[发明专利]一种产生旋转对称组合聚焦光场的折射光学元件

说明书

本发明提出一种产生旋转对称组合聚焦光场的折射光学元件，其具有折射光学元件本体，折射光学元件本体的入射面为平面，折射光学元件本体的出射面具有多个呈锯齿状的同心分布的圆环；通过调整各个圆环的齿形倾角来改变入射光的传输方向，以形成旋转对称组合的聚焦光斑图案。本发明的折射光学元件可以使用五轴超精密数控机床直接在亚克力平板上加工成型，加工制造工艺较为简单。随着加工工艺的愈加成熟，相比自由曲面透镜和衍射光学元件，本发明在成本上有明显的优势。同时“类菲涅尔”折射光学元件是平面结构设计，厚度可达到0.65‑1.5mm，能有效减小光学系统的整体机械结构。

技术领域

本发明涉及光学领域，具体涉及一种产生旋转对称组合聚焦光场的折射光学元件。

背景技术

在舞台与演播厅投影应用中，通常需要各种特殊艺术光斑图案，这种特殊艺术光斑图案需要特殊的光学元件来产生。机器视觉光学系统是智能制造与检测设备的重要组成部分。在机器视觉系统中也需要使用特殊的光学图案(如聚焦点，聚焦圆环，十字线)来实现精密的对准功能。这种特殊的对准光学图案也需要特殊设计的光学元件来实现。不同应用对光斑图案有不同的要求，有时需要组合光斑图案。通常采用衍射光学元件(简称DOE)与自由曲面光学元件来实现，这两种光学元件的加工制造工艺复杂，因此成本也高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工制造工艺简单、成本较低的产生旋转对称组合聚焦光场的折射光学元件。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种产生旋转对称组合聚焦光场的折射光学元件，具有折射光学元件本体，所述折射光学元件本体的入射面为平面，所述折射光学元件本体的出射面具有多个呈锯齿状的同心分布的圆环；通过调整各个所述圆环的齿形倾角来改变入射光的传输方向，以形成旋转对称组合的聚焦光斑图案。

传统的菲涅尔透镜由于成本低，重量轻，已经在投影仪，舞台灯光，高倍聚光太阳能系统中等领域得到应用。在这些应用中，通常是按照成像透镜的点聚焦来设计。采用上述方案后，本发明提出一种类菲涅尔透镜的产生旋转对称组合聚焦光场的折射光学元件，这种折射光学元件的局部光学面形结构的设计使得该折射光学元件对入射光束的特殊光学变换而产生特殊的光场分布或光斑图案。该折射光学元件的光学表面结构看起来与菲涅尔透镜的锯齿形分布十分类似，故可称为“类菲涅尔”折射光学元件。此折射光学元件通过调整各个圆环上的齿形斜角，可以形成不同形状的聚焦光斑图案。而且可以采用与传统菲涅尔透镜相同的加工工艺的来制作，即，使用五轴超精密数控机床直接在亚克力平板上加工成型，加工制造工艺较为简单。随着加工工艺的愈加成熟，相比自由曲面透镜和衍射光学元件，本发明在成本上有明显的优势。同时“类菲涅尔”折射光学元件是平面结构设计，厚度可达到0.65-1.5mm，能有效减小光学系统的整体机械结构。

附图说明

图1为本发明一种产生旋转对称组合聚焦光场的折射光学元件的结构示意图。

图2为本发明中实施例一的光路示意图；

图3为本发明中实施例二的光路示意图；

图4为本发明中实施例三的光路示意图；

图5为实施例一中通过计算所得模型产生的二维与三维辐照度分布图；

图6为实施例二中通过计算所得模型产生的二维与三维辐照度分布图；

图7为实施例三中通过计算所得模型产生的二维与三维辐照度分布图；

图8为本发明中实施例四的区域分布示意图；

图9为实施例四中通过计算所得模型产生的二维与三维辐照度分布图；

图10为实施例四中另一通过计算所得模型产生的二维与三维辐照度分布图。

具体实施方式