CN115220138A - 一种离轴反射式扩束棱镜 - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例揭示了一种离轴反射式扩束棱镜，包括：主镜、次镜以及主体棱镜，所述主镜和所述次镜为在所述主体棱镜上加工而成；所述离轴反射式扩束棱镜还包括：受照面与射出面，所述受照面用于接收入射光；当所述受照面接收与光轴平行的入射光后，经过所述主体棱镜入射到所述主镜,所述主镜将入射光扩束后，反射到所述次镜，所述次镜将入射光扩束得到与入射光平行的出射光，并将出射光反射到所述射出面设射出，具备无遮挡、无能量损失、结构稳定等优点。且该离轴反射式扩束棱镜的主体棱镜为立方体棱镜，可便于加持使用，可应用于多类光电系统。
Description
技术领域
本申请涉及一种光学系统技术领域，尤其涉及一种离轴反射式扩束棱镜。
背景技术
随着光电相关技术的日益发展，激光扩束在光通信系统、激光雷达、光刻技术、光学测量等领域具有重要作用。扩束系统从结构形式区分可以主要分为三种：折射式、反射式、折反式。反射式扩束系统相较于折射式扩束系统，其具有更小体积和重量，且能适用更宽的频谱范围，更能满足大口径光学系统的要求。反射式扩束系统又分为同轴反射式扩束系统和离轴反射式扩束系统。相较于同轴反射式扩束系统，离轴反射式扩束系统具有无遮挡、光能利用率较高等优势。随着近年来光学元件加工及检测的技术不断提升，离轴反射式扩束系统的设计方案也逐渐丰富，目前已经有基于自由曲面、高阶次非球面的离轴反射式扩束系统应用于实际光学系统，这使得扩束系统的结构更加简化，对非对称像差的矫正能力得到了提升。然而，应用自由曲面、高阶次非球面也增加了扩束系统装调的困难程度，同时也使反射镜镜面表面清洁度变得更加重要，而在军工应用等领域，随着光电系统的使用环境需求日趋严苛，要求离轴扩束系统具有在复杂环境下仍能高效扩束的稳定性。而目前离轴反射扩束系统都不具备符合以上指标能力。
发明内容
为了解决或部分解决上述问题，本申请提供一种离轴反射式扩束棱镜。
本申请提出一种离轴反射式扩束棱镜，所述离轴反射式扩束棱镜包括：主镜、次镜以及主体棱镜，所述主镜和所述次镜为在所述主体棱镜上加工而成；所述离轴反射式扩束棱镜还包括：受照面与射出面，所述受照面用于接收入射光；当所述受照面接收与光轴平行的入射光后，经过所述主体棱镜入射到所述主镜,所述主镜将入射光扩束后，反射到所述次镜，所述次镜将入射光扩束得到与入射光平行的出射光，并将出射光反射到所述射出面设射出。
可选地，所述主镜上设置有金属反射膜，所述次镜上设置有金属反射膜。
可选地，所述受照面与所述射出面设置有消反膜。
可选地，所述主镜和所述次镜的离轴形式为偏心离轴。
可选地，所述主镜为凸面反射镜，所述次镜为凹面反射镜，且所述主镜和所述次镜的曲面系数都为-1。
可选地，所述主体棱镜的材料为ZnS或ZnSe。
可选地，所述主镜的表面面积不高于所述次镜的表面面积。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
本申请的提供的技术方案中，一种离轴反射式扩束棱镜，包括：主镜、次镜以及主体棱镜，所述主镜和所述次镜为在所述主体棱镜上加工而成；所述离轴反射式扩束棱镜还包括：受照面与射出面，所述受照面用于接收入射光；当所述受照面接收与光轴平行的入射光后，经过所述主体棱镜入射到所述主镜,所述主镜将入射光扩束后，反射到所述次镜，所述次镜将入射光扩束得到与入射光平行的出射光，并将出射光反射到所述射出面设射出；该离轴反射式扩束棱镜具有以下优点：
1同时具备无遮挡、无能量损失、结构稳定等优点。
2该离轴反射式扩束棱镜的主体棱镜为立方体棱镜，可便于加持使用，可应用于多类光电系统。
3该扩束棱镜的主镜和次镜是在主体棱镜上通过加工而成，因此无需装调，在保证扩束质量的情况下，可重复应用在不同的光电系统。
5该离轴反射式扩束棱镜的主镜和次镜不易受到使用环境的影响，可应用于复杂环境中的光电系统。
6该离轴反射式扩束棱镜可实现光电系统中扩束组件元件化，对于已经损坏的光电系统扩束组件可以进行快速替换。
7该离轴反射式扩束棱镜尺寸相对较小，可满足大部分光电系统对尺寸的要求。
8该离轴反射式扩束棱镜制作简单便捷，因此可实现标准化量化生产。
附图说明
图1是本申请实施例示出的一种离轴反射式扩束棱镜的基本结构示意图；
附图标记说明：
101、受照面；102、主镜；103；次镜；104、射出面；105、主体棱镜。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
