CN109116533B - 消除非平行光干扰的光路结构及其消除非平行光干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种消除非平行光干扰的光路结构及其消除非平行光干扰方法，所述基于三棱镜全反射消除非平行光干扰的光路结构包括干涉仪模块、三棱镜组以及成像模块，其中，干涉仪模块，用于接收入射光束，输出出射光；三棱镜组，用于对所述出射光进行处理，得到平行光；成像模块，用于对所述平行光进行成像。在三棱镜组模块内利用全反射定理消除非平行光，保留平行光通过，最终经过成像系统在干涉成像面上形成干涉，本发明可以达到消除非平行光干扰的设计要求，成像效果好，干涉条纹清晰度好，同时采用的光学元件较少，可以减小具体产品的体积、重量，更适合遥感设备的要求。

Description

消除非平行光干扰的光路结构及其消除非平行光干扰方法

技术领域

本发明涉及一种光学反射结构，特别是涉及一种消除非平行光干扰的光路结构及其消除非平行光干扰方法。

背景技术

全反射是指光由光密介质入射到光疏介质的界面，且入射角大于等于临界角时，光线全部被反射回原介质内的现象，当光线由光疏介质入射到光密介质时，因为光线靠近法线而折射，故这时不会发生全反射。

现有技术中的干涉成像过程中，在平行光入射下由于其他级次光的存在导致成像效果差，实际干涉条纹与理想干涉条纹效果相差明显，从而导致干涉成像效果差，干涉条纹清晰度下降。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种消除非平行光干扰的光路结构及其消除非平行光干扰方法，用于解决现有技术中成像效果差，干涉条纹清晰度下降的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种消除非平行光干扰的光路结构，所述基于三棱镜全反射消除非平行光干扰的光路结构包括干涉仪模块、三棱镜组以及成像模块，其中，干涉仪模块，用于接收入射光束，输出出射光；三棱镜组，用于对所述出射光进行处理，得到平行光；成像模块，用于对所述平行光进行成像。

作为本发明的一种优选方案，所述三棱镜组包括三个三棱镜，三个所述三棱镜分别为第一三棱镜、第二三棱镜、第三三棱镜，三个所述三棱镜的高度相等，所述第一三棱镜和第三三棱镜对称分布于第二三棱镜的两侧；所述第一三棱镜包括第一镜面、第二镜面、第三镜面；所述第二三棱镜包括第四镜面、第五镜面、第六镜面；所述第三三棱镜包括第七镜面、第八镜面、第九镜面；所述第三镜面与第四镜面之间平行设置，第三镜面与第四镜面之间相距一定距离；所述第五镜面与第七镜面之间平行设置，第五镜面与第七镜面之间相距一定距离；所述第一镜面与第三镜面之间的夹角为40.7度，所述第一镜面与第二镜面之间的夹角为90度；所述第四镜面与第六镜面之间的夹角为49.3度，所述第六镜面与第五镜面之间的夹角为49.3度；所述第七镜面与第九镜面之间的夹角为40.7度，所述第八镜面与第九镜面之间的夹角为90度。

作为本发明的一种优选方案，所述一定距离为0.05毫米。

作为本发明的一种优选方案，所述干涉仪模块包括第一光阑、偏振分光镜、第一反射式闪耀光栅、第二反射式闪耀光栅。

作为本发明的一种优选方案，所述成像模块包括偏振片、透镜成像光学系统以及干涉成像面，所述偏振片、透镜成像光学系统、干涉成像面依次设置于所述三棱镜组的前端。

作为本发明的一种优选方案，所述第一三棱镜、第二三棱镜以及第三三棱镜的材料相同。

作为本发明的一种优选方案，所述干涉仪模块与三棱镜组之间设置有第二光阑。

为实现上述目的，本发明还提供一种消除非平行光干扰的光路结构的消除非平行光干扰方法，包括以下步骤：接收入射光束，输出出射光；对所述出射光进行处理，得到平行光；对所述平行光进行成像。

作为本发明的一种优选方案，对所述出射光进行处理，得到平行光包括：所述出射光通过第二光阑进入所述三棱镜组；所述出射光中的平行光从第一镜面进入，分别在第三镜面、第四镜面、第五镜面、第七镜面发生折射，最后从第九镜面出射，所述平行光的出射角度与入射角度相同；所述出射光中的非平行光从第一镜面进入，在第三镜面上入射角大于全反射角的非平行光发生全反射形成反射光，所述反射光在第二镜面发生折射；所述出射光中的非平行光从第一镜面进入，在第三镜面上入射角小于全反射角的非平行光发生折射形成折射光，所述折射光在第五镜面上发生全反射形成反射光，反射光在第六镜面发生折射。

