[实用新型]具有衍射孔阵列的近场均匀照明装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有衍射孔阵列用于近场均匀照明的装置，具有能够对被照明表面均匀照明的作用，属于照明技术领域。

背景技术

当物体表面被自然光或远场光源照明时，由于物体表面上的照度均匀，因此，可以清楚地观察到物体表面的状况，此时对物体表面拍摄的图像也会比较清晰。

实用新型内容

背景技术存在的问题是，当用照明光源在近场情况下直接照射到物体表面上时就会形成光能量按高斯分布的中心亮斑，致使光的照度不均匀，从而对物体表面状况的观察和成像造成不利影响。例如，见图1所示，一方面，中心亮斑掩盖了物体表面的真实情况，使得物体表面真实情况不能显示出来，因而物体表面的真实状况无法被观察到或者被成像；另一方面，照明光源在近场情况下，照明区域较小，照明区域外的物体表面状况不能被观察到或不能被成像。为了克服照明光源在近场情况下，由于照明不均匀而对物体表面状况的观察和成像带来的不利影响，本实用新型提供了一种具有衍射孔阵列的近场均匀照明装置。

本实用新型之装置其结构见图2所示，光源1光轴垂直于衍射孔阵列2所在平面；衍射孔阵列2是一种衍射孔3线阵或者面阵，按照周期d排列；衍射孔3半径a与光源1的波长λ属于同一数量级；衍射光在与衍射孔阵列2相距f的被照明表面4上形成的爱里斑5半径r由下式决定：

r＝0.61λf/a                                        (1)

爱里斑5也按照周期d排列，见图3所示，相邻爱里斑5最小重叠部分为两个相同弓形，周期d由下式决定：

d＝2(r-h)                                           (2)

式中h为弓形高。

根据光的衍射原理，光源1发出波长为λ的光通过半径为a的衍射孔3衍射之后，在与衍射孔阵列2相距f的被照明表面4上形成同心圆环，如图4所示，同心圆环的中心亮斑为爱里斑5。爱里斑5的半径r与光源1的微米级波长λ和毫米级的衍射孔阵列2与被照明表面4的距离f成正比，与微米级的衍射孔3的半径a成反比。因此，光源1发出的光通过衍射孔3以后形成比衍射孔3大很多的爱里斑5。若干个爱里斑5周期分布，并且相邻爱里斑5边缘重叠，共同形成准均匀的大面积近场照明区。或者说，本实用新型之装置能够使光源在近场情况下，光斑能量由高斯分布转换成准均匀分布，从而使得被照明表面的照度均匀，这样物体表面的真实状况可以被显示出来，进而能够观察到或者拍摄到被照明表面的真实状况，如图5所示。

附图说明

图1是光源直接在近场被照明表面上形成的高斯照明区域图。图2是本实用新型之装置示意图，该图兼作为摘要附图。图3是衍射孔阵列与爱里斑阵列对应关系示意图。图4是来自光源的一束光经衍射孔衍射后在被照明表面形成的同心圆光斑示意图。图5是本实用新型之装置在被照明表面产生近场均匀照明区域图。

具体实施方式

见图2、图3所示，光源1光轴垂直于衍射孔阵列2所在平面。衍射孔阵列2是一种衍射孔3线阵或者面阵，按照周期d排列。光源1的水平发散角β、光源1与衍射孔阵列2的距离L决定了衍射孔阵列2的宽度W，即：

W＝2Ltgβ                                        (3)

光源1的垂直发散角θ、光源1与衍射孔阵列2的距离L决定了衍射孔阵列2的高度H，即：

H＝2Ltgθ                                        (4)

当光源1采用半导体激光器时，其水平发散角与垂直发散角就不同。衍射孔3半径a与光源1的波长λ属于同一数量级，分别在1～10μm范围内确定。衍射光在与衍射孔阵列2相距f的被照明表面4上形成的爱里斑5半径r由下式决定：

r＝0.61λf/a                                     (1)

爱里斑5也按照周期d排列，距离f为10～50mm。相邻爱里斑5最小重叠部分为两个相同弓形，周期d由下式决定：

d＝2(r-h)                                        (2)

式中h为弓形高。