一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学系统技术领域，尤其是涉及一种光照发散角可调节的光学系统。
【背景技术】
[0002]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。中国专利授权公告号CN201749243U，授权公告日2011年2月16日，名称为“发散角可调式扩束镜”的实用新型，公开了一种发散角可调的束镜装置。它包括有入射镜，入射镜的光路位置对应处设有射出镜，入射镜外套设有小镜筒，射出镜外套设有大镜筒；大镜筒内套设有小镜筒，入射镜与射出镜之间设有传递间距；小镜筒与大镜筒之间设有限位调节部件，限位调节部件上连接有弹性调节部件；大镜筒外套设有调整套，调整套与限位调节部件连接。该结构其光学系统结构复杂，体积大，制造成本高，通过大镜筒与小镜筒之间的相互调节，才能够改变激光的发散角，调节复杂，使用不方便。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术存在发散角可调节系统结构复杂、体积大、制造成本高和调节复杂使用不方便的技术问题，本发明提供一种结构简单、体积小、制造成本低、易操作的可调发散角光场系统。
[0004]本发明的技术方案是:一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，它包括照射光源和透镜，照射光源和透镜之间设有衍射光学元件，衍射光学元件与透镜的距离可调节，照射光源发出的球面波经过衍射光学元件形成分布光场，分布光场经过透镜形成光照发散角Θ。只需要通过调节衍射光学元件在光学系统中的位置，就能实现光场发散角的精确调节。光学系统结构简单合理、体积小、制造成本低；发散角光场调节简单、操作方便；光学系统应用范围广泛。
[0005]作为优选，衍射光学元件为平行光照射衍射光学元件，衍射光学元件的设计光场发散角为Θ 0，照射光源发出的球面波经过衍射光学元件汇聚到汇聚点A，汇聚点A至透镜的距离为f，汇聚点A至衍射光学元件的距离为d，光照发散角Θ与设计光场发散角Θ0的比值(Θ / Θ O)为放大倍数β，β =d/f。
[0006]作为优选，衍射光学元件可以是菲涅尔衍射光学元件，也可以是夫琅禾费衍射光学元件。
[0007]作为优选，照射光源可以为激光光源，也可以为LED光源。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:照射光源与透镜位置固定，只通过调节衍射光学元件的位置即可实现所需光场的发散角的调节。光学系统结构精炼、机械调节系统简单、尺寸微型化、制造成本低廉。发散角光场调节简单、操作方便、光学效率高、光学系统应用范围广泛。
【附图说明】
[0009]附图1为本发明连接示意图；
附图2为实施例1的连接示意图；
附图3为实施例2的连接示意图；
附图4为实施例3的连接示意图。
[0010]图中:1-照射光源；2_衍射光学元件；3_透镜。
【具体实施方式】
[0011 ] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0012]实施例1:
如图1所示，一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，它包括照射光源I和透镜3。照射光源I为激光光源或LED光源。透镜3为一块正透镜或一块负透镜。照射光源I与透镜3之间的距离固定不变。照射光源I和透镜3之间设有衍射光学元件2。衍射光学元件2为平行光照射衍射光学元件，衍射光学元件2的设计光场发散角为Θ0。射光学元件2为菲涅尔衍射光学元件或夫琅禾费衍射光学元件。衍射光学元件2与透镜3的距离可调节。衍射光学元件2可以在照射光源I与透镜3之间移动。照射光源I发出的光为球面波经过衍射光学元件2形成分布光场，分布光场经过透镜3形成光照发散角Θ。照射光源I发出的光球面波经过衍射光学元件2汇聚到汇聚点A，汇聚点A至透镜3的距离为f，汇聚点A至衍射光学元件2的距离为d。光照发散角Θ与衍射光学元件2设计光场发散角Θ O的比值即Θ / Θ O为放大倍数β。放大倍数β与汇聚点A至透镜3的距离f、汇聚点A至衍射光学元件2的距离d的关系为β =d/f。
[0013]如图2所示，照射光源I为汇聚形式光源。衍射光学元件2为菲涅尔衍射光学元件或夫琅禾费衍射光学元件，其设计光场发散角为Θ01。透镜3为正透镜。照射光源I的光束汇聚到汇聚点Al。dl是汇聚点Al到衍射光学元件2的距离。Π是汇聚点Al到透镜3的距离，也是透镜3的焦距。将衍射光学元件2放置于照射光源I与透镜3之间。照射光源I形成的球面波经过衍射光学元件2形成分布光场，分布光场经过透镜3形成光照发散角Θ I。光照发散角Θ I与设计光场发散角Θ 01的比值为放大倍数β 1调节衍射光学元件2与透镜3之间的距离，光照发散角Θ I也跟着改变。该光学系统输出光照发散角放大倍数β I与光照发散角Θ 1、衍射光学元件2设计光场发散角Θ 01、透镜3的焦距fl和汇聚点Al到衍射光学元件2的距离dl之间的关系为:β 1= Θ I/ Θ 01=dl/fl。
