[0080] 本发明实施例还提供了一种计算机设备，图2是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；参见附图图2所示，该计算机设备包括：输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21；所述存储器22，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器21执行，使得所述一个或多个处理器21实现如上述实施例提供的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法；其中输入装置23、输出装置24、存储器22和处理器21可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。

[0081] 存储器22作为一种计算设备可读写存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本发明实施例所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法对应的程序指令；存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等；此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件；在一些实例中，存储器22可进一步包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

[0082] 输入装置23可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入；输出装置24可包括显示屏等显示设备。

[0083] 处理器21通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法。

[0084] 上述提供的计算机设备可用于执行上述实施例提供的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，具备相应的功能和有益效果。

[0085] 本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述实施例提供的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，存储介质是任何的各种类型的存储器设备或存储设备，存储介质包括：安装介质，例如CD‑ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDRRAM、SRAM、EDORAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器组件等；存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合；另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的第一计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到第一计算机系统；第二计算机系统可以提供程序指令给第一计算机用于执行。存储介质包括可以驻留在不同位置中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。

[0086] 当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上实施例所述的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法，还可以执行本发明任意实施例所提供的基于液态透镜控制光学扫描聚焦面的方法中的相关操作。

[0087] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

[0088] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。