如上所述，本发明的一种基于蓝牙与仪表的时间校准方法及系统，具有以下有益效果：

1、本发明的消除非平行光干扰的光路结构包括干涉仪模块、三棱镜组以及成像模块，在三棱镜组模块内利用全反射定理消除非平行光，保留平行光通过，最终经过成像系统在干涉成像面上形成干涉，本发明可以达到消除非平行光干扰的设计要求，成像效果好，干涉条纹清晰度好，同时采用的光学元件较少，可以减小具体产品的体积、重量，更适合遥感设备的要求。

2、本发明的适用范围广，可以应用在多种光学系统中。

3、本发明的结构简单紧凑，生产安装简单，对安装精度要求低，干涉效果好。

附图说明

图1显示为本发明的三棱镜组结构主视图。

图2显示为本发明的平行光入射三棱镜组光路图。

图3显示为本发明的非平行光在第三镜面发生全反射光路图。

图4显示为本发明的非平行光在第五镜面发生全反射光路图。

图5显示为本发明的实际应用的消除非平行光干扰的光路结构的整体主视图。

图6显示为本发明的消除非平行光干扰的光路结构的消除非平行光干扰方法的流程图。

元件标号说明

1 干涉仪模块

2 第二光阑

3 三棱镜组

4 偏振片

5 透镜成像光学系统

6 干涉成像面

10 第一光阑

11 偏振分光镜

12 第一反射式闪耀光栅

13 第二反射式闪耀光栅

31 第一三棱镜

32 第二三棱镜

33 第三三棱镜

310 第一镜面

311 第二镜面

312 第三镜面

320 第四镜面

321 第五镜面

322 第六镜面

330 第七镜面

331 第八镜面

332 第九镜面

S1～S3 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提供一种消除非平行光干扰的光路结构，具体地，请参阅图5，所述基于三棱镜全反射消除非平行光干扰的光路结构包括干涉仪模块1、三棱镜组3以及成像模块，其中，干涉仪模块1，用于接收入射光束，输出出射光；三棱镜组3，用于对所述出射光进行处理，得到平行光；成像模块，用于对所述平行光进行成像。

具体的，所述干涉仪模块1为反射式简化的Sagnac干涉仪模块。

具体的，所述干涉仪模块1包括第一光阑10、偏振分光镜11、第一反射式闪耀光栅12、第二反射式闪耀光栅13。

具体的，请参阅图1，所述三棱镜组3包括三个三棱镜，三个所述三棱镜分别为第一三棱镜31、第二三棱镜32、第三三棱镜33，三个所述三棱镜的高度相等，所述第一三棱镜31和第三三棱镜33对称分布于第二三棱镜32的两侧；所述第一三棱镜31包括第一镜面310、第二镜面311、第三镜面312；所述第二三棱镜32包括第四镜面320、第五镜面321、第六镜面322；所述第三三棱镜33包括第七镜面330、第八镜面331、第九镜面332；所述第三镜面312与第四镜面320之间平行设置，第三镜面312与第四镜面320之间相距0.05毫米；所述第五镜面321与第七镜面330之间平行设置，第五镜面321与第七镜面330之间相距0.05毫米；所述第一镜面310与第三镜面312之间的夹角为40.7度，所述第一镜面310与第二镜面311之间的夹角为90度；所述第四镜面320与第六镜面322之间的夹角为49.3度，所述第六镜面322与第五镜面321之间的夹角为49.3度；所述第七镜面330与第九镜面332之间的夹角为40.7度，所述第八镜面331与第九镜面332之间的夹角为90度。

所述第一三棱镜、第二三棱镜以及第三三棱镜的材料相同，均为BK7型号。

具体的，所述成像模块包括偏振片4、透镜成像光学系统5以及干涉成像面6，所述偏振片4、透镜成像光学系统5、干涉成像面6依次设置于所述三棱镜组3的前端。

所述干涉仪模块1的输出，经过三棱镜组3消除非平行光后，三棱镜组3的输出经偏振片4极化和透镜成像光学系统5成像后在干涉成像面6上形成干涉。

入射光束进入反射式简化的Sagnac干涉仪模块，经偏振分光镜11分束为偏振方向相互垂直的两束线偏振光，分别是反射形成的第一光束和透射形成的第二光束；

所述第一光束依次经第一反射式闪耀光栅12和第二反射式闪耀光栅13反射后沿着与入射光束相反的方向入射到偏振分光镜11上，并在偏振分光镜11反射形成第一光束出射光。

所述第二光束依次经第二反射式闪耀光栅13和第一反射式闪耀光栅12反射后透过偏振分光镜11，形成第二光束出射光。

所述第一光束出射光和第二光束出射光入射三棱镜组3，非平行光在第三镜面312和第五镜面321发生全反射，只保留平行光通过，平行光依次经偏振片4和透镜成像光学系统5投射到干涉成像面6上；