[0014]实施例2:
如图3所示，照射光源I为汇聚形式光源。衍射光学元件2为菲涅尔衍射光学元件或夫琅禾费衍射光学元件，其设计光场发散角为Θ02。透镜3为负透镜。照射光源I的光束汇聚到汇聚点A2。d2是汇聚点A2到衍射光学元件2的距离。f2是汇聚点A2到透镜3的距离，也是透镜3的焦距，焦距为负数。将衍射光学元件2放置于照射光源I与透镜3之间。照射光源I形成的球面波经过衍射光学元件2形成分布光场，分布光场经过透镜3形成光照发散角Θ2。光照发散角Θ 2与设计光场发散角Θ 02的比值为放大倍数β 2。调节衍射光学元件2与透镜3之间的距离，光照发散角Θ2也跟着改变。该光学系统输出光照发散角放大倍数β 2与光照发散角Θ 2、衍射光学元件2设计光场发散角Θ 02、透镜3的焦距f2和汇聚点A2到衍射光学元件2的距离d2之间的关系为:β 2= Θ 2/ Θ 02=d2/f2。
[0015]实施例3:
如图4所示，照射光源I为发散形式光源。衍射光学元件2为菲涅尔衍射光学元件或夫琅禾费衍射光学元件，其设计光场发散角为Θ03。透镜3为正透镜。照射光源I的光束传播的反向汇聚到汇聚点A3。d3是汇聚点A3到衍射光学元件2的距离。f3是汇聚点A3到透镜3的距离，也是透镜3的焦距。将衍射光学元件2放置于照射光源I与透镜3之间。照射光源I形成的球面波经过衍射光学元件2形成分布光场，分布光场经过透镜3形成光照发散角Θ3。光照发散角Θ 3与设计光场发散角Θ 03的比值为放大倍数β 3。调节衍射光学元件2与透镜3之间的距离，光照发散角Θ3也跟着改变。该光学系统输出光照发散角放大倍数β 3与光照发散角Θ 3、衍射光学元件2设计光场发散角Θ 03、透镜3的焦距f3和汇聚点A3到衍射光学元件2的距离d3之间的关系为:β 3= Θ 3/ Θ 03=d3/f3。
【主权项】
1.一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，它包括照射光源(I)和透镜(3 )，其特征在于:照射光源(I)和透镜(3 )之间设有衍射光学元件(2 )，所述衍射光学元件(2 )与透镜(3 )的距离可调节，所述照射光源(I)发出的球面波经过所述衍射光学元件(2)形成分布光场，分布光场经过所述透镜(3)形成光照发散角Θ。2.根据权利要求1所述的一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，其特征在于:所述衍射光学元件(2)为平行光照射衍射光学元件，衍射光学元件(2)的设计光场发散角为Θ O，照射光源(I)发出的光球面波经过衍射光学元件(2)汇聚到汇聚点A，汇聚点A至透镜(3)的距离为f，汇聚点A至衍射光学元件(2)的距离为d，光照发散角Θ与设计光场发散角Θ O的比值(Θ / Θ O)为放大倍数β，β =d/f。3.根据权利要求1或2所述的一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，其特征在于:衍射光学元件(2)为菲涅尔衍射光学元件。4.根据权利要求1或2所述的一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，其特征在于:衍射光学元件(2)为夫琅禾费衍射光学元件。5.根据权利要求1所述的一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，其特征在于:所述照射光源(I)为激光光源。6.根据权利要求1所述的一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，其特征在于:所述照射光源(I)为LED光源。
【专利摘要】本发明提供一种采用衍射光学元件与透镜结合的光照发散角可调节的光学系统，涉及光学系统技术领域。它包括照射光源和透镜，照射光源和透镜之间设有衍射光学元件，衍射光学元件与透镜的距离可调节，照射光源发出的球面波经过衍射光学元件形成分布光场，分布光场经过透镜形成光照发散角。本发明解决了现有技术中在发散角可调节系统结构复杂、体积大、制造成本高和使用不方便的技术问题。本发明的有益效果为：光源与透镜位置固定，只通过调节衍射光学元件的位置即可实现所需光场的发散角的调节。光学系统结构简单合理、体积小、制造成本低。发散角光场调节简单、操作方便。光学系统应用范围广泛。
【IPC分类】G02B27/09
【公开号】CN105527715
【申请号】CN201510495360
【发明人】田克汉, 霍轶杰, 尹晓东
【申请人】杭州东尚光电科技有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年8月13日