CN104898284A - 一种非球面扩束镜 - Google Patents
一种非球面扩束镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104898284A CN104898284A CN201510218607.1A CN201510218607A CN104898284A CN 104898284 A CN104898284 A CN 104898284A CN 201510218607 A CN201510218607 A CN 201510218607A CN 104898284 A CN104898284 A CN 104898284A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aspheric surface
- beam expanding
- expanding lens
- aspheric
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明涉及一种非球面扩束镜,所述非球面扩束镜为由非球面和柱状侧面围成的实心透镜,所述非球面为椭球面,所述椭球面为竖向放置时,满足的方程为:本发明的扩束镜可以得到椭圆形光斑,可以实现非对称照明。本发明的扩束镜对不同波长的光束具有良好的普适性,本发明的扩束镜在对非对称物体进行散斑测量时,可以有效降低光散失,提高光亮度。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头,具体涉及到一种非球面扩束镜。
背景技术
扩束镜具有增加光束宽度,加大通光面积,便于观察和测量等优点,广泛应用于激光准直、电子散斑干涉测量、菲涅尔全息照相等光学***或实验中。球面扩束镜因其工艺要求低、加工简单,易实现等优点应用普遍,也基本满足了实验与科研的要求。随着电子散斑干涉技术和数字全息检测技术的发展,激光经过扩束镜形成波面质量的要求进一步提高,特别是对不规则物体的测量或在大错位电子散斑三维测量中,需要非对称照明,因此传统的球面扩束镜已经无法满足像质和非对称的要求。相比于球面镜,非球面镜具有低球差的优点,可以提高光波的品质,因而许多精密测量、科学研究是基于非球面镜的生产和开发而进行的。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种非球面扩束镜。
为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为:
一种非球面扩束镜,为由非球面和柱状侧面围成的实心透镜,所述非球面为椭球面,所述椭球面为竖向放置时,满足的方程为:
优选的,所述非球面扩束镜由BK7玻璃制成。
优选的,所述非球面的顶点沿x轴的曲率半径为3mm。
优选的,所述非球面的顶点沿y轴的曲率半径为6mm。
优选的,所述非球面扩束镜可以将平行光扩束整形为椭圆形光斑。
所述非球面扩束镜在三维电子散斑干涉仪非对称照明中的应用。
本发明的有益技术效果为:
1、本发明的扩束镜可以得到椭圆形光斑,可以实现非对称照明。
2、本发明的扩束镜对不同波长的光束具有良好的普适性。
3、本发明的扩束镜在对非对称物体进行散斑测量时,可以有效降低光散失,提高光亮度。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图;
图2为本发明的俯视图;
图3为透镜的非近轴情况下的光学折射面;
图4为透镜的近轴情况下的光学折射面;
图5为竖向椭球面在坐标轴中的示意图;
图6为椭圆在yoz平面的示意图;
图7为模拟计算得出的平行光束通过非球面扩束后在800mm处观察平面上弥散图像。
其中,1、非球面,2、侧面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示,一种非球面扩束镜,为由非球面1和柱状侧面2围成的实心透镜,所述非球面1为椭球面。
所述非球面扩束镜由BK7玻璃(又称K9玻璃,折射率n=1.51680)制成。
透镜采用半长轴2mm、半短轴1.5mm、厚度为2mm的BK7玻璃。为了得到如图5和图6所示的竖椭球面,利用Biconic面型的旋转特性,设计顶点D处沿x轴方向的曲率半径为3mm,即c=3mm,在yoz平面内椭圆conic值为1,同时令a=3mm。那么顶点沿y轴曲率半径R0=a·(1+k)=6mm;椭球面y轴的截距则设计的椭球面满足的曲面方程为将透镜尺寸代入曲面方程可得,x轴方向曲面的最大厚度约为0.354mm,y轴方向曲面的最大厚度约为0.41mm。
扩束镜设计的基本原理
不同的光学***对光束的偏折能力不同。物理学中,光学***对光束的偏折能力被称为光焦度。光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差,常用字母来表示。折射面的光焦度其中n'为像方折射率,n为物方折射率,R为球面半径,f'为像方焦距,f为物方焦距。上述光焦度等式对任何光学***都是普适的。在近轴条件下,光焦度对光线的偏折本领满足近轴光线追迹公式(PRTE)。考虑到如图3中所示非近轴情况下的光学折射面。图中有一条光线以高度y入射到折射面,并发生折射。在光线与折射面的交点处,画出了面的法线及与光轴平行的一条直线,它们都以虚线表示。图中还标出了光线与光轴间的夹角(U和U')、光线的入射角和折射角(I和I')以及折 射面的曲率C(C=1/R)。如果交点向下移动接近光轴,图3就将演变成如图4所示的近轴情况。
根据数学关系,在图4中,-α=y/R,则角度α可表示为
α=-y/R=-y C (1)
图4中的各角度间的关系为
而在近轴条件下斯涅尔公式表示为
ni=n'i' (3)
将式(2)代入式(3)有
n(-α+u)=n'(-α+u')
n'u'=nu-nα+n'α
n′u′=nu+(n′-n)α (4)
将式(1)代入式(4)得
n′u′=nu-y[(n′-n)C] (5)
式(5)称为弯曲的近轴光线追迹公式(PRTE),其中,是单个折射面的光焦度。由式(5)可知,的数值越大,光线偏折能力越强。因此,改变折射面的曲率半径即可改变光线的偏折方向,由此可实现对圆形光斑的整形。
如图7所示,软件模拟结果表明:新型扩束镜能够实现非球面、非均匀扩束,能够使直径2mm、波长632.8nm的平行光在800mm处扩束整形为280mm×140mm的椭圆形光斑,且对不同波长的光束具有很好的普适性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种非球面扩束镜,其特征在于:所述非球面扩束镜为由非球面和柱状侧面围成的实心透镜,所述非球面为椭球面,所述椭球面为竖向放置时,满足的方程为:
2.根据权利要求1中的非球面扩束镜,其特征在于:所述非球面扩束镜由BK7玻璃制成。
3.根据权利要求2中的非球面扩束镜,其特征在于:所述非球面的顶点沿x轴的曲率半径为3mm。
4.根据权利要求3中的非球面扩束镜,其特征在于:所述非球面的顶点沿y轴的曲率半径为6mm。
5.根据权利要求4任一所述的非球面扩束镜,其特征在于:所述非球面扩束镜可以将平行光扩束整形为椭圆形光斑。
