CN107153269B - 一种携带信息的无衍射光束成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种携带信息的无衍射光束成像系统，包括光学平台，所述光学平台上设置有光源以及沿着所述光源的光路传播方向依次布置的聚光筒、第一光阑、准直扩束组件、第二光阑、图像信息板、轴棱锥和CCD成像组件。本发明的成像系统使用时，光源发出的光经过准直扩束组件进行扩束后成为平面波，照射在图像信息板上使得光束携带图像信息，然后再穿过轴棱锥，获得携带图像信息的无衍射光束，最后由CCD成像组件接收，获得清晰的图像，实现图像信息在无衍射光束系统的传输，对无衍射光束应用于光学成像方面具有指导意义。

Description

一种携带信息的无衍射光束成像系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，尤其是一种携带信息的无衍射光束成像系统。
背景技术
美国Rochester大学的J.Durnin于1987年首次提出了“无衍射光束”的概念，这是一种在传播方向上不发散的光束，且在遇到障碍物后，能够自重建，由于无衍射光束的这两种特殊性质，它在生命科学和纳米科技中有着重要的应用。
传统对无衍射光束的研究主要集中在对于光束信息的传输与变换，2013年CraigSnoeyink等人利用轴棱锥产生的贝塞尔(Bessel)光束改变系统的数值孔径，将显微镜的成像分辨率提高了约三分之一，这将无衍射贝塞尔(Bessel)光束的应用推广到了新的领域。相比于普通的凸透镜成像只能在与物面共轭的像面上成清晰的像，无衍射成像系统就很好的改善了这一缺点，它的线聚焦特性可以在一段距离内成清晰的像，减少调焦增大了景深。
但是目前关于图像信息在无衍射光束系统的传输情况尚未见过报道，而信息携带的研究对光学成像是非常有意义的。
有鉴于此，本发明人对携带信息的无衍射光束成像系统进行了深入的研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像信息清晰的携带信息的无衍射光束成像系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种携带信息的无衍射光束成像系统，包括光学平台，所述光学平台上设置有光源以及沿着所述光源的光路传播方向依次布置的聚光筒、第一光阑、准直扩束组件、第二光阑、图像信息板、轴棱锥和CCD成像组件。
作为本发明的一种改进，所述光源为蓝光LED光源。
作为本发明的一种改进，所述准直扩束组件包括沿所述光源的光路传播方向依次布置的短焦距透镜和长焦距透镜，所述短焦距透镜的焦点和所述长焦距透镜的焦点重合。
作为本发明的一种改进，所述第一光阑和所述短焦距透镜之间的间距为所述短焦距透镜的焦距的三分之一。
作为本发明的一种改进，所述第一光阑和所述第二光阑都为圆孔光阑，所述第一光阑的圆孔孔径小于所述第二光阑的圆孔孔径。
作为本发明的一种改进，所述图像信息板的最小缝宽为0.2mm。
作为本发明的一种改进，所述轴棱锥和所述CCD成像组件之间的间距为20mm-110mm。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的成像系统使用时，光源发出的光经过准直扩束组件进行扩束后成为平面波，照射在图像信息板上使得光束携带图像信息，然后再穿过轴棱锥，获得携带图像信息的无衍射光束，最后由CCD成像组件接收，获得清晰的图像，实现图像信息在无衍射光束系统的传输，对无衍射光束应用于光学成像方面具有指导意义。
2、本发明采用蓝光LED光源，成本相对较低。
附图说明
图1为本发明携带信息的无衍射光束成像系统的结构示意图；
图2为本发明携带信息的无衍射光束成像系统的光路示意图；
图3为本发明携带信息的无衍射光束成像系统的实验截面光强图。
图中标示对应如下：
10-光学平台； 20-光源；
30-聚光筒； 40-第一光阑；
50-准直扩束组件； 51-短焦距透镜；
52-长焦距透镜； 60-第二光阑；
70-图像信息板； 80-轴棱锥；
90-CCD成像组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本实施例提供的携带信息的无衍射光束成像系统，包括光学平台10，光学平台10上设置有光源20以及沿着光源20的光路传播方向依次布置的聚光筒30、第一光阑40、准直扩束组件50、第二光阑60、图像信息板70、轴棱锥80和CCD成像组件90，其中，第一光阑40和第二光阑60都为圆孔光阑，且第一光阑40的圆孔孔径小于第二光阑60的圆孔孔径。当然CCD成像组件90还与电脑连接，这样可将成像的信息显示在电脑屏幕上。