如图6所示，本发明还提供了一种消除非平行光干扰的光路结构的消除非平行光干扰方法，包括以下步骤：

S1、接收入射光束，输出出射光。

S2、对所述出射光进行处理，得到平行光。

S3、对所述平行光进行成像。

如图5所示，具体的，平行入射光束通过第一光阑10从偏振分光镜11中心处进入干涉元件，在偏振分光镜11处被分为振动方向相互垂直的两束线偏振光，即所述第一光束和第二光束；所述第一光束依次经第一反射式闪耀光栅12和第二反射式闪耀光栅13反射后沿着与入射光束相反的方向入射到偏振分光镜11上，并在偏振分光镜上11反射形成第一光束出射光。

所述第二光束依次经第二反射式闪耀光栅13和第一反射式闪耀光栅12反射后透过偏振分光镜11，形成第二光束出射光；由于闪耀光栅的闪耀作用，第一光束和第二光束在第一反射式闪耀光栅12和第二反射式闪耀光栅13上的入射角和出射角都并不相等。第一光束和第二光束经两次闪耀光栅的偏置，导致第一光束出射光和第二光束出射光出射时相互间产生一定的偏移且偏振方向相互垂直。

第一光束出射光和第二光束出射光通过第二光阑2作为三棱镜组3的输入，如图2、3、4所示，平行光从第一镜面310进入三棱镜组3，分别在第三镜面312、第四镜面320、第五镜面321、第七镜面330处发生折射，最终从第九镜面332出射并且出射角度与入射角度相同；非平行光从第一镜面310进入三棱镜组3，根据全反射定理，在第三镜面312上入射角大于全反射角的非平行光在第一三棱镜31的第三镜面312上发生全反射，反射光在第一三棱镜31的第二镜面311发生折射，不能入射到第二三棱镜32内；小于全反射角的非平行光在第三镜面312发生折射进入第二三棱镜32内，在第二三棱镜32的第五镜面321上发生全反射，反射光在第二三棱镜32的第六镜面322发生折射，不能入射到第三三棱镜33内。

为保证第一光束出射光和第二光束出射光出射时相互间产生一定的偏移且偏振方向相互垂直，偏振分光镜11设置为与入射光束成45度夹角；

令第一光束在所述第一反射式闪耀光栅12上的入射角为a1，出射角为a2，

第一光束在所述第二反射式闪耀光栅13上的入射角为b1，出射角为b2，

第二光束在所述第二反射式闪耀光栅13上的入射角为c1，出射角为c2，

第二光束在所述第一反射式闪耀光栅12上的入射角为d1，出射角为d2，

使a1＝a2＝a3＝a4＝22.5度。

所述第一光阑10的位置只需保持入射光入射到偏振分光镜中心处即可，位置高低无影响。

并令：a＝a2-a1，b＝b2-b1，c＝c2-c1，d＝d2-d1

设置第一反射式闪耀光栅12和第二反射式闪耀光栅13的闪耀方向，使得在a、b、c和d之间存在如下关系：a＝b＝(-c)＝(-d)。

设置a＝b，使得第一光束在经两次闪耀光栅之后所产生的闪耀角相互抵消，并使光束位置发生偏移；同样设置c＝d，使第二光束在经两次闪耀光栅之后所产生的闪耀角相互抵消，并使光束位置发生偏移；设置a＝b＝(-c)＝(-d)，则两次偏移方向相反，从而使第一光束出射光和第二光束出射光之间形成一个距离。

为保证三棱镜组3消除入射光中的非平行光，三个三棱镜之间要按照一定的角度设置。

令第一三棱镜31中的角度分别为f1，f2，f3；第二三棱镜32中的角度分别为h1，h2，h3；第三个三棱镜33中的角度分别为g1，g2，g3；

第三镜面312和第四镜面320保持平行；第五镜面321与第七镜面330保持平行；三个三棱镜高度一致；且f1＝g1＝40.7度，f2＝g2＝h1＝h2＝49.3度，f3＝g3＝90度，h3＝81.4度。

