[发明专利]采用改进光学系统的光束定向器

说明书

一种用于3D打印机的光束定向器，包括绕其纵轴旋转的、用于将光束重新定向到第二反射镜上的第一反射镜，然后再定向到工作面上，这可能导致光束呈现扭曲的椭圆形状。光束校正器，例如透镜或反射面，用于确保光束在第一方向和第二垂直方向上具有相同的尺寸。

相关申请

本申请要求2016年11月3日在美国提交的、并已引入本文当中的专利申请61/416,763的优先权。

技术领域

本发明涉及一种光束定向器，尤其是用于3D打印机的光束定向器，其包括第一旋转反射镜和第二旋转圆锥形反射镜。

背景技术

用于3D打印机的光束定向器，例如美国专利9,435,998中公开的、并已引入本文当中的光束定向器，包括绕其纵轴旋转的第一反射镜，其反射面与纵轴成锐角。因此，沿着纵轴发出的光束可以重新定向到第二反射镜，然后再定向到通常垂直于纵轴的工作面。

第二反射镜可采用旋转平面反射镜或固定弧形反射镜，用于沿工作面上的直线或曲线路径反射光束。

小写字母x、y和z表示局部束流坐标：

在本申请中，我们定义了一个以小写字母x、y和z代表的坐标系，该坐标系是光束的局部直角坐标。小写字母z表示光束的方向，而x和y表示光束的尺寸。因此，对小写字母x、y或z轴的任何引用都将提及光束的局部坐标。

大写字母X、Y和Z表示图2、3、4、5、6、9和10所示的全局系统坐标。

参考图1，上述光束定向器的一个实例，其包括致动器108带动旋转的第一反射器106E，并将光束107A反射到基于典型圆锥截面的第二圆锥形反射镜131。第二圆锥形反射镜131的反射面132将光束107A以90°左右的角度重新定向到工作面上。光束107A撞击圆锥形反射面132后，考虑到准直光束(a col l imated beam)源107A的影响，光束特性将发生如下变化：

光束将继续沿Z方向移动(90°移动)；由45°圆锥引起。

当光束源3准直时，光束x分量3B将不再平行于Z方向，因为圆锥形曲线将根据图4所示的偏离规则聚焦x分量。

沿132半径的圆锥形曲线将在x轴上增加与圆锥形反射镜132半径成比例的光学偏离。例如，该圆锥形曲线仅在x轴上添加一个靠近工作面的焦点，从而使来自圆锥形反射镜132的偏离光束107A在x轴和y轴上具有不同的焦点。这个结果是不理想的：理想的结果是x轴和y轴上的准直光束或对焦光束；明确来说，如图4所示，如果光束3是直径为D的圆形准直光束，其最初从光源发出，则经过圆锥形反射镜132产生的光束将呈现扭曲的椭圆形状：x轴上的光束尺寸Dx将小于y轴上的光束尺寸Dy，(11)到达焦点前后，随着光束3B的继续移动，光束3B的x尺寸将扩大。光束尺寸分量11如图4所示，其中x和y分量尺寸分别为Dx和Dy。

因此，本发明的一个目的是通过提供校正元件来解决处理现有技术的光学分量，所述光束入射到工作面时，其在第一和第二方向上具有相同的尺寸，或光束撞击工作面时保持第一和第二方向之间的比例时，其在第一和第二方向上具有相同的尺寸。

发明内容

本发明涉及一种光束定向器，其包括：

可旋转的第一反射镜，其可绕纵轴旋转以接收来自沿着纵轴的光束源发出的光束，所述第一反射镜包括与纵轴成锐角的反射面以反射光束；

致动器，用于绕纵轴旋转第一反射镜，由此使得第一反射镜旋转并以与纵轴成恒定角度反射光束；

由致动器带动旋转的第二圆锥形反射镜，并当第一反射镜旋转时，围绕第一反射镜的纵轴旋转；始终与第一反射镜成恒定的角度；第二反射镜还被配置成以恒定的角度将光束反射到工作面；