6.根据权利要求1-5任一所述非球面扩束镜在三维电子散斑干涉仪非对称照明中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510218607.1A CN104898284A (zh) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | 一种非球面扩束镜 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510218607.1A CN104898284A (zh) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | 一种非球面扩束镜 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104898284A true CN104898284A (zh) | 2015-09-09 |
Family
ID=54031031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510218607.1A Pending CN104898284A (zh) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | 一种非球面扩束镜 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104898284A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110286492A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-27 | 合肥工业大学 | 一种干涉仪大口径光学扩束器 |
CN115061284A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-16 | 爱司凯科技股份有限公司 | 一种菲涅尔透镜3d打印边缘光斑矫正装置及矫正方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080130007A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-06-05 | O'connell Dan | External beam expander |
CN104237981A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-24 | 山东理工大学 | 一种单个椭球面扩束透镜 |
-
2015
- 2015-04-30 CN CN201510218607.1A patent/CN104898284A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080130007A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-06-05 | O'connell Dan | External beam expander |
CN104237981A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-24 | 山东理工大学 | 一种单个椭球面扩束透镜 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
曹兆楼: "广义非球面透镜的设计、制作及应用研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110286492A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-27 | 合肥工业大学 | 一种干涉仪大口径光学扩束器 |
CN115061284A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-16 | 爱司凯科技股份有限公司 | 一种菲涅尔透镜3d打印边缘光斑矫正装置及矫正方法 |
CN115061284B (zh) * | 2022-07-19 | 2023-06-13 | 爱司凯科技股份有限公司 | 一种菲涅尔透镜3d打印边缘光斑矫正装置及矫正方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10935756B2 (en) | Optical lens assembly generating light beams with different angles, each beam having parallel chief ray and marginal ray | |
US10241334B2 (en) | Near-eye display system | |
US2380887A (en) | Optical system | |
CN113703080B (zh) | 一种超透镜和具有其的光学*** | |
CN206946078U (zh) | 光学成像*** | |
CN104216120A (zh) | 半透膜阵列平板波导式头戴显示器光学*** | |
CN105739073B (zh) | 自由曲面离轴三反光学*** | |
CN108241207B (zh) | 用作斜视相机镜头的光学***的设计方法 | |
US20190221599A1 (en) | Freeform surface off-axial three-mirror imaging system | |
CN108241204B (zh) | 用作斜视相机镜头的光学*** | |
CN109471239B (zh) | 镜头及包含其之投影装置 | |
CN104898261A (zh) | 自由曲面离轴三反光学*** | |
EP2453287A1 (en) | Reticle unit and optical device | |
CN103869491A (zh) | 可消六种像差的离轴无遮拦平行光*** | |
CN109239897A (zh) | 一种离轴三反无焦光学*** | |
CN102804020A (zh) | 衍射光学元件 | |
CN112147758A (zh) | 光学镜头及头戴式显示装置 | |
CN104898284A (zh) | 一种非球面扩束镜 | |
JPWO2015156120A1 (ja) | マイクロレンズアレイ | |
US9557526B2 (en) | Freeform imaging lens and freeform imaging system using the same | |
CN102410878A (zh) | 一种成像光谱仪 | |
CN104483725B (zh) | 采用非球面单透镜作为准直结构的光栅曝光*** | |
CN104237981B (zh) | 一种单个椭球面扩束透镜 | |
CN104199131B (zh) | 一种用于扩束或者缩束的单个非球面透镜 | |
CN103744183A (zh) | 一种红外宽波段多干扰复合光学*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150909 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |