[实用新型]Z轴聚焦光束刷设备

说明书

技术领域

本实用新型通常涉及光学设备，并且尤其涉及用于快速并且精确地改变入射光束的聚焦或者发散的设备。 

背景技术

激光用在各种领域中，举例来说，从测量到超市条形码扫描器、以及光盘驱动器(例如CD和DVD驱动器)。激光应用的一个特定种类包括为了标记或者切割材料的目的或者为了创建可视图像的目的，使用X-Y电流计扫描器来扫描激光光束。 

当激光用于标记或者切割时，激光光束通常被X扫描器和Y扫描器折射，然后通过“扫描透镜”发送，该“扫描透镜”常常被实现为F-Theta透镜或者远心透镜。这种透镜用于将激光光束聚焦到正被标记或者切割的材料上。一般，从激光源射出的光束直径在6mm至12mm之间，并且为了标记或者切割材料，需要将光束聚焦到材料上以实现足够高的能量密度。 

扫描透镜(例如F-Theta透镜或者远心透镜)通常是整个激光标记系统的成本的重要部分。扫描透镜的直径通常必须是二英寸至四英寸，并且往往由特殊材料制成以通过所关心的波长。另外，F-Theta透镜和远心透镜产生到平面靶上的聚焦。因此，这意味着正被标记或者切割的材料必须是平坦的，以便光束将一直沿着材料的表面保持聚焦。标记到不均匀表面(例如圆柱形苏打水罐或者波浪形产品)上通常是不可实现的或者不实际的。该平面的并且不可变的聚焦距离和扫描透镜的典型高成本是使用扫描透镜的两个缺点。因此，期望有当正在扫描光束的时候提供动态聚焦的系统，以便可以标记不均匀表面。 

激光的另一个应用包括激光显示器。激光显示器用于许多东西，包括光学布局模板。在相关申请中，激光显示器可用于娱乐应用，例如用以投射公司标志、动画卡通人物等，并且还用以直接投射到观众中。投射到观众中的激光被称为“观众扫描”。 

当创建公司标志或者卡通的显示图像时，通常直接使用激光源中的“原始激光光束”，然后发送给X-Y扫描器。然后，从计算机发送至X-Y扫描器的矢量图形在目标表面上创建图像。在本领域已知的激光显示投影仪中通常不会在X-Y扫描期间进行聚焦、散焦或者改变光束直径。因此，图像具有跨越整个投影表面的大致恒定尺寸的激光光束。然而，期望有提供可变聚焦或者散焦能力的设备，以使得投射图像的某些部分可以具有较大的光斑尺寸(例如，女人脸上的大腮红脸颊)，而图像的其它部分可以具有非常小的光斑尺寸(例如，女人脸上的眼睫毛)。 

同样地，当创建观众扫描显示时，通常直接地使用激光中的原始激光光束，发送给X-Y扫描器，然后直接投射到观众中。在本领域已知的观众扫描激光投影仪中，通常不进行聚焦、散焦或者改变X-Y扫描光束的光束直径。因此，正如上述典型的激光图形投影仪的情况一样，全部观众一直接收相同直径的激光光束，并且全部置于投影显示器中。然而，期望有可以提供可变聚焦或者散焦的设备，以使得正在创建的图像的一部分可以具有较高的光束直径，而其它部分可以具有较低的光束直径。关于观众扫描应用，这可能特别重要，因为随着激光光束的直径在观众内增加，激光光束的安全性增加。如果使用可变聚焦设备，则可以增加观众成员特别接近于激光投影仪的激光投影区域的光束直径，因此也增加了安全性能和好处。 

已知若干设备试图创建用于激光光束的精确的可变聚焦系统。这些设备通常采取了两种形式之一。一种形式是标准电流计扫描器(其是旋转设备)被采用到使用旋转至线性机械平移器(例如，紧带无摩擦滚轴(taut-band Rolamite))的系统中。然后，移动部件的运动被限制，以使得移动部件只能通过杆轴承系统轴向地移动，而不 能径向地移动或者旋转地移动。然后，将透镜或者其它光学元件安装至移动部件。以此方式，与通常对于电流计扫描器的情况一样，现有的电流计扫描器可用于以线性方式移动透镜，而不是以旋转方式移动反射镜。尽管电流计扫描器是现有的设备，但是它们实际上没有被设计成用作透镜平移器。因此，该技术有许多问题。举例来说，杆轴承最终磨损，并且还限制了最大速度。另外，旋转扫描器轴与线性滑动部件之间的连杆无法被制造为期望地坚硬。因此，谐振问题将阻碍这种设备的速度如期望的那样高。