CN112305704A - 一种双焦点系统 - Google Patents

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CN112305704A CN202011368293.0A CN202011368293A CN112305704A CN 112305704 A CN112305704 A CN 112305704A CN 202011368293 A CN202011368293 A CN 202011368293A CN 112305704 A CN112305704 A CN 112305704A
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reflecting mirror
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mirror
distance
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魏进业
杨健君
金名亮
水玲玲
潘新建
易子川
迟锋
张智
刘黎明
吴洁滢
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South China Normal University
University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
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South China Normal University
University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institute
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
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Abstract

本发明公开了一种双焦点系统，包括从左到右依次设置并且相互平行的凸透镜、左反射镜和右反射镜，所述左反射镜的正面、背面以及右射反镜的正面均为反射镜面，所述左反射镜正面的反射镜面和右射反镜的反射镜面均设置为面向所述凸透镜的弧形，所述左反射镜和右反射镜均中心开孔；平行光束经过凸透镜聚焦后，再穿过所述左反射镜中心的孔和右反射镜中心的孔后形成焦点J1；平行光线从所述凸透镜的外侧射入，先经过所述右反射镜的反射镜面发射，再经过所述左反射镜背面的反射镜面发射，最后穿过所述右反射镜中心的孔形成焦点J2，两个焦点是由凸透镜和两个反射镜的反射镜面分别控制焦点的距离，两个焦点成像不存在相互制约的关系，在一定范围内，焦点位置可独立自由调节，灵活性很大。

Description

一种双焦点系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，特别是一种双焦点系统。
背景技术
现有的双焦点系统不仅可调控范围比较小，系统的灵活性差,很大程度上会限制该系统的应用范围，比如,限制该系统在激光焊接等领域的应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可调控范围大、灵活性好的双焦点系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双焦点系统，包括从左到右依次设置并且相互平行的凸透镜、左反射镜和右反射镜，所述左反射镜的正面、背面以及右射反镜的正面均为反射镜面，所述左反射镜正面的反射镜面和右射反镜的反射镜面均设置为面向所述凸透镜的弧形，所述左反射镜和右反射镜均中心开孔；
平行光束经过凸透镜聚焦后，再穿过所述左反射镜中心的孔和右反射镜中心的孔后形成焦点J1；
平行光线从所述凸透镜的外侧射入，先经过所述右反射镜的反射镜面发射，再经过所述左反射镜背面的反射镜面发射，最后穿过所述右反射镜中心的孔形成焦点J2。
所述凸透镜的光心为O1，所述左反射镜的中心处为O2，所述右反射镜的中心处为O3；
所述凸透镜和左反射镜之间的间距为d1，所述左反射镜和右反射镜之间的间距为d2。
所述左反射镜正面的反射镜面的像距是S1，所述左反射镜正面的反射镜面的物距是S2；
所述右反射镜正面的反射镜面的像距是S3，所述右反射镜正面的反射镜面的物距是S4，物距是S4为无穷大，所述凸透镜的光心O1与焦点J2之间的间距是L2，L2＝d1+S4；
所述凸透镜的焦距为f1，所述凸透镜的光心O1与焦点J1之间的间距是L1，则L1＝f1。
所述反射镜面的成像公式1为
Figure BDA0002805525650000011
其中，SA是反射镜面的像距，SB是反射镜面的物距，r是反射镜面的曲率半径；
所述左反射镜正面的反射镜面曲率半径为r1,所述右反射镜正面的反射镜面曲率半径为r2，并且r2为负值，将r2代入反射镜面的成像公式1，S3也是负值，表示光线在右反射镜的反射镜面的左侧成像。
所述平行光线经过所述右反射镜的反射镜面反射后，成像在所述左反射镜正面的反射镜面的左侧，则所述右反射镜的反射镜面的物距S4＝S3+d2，
将代入反射镜面的成像公式1可得
Figure BDA0002805525650000021
则
Figure BDA0002805525650000022
本发明的有益效果是：本发明的两个焦点是由凸透镜和两个反射镜的反射镜面分别控制焦点的距离，两个焦点成像不存在相互制约的关系，在一定范围内，焦点位置可独立自由调节，灵活性很大。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构原理图。
具体实施方式
参照图1，一种双焦点系统，包括从左到右依次设置并且相互平行的凸透镜1、左反射镜2和右反射镜3，所述左反射镜2的正面、背面以及右射反镜的正面均为反射镜面，所述左反射镜2正面的反射镜面和右射反镜的反射镜面均设置为面向所述凸透镜1的弧形，所述左反射镜2和右反射镜3均中心开孔；
平行光束经过凸透镜1聚焦后，再穿过所述左反射镜2中心的孔和右反射镜3中心的孔后形成焦点J1；
平行光线从所述凸透镜1的外侧射入，先经过所述右反射镜3的反射镜面发射，再经过所述左反射镜2背面的反射镜面发射，最后穿过所述右反射镜3中心的孔形成焦点J2。
两个焦点是由凸透镜和两个反射镜的反射镜面分别控制焦点的距离，两个焦点成像不存在相互制约的关系，在一定范围内，焦点位置可独立自由调节，灵活性很大。
所述凸透镜1的光心为O1，所述左反射镜2的中心处为O2，所述右反射镜3的中心处为O3；
所述凸透镜1和左反射镜2之间的间距为d1，所述左反射镜2和右反射镜3之间的间距为d2。
所述左反射镜2正面的反射镜面的像距是S1，所述左反射镜2正面的反射镜面的物距是S2；
所述右反射镜3正面的反射镜面的像距是S3，所述右反射镜3正面的反射镜面的物距是S4，物距是S4为无穷大，所述凸透镜1的光心O1与焦点J2之间的间距是L2，L2＝d1+S4；
所述凸透镜1的焦距为f1，所述凸透镜1的光心O1与焦点J1之间的间距是L1，则L1＝f1。
所述反射镜面的成像公式1为
Figure BDA0002805525650000031
其中，SA是反射镜面的像距，SB是反射镜面的物距，r是反射镜面的曲率半径；
所述左反射镜2正面的反射镜面曲率半径为r1,所述右反射镜3正面的反射镜面曲率半径为r2，并且r2为负值，将r2代入反射镜面的成像公式1，S3也是负值，表示光线在右反射镜3的反射镜面的左侧成像。
所述平行光线经过所述右反射镜3的反射镜面反射后，成像在所述左反射镜2正面的反射镜面的左侧，则所述右反射镜3的反射镜面的物距S4＝S3+d2，
将代入反射镜面的成像公式1可得
Figure BDA0002805525650000032
则
Figure BDA0002805525650000033
设光源能量为高斯分布，设焦点J1的能量占总能量的比例为η1，焦点J2的能量占总能量的比例为η2，则
Figure BDA0002805525650000041
以1mm厚度的蓝宝石为切割目标，设两个焦点的间距为0.3mm；
经过测量后得出以下数据：
表1双焦点参数
焦点J1 焦点J2
能量占比/％ 50.00 50.00
距O点距离/mm 99.70 100.00
zemax仿真结果/mm 99.76 100.03
距离物体表面/mm 0.2 0.5
在双焦点系统的构建中，为了使凸透镜聚焦的光线可以完全通过后续两个反射镜面的孔，同时让双焦点在光轴方向上具有较大的可调空间，本系统选择焦距比较长的凸透镜。
在设计两面反射镜面时，需要考虑以下因素：一是要将凸透镜两侧的光线全部反射，避免能量的损失，二是左反射镜背面的反射镜面需要将右反射镜的反射镜面反射过来的光线全部反射到焦点J2处，三是两个反射镜面的孔应该尽量大，以使双焦点系统具有较大的可调控范围，提高系统的灵活性。
本实施例中，参数设定如下：
表2双焦点镜片参数
凸透镜 左反射镜 右反射镜
曲率半径/mm 100.5/-100.5 -34 -22
厚度/mm 2 - -
直径/mm 10 10 20
孔径/mm - 3 8
材料 K9玻璃 反射镜面 反射镜面
光心间距/mm - 68.7 9
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims (5)