光源20为蓝光LED光源，聚光筒30的内孔呈直径从一端向另一端的方向逐渐减小的锥形状，光源20位于聚光筒30孔径相对较大的一端的口部位置。这样光源20发出的光在聚光筒30内汇集后可从聚光筒30孔径相对较小的一端射出，光场的相干性可以得到极大的提高，从而实现采用非相干光源代替相干光源的目的，有效降低了系统的成本。
第一光阑40用于滤去杂光，其孔径为1mm，与光源20之间的距离为23mm。
准直扩束组件50可以为常规的光学组件，在本实施例中，准直扩束组件50包括沿光源20的光路传播方向依次布置的短焦距透镜51和长焦距透镜52，其中短焦距透镜51的焦点和长焦距透镜52的焦点相互重合。需要说明的是，短焦距透镜51和长焦距透镜52中的短焦距和长焦距都只是相对于另一透镜来说的，并不指代实际的焦距长短，即仅仅是说明短焦距透镜51的焦距小于长焦距透镜52的焦距。准直扩束组件50的扩束倍数可以根据实际需要通过选取不同焦距的透镜组合来实现，在本实施例中，短焦距透镜51的焦距为15mm，长焦距透镜52的焦距190mm，此外，第一光阑40和短焦距透镜51之间的间距为短焦距透镜51的焦距的三分之一，具体的，在本实施例中，短焦距透镜51和第一光阑40之间的距离为5mm，长焦距透镜51和短焦距透镜52之间的距离为20.5mm。
第二光阑60用于限制光束的半径，其孔径为8mm，长焦距透52之间的距离为6mm。
图像信息板70为刻有图像信息的光学板，其最小缝宽优选为0.2mm。光照射在图像信息板70上后可从刻有图像信息的位置处穿过。在本实施例中，图像信息板70上刻有字母A的图像信息，其图像面范围为20mm*20mm，图像面中心的字母A大小为2mm*2mm，最小缝宽为0.2mm。
轴棱锥80是一种用于产生无衍射贝塞尔光束的非球面线聚焦透镜，可从市场上直接购买获得。在本实施例中所使用的轴棱锥80的底角为0.5°，折射率为1.458。
此外，在本实施例中，第二光阑60和图像信息板70之间的距离为6mm，图像信息板70和轴棱锥80之间的距离为20mm，轴棱锥80和CCD成像组件90之间的间距为20mm-110mm。
使用时，如图2所示，光源20发出的蓝光经过聚光筒30的增大聚光作用，提高了空间相干性，然后通过第一光阑40滤去杂光，再经准直扩束组件50进行扩束，扩束后的光束经第二光阑60限制光束半径后产生半径固定的光源，接着半径固定的光源照射到图像信息板70上使光束携带图像信息，并通过轴棱锥80得到携带图像信息的无衍射光束，最终被CCD成像组件90接收。
为了研究无衍射光束成像系统对图像信息的携带情况，在本实施例中还对轴棱锥80和CCD成像组件90之间的距离分别为20mm、40mm、60mm、80mm、100mm和110mm时的情况进行了实验，得到对应位置处的截面光强分布情况如图3所示，图中a、b、c、d、e和f分别对应轴棱锥80和CCD成像组件90之间的距离分别为20mm、40mm、60mm、80mm、100mm和110mm时的截面光强，g为110mm处的三维光强分布。本实施例提供的成像系统将为无衍射光束成像系统携带信息提供一种新的技术支持，具有广阔的市场前景。
上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，如将上述实施例中的光源20由蓝色LED光源变更为激光光源等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种携带信息的无衍射光束成像系统，包括光学平台，其特征在于，所述光学平台上设置有光源以及沿着所述光源的光路传播方向依次布置的聚光筒、第一光阑、准直扩束组件、第二光阑、图像信息板、轴棱锥和CCD成像组件，所述第一光阑和所述第二光阑都为圆孔光阑，所述准直扩束组件包括沿所述光源的光路传播方向依次布置的短焦距透镜和长焦距透镜，所述短焦距透镜的焦点和所述长焦距透镜的焦点重合，所述第一光阑的圆孔孔径小于所述第二光阑的圆孔孔径，所述第一光阑的孔径为1mm，所述第一光阑与所述光源之间的距离为23mm，所述第二光阑的孔径为8mm，所述第二光阑与所述长焦距透镜之间的距离为6mm，所述第二光阑与所述图像信息板之间的距离为6mm，所述图像信息板和所述轴棱锥之间的距离为20mm，所述轴棱锥和所述CCD成像组件之间的间距为20mm-110mm，所述图像信息板的最小缝宽为0.2mm，所述图像信息板上刻有字母的图像信息，其图像面范围为20mm*20mm，图像面中心的字母大小为2mm*2mm。
2.如权利要求1所述的携带信息的无衍射光束成像系统，其特征在于，所述光源为蓝光LED光源。
3.如权利要求1所述的携带信息的无衍射光束成像系统，其特征在于，所述第一光阑和所述短焦距透镜之间的间距为所述短焦距透镜的焦距的三分之一。
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