[发明专利]可消除中心亮点的光学系统及其光照发散角调节方法有效

专利信息
申请号: 201510678120.1 申请日: 2015-10-20
公开(公告)号: CN105301790B 公开(公告)日: 2018-09-11
发明(设计)人: 田克汉;尹晓东;霍轶杰;潘卫清;贲宇 申请(专利权)人: 浙江科技学院;嘉兴驭光光电科技有限公司
主分类号: G02B27/42 分类号: G02B27/42;G02B27/09
代理公司: 杭州赛科专利代理事务所(普通合伙) 33230 代理人: 付建中
地址: 310023 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 消除 中心 亮点 光学系统 及其 光照 发散 调节 方法
【说明书】:

发明公开了一种可消除中心亮点的光学系统,包括一折衍光学结构、准直光照射光源和一变焦透镜结构,所述折衍光学结构包括虚像设计衍射光学元件和成像透镜,折衍光学结构的中心截面为成像透镜的主截面;所述折衍光学结构放置于准直光照射光源与变焦透镜结构之间,用于实现光学系统所需的光场分布;所述虚像设计衍射光学元件位于准直平行光源与成像透镜之间。本发明采用折衍光学结构配合变焦透镜结构,准直光照射光源与虚像设计衍射光学元件位置固定,通过调节变焦透镜结构即可实现所需光场的光照发散角调节,同时彻底的消除了零级衍射中心亮点的影响。且光学结构精炼、光照发散角调节简单方便、光学效率高、尺寸微型化、成本低廉、易操作。

技术领域

本发明属于光学领域,尤其涉及一种可消除中心亮点的光学系统及其光照发散角调节方法。

背景技术

现代技术中,随着光电设备、系统的应用发展,各光电产品领域对可调发散角的异形激光光场的应用越来越广泛,对发散角可调节的异形激光光场的要求也不断提高,基于衍射光学和激光技术的发展,已经可以实现固定发散角的异形激光光场,例如枪瞄光场、圆环光场、网格光场等激光工具光场,但如果实现异形光场发散角的调节,已有的光学产品都需要配合复杂的变倍数望远镜系统,其光学系统复杂,尺寸很大,成本很高,且调节复杂,需要多片透镜的移动、联调,无法满足很多应用领域的需要。

如图1所示,市场上所使用的定制光场变焦系统的光学结构非常复杂,首先使用照明光源照射一掩膜版,通过掩膜版的透光区域设计,实现异形光场的分布区域,然后使用成像系统对掩膜版进行远场成像,该远场成像再通过变焦光学系统,实现最终输出光场的发散角调节。

变焦光学系统最少需要3片透镜才能实现,如图1所示该变焦光学系统的调节过程中,需要分别对两片透镜(透镜4和透镜5)进行有区别且非线性的位置调节,使变焦系统的调节机械结构设计复杂度很高,装配公差要求非常严格,最终造成整套光学系统尺寸很大,操作复杂,而且价格昂贵,无法适合众多集成化、低成本的应用领域。同时由于掩膜版是通过遮挡的方式实现异形光场分布,其光利用效率很低,散热量大,也限制了该产品的应用领域。

目前市场上没有能用透镜系统配合一个折衍光学结构工作,实现异形光场发散角可调节的方法、设计或者装置,本发明是基于折衍光学结构的光学特性,结合成像光学系统的特殊设计,只使用照明光源、折衍光学结构以及变焦光学系统,即可实现图1所示的复杂光学系统的功能。

传统的异形光场的变焦系统设计,是通过一面光源照射异形光场的空间光调制器(如掩膜片、液晶屏等),该设计方式是通过遮挡的方法,对入射光场进行调制,该空间光调制器再通过一成像系统,实现异形光场的输出,该设计方法的光学元件复杂、数量较多,光利用效率非常低下。例如对于广泛应用的测量、标定用异形光场(如条纹型异形光场、网格型异形光场等),由于该异形光场的全幅覆盖面积大,但发光区域面积小,其光利用效率普遍低于50%,甚至低于10%。同时传统的空间光调制器的异形光场产生方式,其光学器件尺寸大、成本很高,而且对应用环境要求很高,光学器件表面的细微灰尘都会造成异形光场的严重缺陷,上述因素为该产品的使用造成了很多不利的因素,严重的限制了产品的市场应用。

衍射光学元件是通过对入射光场的波前调制,实现出射光场的光强分布设计,其异形光场的产生原理与空间光调制器有本质区别,使用一片衍射光学元件即可取代传统方法中的空间光调制器和成像镜头装置,光学元件少、尺寸小,光利用效率可达到90%以上。

但如果只使用衍射光学元件设计异形光场,无法消除衍射光学元件所产生的零级衍射的中心亮点,对于一些特殊应用领域,该中心亮点对于异形光场的应用带来不利的影响。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足,提供了一种可消除衍射光学元件所产生的零级衍射的中心亮点,且光学结构精炼、光照发散角调节简单方便、光学效率高、尺寸微型化、成本低廉、易操作的光学系统及其光照发散角调节方法。

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