[实用新型]均匀高效小相对孔径的照明光学系统

说明书

本实用新型均匀高效、小相对孔径照明光学系统，它属于光学领域中光学系统。

对于本实用新型所要求的高效、均匀、小孔径、小视场的条件，以往常规照明方式(临界照明、柯勒照明)均无法满足。对于临界照明，首先它无法满足均匀性的要求，而且光源利用率低，对某些需要高能量、均匀光的系统无法适用；对于柯勒照明，能量低的问题仍旧存在，而且虽然柯勒照明可以得到较均匀的照明结果，但若被照明光学系统的相对孔径较小时，柯勒照明在结构上就显得过长了。

因此，我们设计了微透镜阵列的照明方式，来比较好的解决这一问题。

本实用新型的目的是为了提供一种适用于小相对孔径的高效、均匀照明光学系统，提高照明质量。

本实用新型均匀照明光学系统的具体结构见附图1(仅以后接临界照明方式为例)。

它包括：S光源、L₁准直镜(也是光阑位置)、H₁阵列透镜、H₂阵列透镜、L₂聚光镜、L₃聚光镜、S′光源中间像面、S″光源像面

图1中，从光源S发出的光，经过准直镜L₁，以平行光照射阵列透镜H₁，H₁将此平行光聚焦，并把光源S成像于第二块阵列透镜H₂上，H₁与H₂中的小透镜的数目与排列完全相同，H₁将照在光阑L1上的光的能量分割成若干部分，即“微分”，然后经H₂、L₂“积分”，叠加各部分光能于S′处，得到的是一个比原光源面积小得多，而能量密度却大得多的中间像S′，此时再使用临界照明方式以S′为光源，经L₃成像为符合要求的小相对孔径的像S″。最后，在S″处放置所需大小的针孔即可。

这里，我们将其与常规照明方式进行比较来说明：

本系统中“S′-L₃-S″”这一部分采用的方式为临界照明(也可以是柯勒照明)方式，此部分照明的光源为S′。

而直接用临界照明(也可是柯勒照明)方式所用的光源为S。

假设u=u′，那么，其它条件相同。

于是，我们只要将S,S′比较来看，就可以看出最后结果的不同。由上面的介绍我们知道S′是由S经微阵列透镜系统，先“微分”，后“积分”，得到的一个在小面积内的高能量密度的光源像，它面积上比S小得多(即视场小于S)，在单位面积的能量又远高于S，且具有很好的均匀性，因此由上面的比较条件知，用S″作光源一定比直接用S作光源经临界照明(或柯勒照明)后得到的效率更高，均匀性更好。

若阵列透镜中小透镜有数个或数十个，则S′处就能得到均匀的照明、比较小的像和更高的能量密度，再设计选择各透镜的间隔与焦距，则可在S″处得到比较小的孔径角。

其中阵列透镜H₁和H₂中的小透镜可以是光学玻璃或晶体材料，也可以是光纤透镜。

本实用新型均匀照明光学系统的优点是它提供了一种适用小相对孔径(D/F)的均匀高效照明光学系统，且光源利用率相对较高，像面处有良好的光照度；像面均匀性好。与临界(或柯勒)照明相比提高了照明质量。适用于精密光学检验用的星点平行光管，还可用于星光模拟器。缺点在于系统较复杂，与以往常规照明方式相比，成本较高。

附图说明：

图1是均匀照明光学系统光学结构原理图(仅以S′后接临界照明方式为例)。

参考实施例：参照附图1，用φ3mm的面光源，用光学玻璃制作L₁准直镜，和H₁、H₂阵列透镜各9块。各透镜的间隔与焦距分别为：

S到L₁的距离为20mm,H₁到H₂的距离为20mm,L₂到S′的距离约为20mm,S′到H₃的距离为20mm,L₃到S′的距离为60mm，各透镜口径均为φ6mm。

各透镜的焦距为

           f＇_L1=f＇_H1=f＇_L2=20mm,f＇_L3=15mm得到结果 u ″ = 1 20 rad ]]>