综上所述，本发明的消除非平行光干扰的光路结构包括干涉仪模块、三棱镜组以及成像模块，在三棱镜组模块内利用全反射定理消除非平行光，保留平行光通过，最终经过成像系统在干涉成像面上形成干涉，本发明可以达到消除非平行光干扰的设计要求，成像效果好，干涉条纹清晰度好，同时采用的光学元件较少，可以减小具体产品的体积、重量，更适合遥感设备的要求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种消除非平行光干扰的光路结构，其特征在于：所述消除非平行光干扰的光路结构基于三棱镜的全反射原理，包括干涉仪模块(1)、三棱镜组(3)以及成像模块，其中，

干涉仪模块(1)，用于接收入射光束，输出出射光；

三棱镜组(3)，用于对所述出射光进行处理，得到平行光；

成像模块，用于对所述平行光进行成像；

所述三棱镜组(3)包括三个三棱镜，三个所述三棱镜分别为第一三棱镜(31)、第二三棱镜(32)、第三三棱镜(33)，三个所述三棱镜的高度相等，所述第一三棱镜(31)和第三三棱镜(33)对称分布于第二三棱镜(32)的两侧；

所述第一三棱镜(31)包括第一镜面(310)、第二镜面(311)、第三镜面(312)；

所述第二三棱镜(32)包括第四镜面(320)、第五镜面(321)、第六镜面(322)；

所述第三三棱镜(33)包括第七镜面(330)、第八镜面(331)、第九镜面(332)；

所述第三镜面(312)与第四镜面(320)之间平行设置，第三镜面(312)与第四镜面(320)之间相距一定距离；所述第五镜面(321)与第七镜面(330)之间平行设置，第五镜面(321)与第七镜面(330)之间相距一定距离；

所述第一镜面(310)与第三镜面(312)之间的夹角为40.7度，所述第一镜面(310)与第二镜面(311)之间的夹角为90度；

所述第四镜面(320)与第六镜面(322)之间的夹角为49.3度，所述第六镜面(322)与第五镜面(321)之间的夹角为49.3度；

所述第七镜面(330)与第九镜面(332)之间的夹角为40.7度，所述第八镜面(331)与第九镜面(332)之间的夹角为90度。

2.根据权利要求1所述的一种消除非平行光干扰的光路结构，其特征在于：所述一定距离为0.05毫米。

3.根据权利要求1所述的一种消除非平行光干扰的光路结构，其特征在于：所述干涉仪模块(1)包括第一光阑(10)、偏振分光镜(11)、第一反射式闪耀光栅(12)、第二反射式闪耀光栅(13)。

4.根据权利要求3所述的一种消除非平行光干扰的光路结构，其特征在于：所述成像模块包括偏振片(4)、透镜成像光学系统(5)以及干涉成像面(6)，所述偏振片(4)、透镜成像光学系统(5)、干涉成像面(6)依次设置于所述三棱镜组(3)的前端。

5.根据权利要求4所述的一种消除非平行光干扰的光路结构，其特征在于：所述第一三棱镜(31)、第二三棱镜(32)以及第三三棱镜(33)的材料相同。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种消除非平行光干扰的光路结构，其特征在于：所述干涉仪模块(1)与三棱镜组(3)之间设置有第二光阑(2)。

7.一种根据权利要求6所述的消除非平行光干扰的光路结构的消除非平行光干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收入射光束，输出出射光；

对所述出射光进行处理，得到平行光；

对所述平行光进行成像。

8.根据权利要求7所述的消除非平行光干扰的光路结构的消除非平行光干扰方法，其特征在于：对所述出射光进行处理，得到平行光包括：

所述出射光通过第二光阑(2)进入所述三棱镜组(3)；

所述出射光中的平行光从第一镜面(310)进入，分别在第三镜面(312)、第四镜面(320)、第五镜面(321)、第七镜面(330)发生折射，最后从第九镜面(332)出射，所述平行光的出射角度与入射角度相同；

所述出射光中的非平行光从第一镜面(310)进入，在第三镜面(312)上入射角大于全反射角的非平行光发生全反射形成反射光，所述反射光在第二镜面(311)发生折射；

所述出射光中的非平行光从第一镜面(310)进入，在第三镜面(312)上入射角小于全反射角的非平行光发生折射形成折射光，所述折射光在第五镜面(321)上发生全反射形成反射光，反射光在第六镜面(322)发生折射。

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