1.一种双焦点系统，其特征在于包括从左到右依次设置并且相互平行的凸透镜（1）、左反射镜（2）和右反射镜（3），所述左反射镜（2）的正面、背面以及右射反镜的正面均为反射镜面，所述左反射镜（2）正面的反射镜面和右射反镜的反射镜面均设置为面向所述凸透镜（1）的弧形，所述左反射镜（2）和右反射镜（3）均中心开孔；
平行光束经过凸透镜（1）聚焦后，再穿过所述左反射镜（2）中心的孔和右反射镜（3）中心的孔后形成焦点J1；
平行光线从所述凸透镜（1）的外侧射入，先经过所述右反射镜（3）的反射镜面发射，再经过所述左反射镜（2）背面的反射镜面发射，最后穿过所述右反射镜（3）中心的孔形成焦点J2。
2.根据权利要求1所述的双焦点系统，其特征在于所述凸透镜（1）的光心为O1，所述左反射镜（2）的中心处为O2，所述右反射镜（3）的中心处为O3；
所述凸透镜（1）和左反射镜（2）之间的间距为d1，所述左反射镜（2）和右反射镜（3）之间的间距为d2。
3.根据权利要求2所述的双焦点系统，其特征在于所述左反射镜（2）正面的反射镜面的像距是S1，所述左反射镜（2）正面的反射镜面的物距是S2；
所述右反射镜（3）正面的反射镜面的像距是S3，所述右反射镜（3）正面的反射镜面的物距是S4，物距是S4为无穷大，所述凸透镜（1）的光心O1与焦点J2之间的间距是L2，L2=d1+S4；
所述凸透镜（1）的焦距为f1，所述凸透镜（1）的光心O1与焦点J1之间的间距是L1，则L1=f1。
4.根据权利要求3所述的双焦点系统，其特征在于所述反射镜面的成像公式1为
Figure 794644DEST_PATH_IMAGE001
，其中，SA是反射镜面的像距，SB是反射镜面的物距，r是反射镜面的曲率半 径；
所述左反射镜（2）正面的反射镜面曲率半径为r1, 所述右反射镜（3）正面的反射镜面曲率半径为r2，并且r2为负值，将r2代入反射镜面的成像公式1，S3也是负值，表示光线在右反射镜（3）的反射镜面的左侧成像。
5.根据权利要求4所述的双焦点系统，其特征在于所述平行光线经过所述右反射镜（3）的反射镜面反射后，成像在所述左反射镜（2）正面的反射镜面的左侧，则所述右反射镜（3）的反射镜面的物距S4=S3+d2，
将代入反射镜面的成像公式1可得
Figure 969535DEST_PATH_IMAGE002
，
则
Figure 854315DEST_PATH_IMAGE003
。
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