[发明专利]可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置与扫描方法

权利要求书

1.一种可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，包括：

激光源，用于被驱动发射激光光束；

准直透镜组，用于准直激光源发射的光束；

扩束透镜组，用对准直后的光束进行变倍扩束；

微透镜阵列，具有N*N阵列式排布的微透镜光学单元，用于对扩束后的光束进行匀化处理，形成均匀的光强分布输出，将光斑能量变为平顶分布，其中N为大于等于1的正整数；

扫描振镜系统；以及

场镜系统；

其中，所述准直透镜组安装在可沿着光轴方向前后移动的移动平台上，通过移动平台的前后移动改变激光焦点位置的光斑大小；

所述激光焦点处于扩束透镜组及微透镜阵列的入射焦点正中央位置。

2.根据权利要求1所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述准直镜片组被设置成可前后移动的距离控制在±100mm。

3.根据权利要求1所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述扩束透镜组采用伽利略式扩束镜片，由一正透镜和一负透镜组合构成。

4.根据权利要求3所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述扩束镜片由平凸透镜和平凹透镜构成，并且使二者平面的一侧相面对放置。

5.根据权利要求1所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述扩束透镜组采用开普勒式扩束镜片，由两片正焦距的凸透镜组合构成。

6.根据权利要求1所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述扩束透镜组包括固定变倍扩束镜，或者变倍扩束镜。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述微透镜阵列为折射式(ROE)微透镜阵列，包括N个ROE微透镜光学单元，将扩束后的光束细分折射聚焦到焦平面上，籍由焦平面上细小光斑的重叠实现均匀化输出，形成均匀的光强分布。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述微透镜阵列为衍射式(DOE)微透镜阵列，包括N个DOE微透镜光学单元，将扩束后的光束细分衍射后在焦平面处上，籍由焦平面上细小光斑之间的干涉实现均匀化输出，形成均匀的光强分布。

9.根据权利要求1所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述振镜为f-θ振镜或转镜。

10.根据权利要求1所述的可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置，其特征在于，所述场镜位于在扫描振镜的出射端，被设置用于对振镜扫描输出的光束进行聚焦；所述场景的出射端还设置有保护镜片。

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的激光扫描装置的扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

驱动激光源发射激光光束；

经由准直透镜组进行光束准直后，进入扩束透镜组进行变倍扩束；

扩束输出的光束进入微透镜阵列，通过折射式(ROE)微透镜阵列或者衍射式(DOE)微透镜阵列将入射光束匀化处理，形成光强均匀分布的平顶型激光光斑；其中的准直透镜组、扩束透镜组以及微透镜阵列的主光轴共轴设计；

然后，通过扫描振镜系统进行光束扫描朝向待加工工件表面输出，透过场镜将扫描输出的光束汇聚到工件表面，并控制输出光束的覆盖区域；

其中，还包括通过移动所述的移动平台来改变激光焦点位置的光斑大小。