还需要说明的是：在本申请中提及的“多个”是指两个或者两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种离轴反射式扩束棱镜，所述离轴反射式扩束棱镜包括：主镜102、次镜103以及主体棱镜105，所述主镜102和所述次镜103为在所述主体棱镜105上加工而成；所述离轴反射式扩束棱镜还包括：受照面101与射出面104，所述受照面101用于接收入射光；当所述受照面101接收与光轴平行的入射光后，经过所述主体棱镜105入射到所述主镜102,所述主镜102将入射光扩束后，反射到所述次镜103，所述次镜103将入射光扩束得到与入射光平行的出射光，并将出射光反射到所述射出面104设射出。
应当理解的是，主镜102和次镜103通过单点金刚石车削工艺或光学塑料注塑工艺在主体棱镜105上加工而成；本实施例提供的扩束系统为一种离轴、无实焦设计，且无中心遮挡和能量损失，扩束结构稳定、高效，主镜102和次镜103不易受到外界环境变化和振动的影响；与光轴平行的光束从主体立方棱镜左侧面射入，经过主体棱镜105入射到凸面主镜102上，在扩束棱镜内，光束由主镜102反射至凹面次镜103上，经次镜103反射，从主体立方棱镜右侧面输出为与入射光束平行的扩束后光束。
应当理解的是，且本实施例提供的离轴反射式扩束棱镜的扩束倍率为主镜102和次镜103的焦距之比，具体的主镜102焦距/次镜103焦距＝扩束倍率，因此，离轴反射扩束棱镜扩束倍率为固定值，相关人员可根据实际使用要求调整主镜102和/或次镜103的焦距，进而设定相应扩束倍率。
可选地，所述主镜102上设置有金属反射膜，所述次镜103上设置有金属反射膜，应当理解的是，在主镜102上设置金属反射膜，用于增强反射效率，进而将入射光扩束后反射到次镜103，在次镜103上设置金属反射膜，用于增强反射效率，进而将入射光扩束后反射到射出面104，应当理解的是，本实施例并不限制金属反射膜的种类，可以由相关人员灵活设置。
可选地，所述受照面101与所述射出面104设置有消反膜，所述受照面101上设置有消反膜用于减少由反射引起的杂散光，进而减少对入射光的干扰；所述射出面104上设置有消反膜用于减少由反射引起的杂散光，进而减少对出射光的干扰。主体棱镜105其他外表面作毛面处理。
可选地，所述主镜102和所述次镜103的离轴形式为偏心离轴、口径离轴以及倾斜离轴中的一种，相关人员可以根据实际使用需求灵活设置离轴方式。
可选地，其特征在于，所述主镜102为凸面反射镜，所述次镜103为凹面反射镜，且所述主镜102和所述次镜103的曲面系数都为-1。
承接上例，本实施例并不用于限制主镜102、次镜103都为球面，本实施例提供的离轴反射式扩束棱镜可涵盖多种离轴扩束结构形式，例如主镜102为非球面、次镜103为自由曲面；主镜102为自由曲面、次镜103为非球面；主镜102和次镜103都为非球面；主镜102和次镜103都为自由曲面；可以根据具体的使用要求来进行选择相应面型加工在主体棱镜105上。
可选地，其特征在于，所述主体棱镜105为立方体棱镜，且所述主体棱镜105的材料为ZnS或ZnSe；具体的，在一些示例中，主体棱镜105：选用长宽高为50mm×34mm×37mm的ZnS或ZnSe材料立方体为主体棱镜105，要求基板面精度不低于λ/10，角度公差不高于5″，表面质量10-5，其他表面作毛面处理。能够理解的是，主体棱镜105的棱镜材料可以根据实际使用情况而定，在保证扩束质量的前提下，选用适合的材料，也可使用光学塑料应用在可见光应用领域。
可选地，其特征在于，所述主镜102的表面面积不高于所述次镜103的表面面积，进而使得次镜103能够完全反射主镜102扩束后的入射光；为了更好的理解本发明，本实施例提供一种更为具体的示例对本发明进行说明，本实施例体用的离轴反射式扩束棱镜用于接收入射光，其中入射光波长为0.8～1.9±0.02μm，接收端视场大小为0.0373°，主镜102口径D＝4mm，主镜102焦距/次镜103焦距＝扩束倍率，扩束倍率为6，主镜102顶点曲率半径R1＝16.0849mm,次镜103顶点曲率半径R2＝96.5107mm，两镜间距为40.2129mm，主、次镜103二次曲面系数都为-1；离轴方式采用口径离轴，离轴量为25mm，主镜102和次镜103都为抛物镜的一部分。将上述主、次镜103通过快速单点金刚石车削工艺在主体棱镜105上加工而成。对于有更大视场要求的扩束系统，可通过改变主、次镜103面型，即通过高次非球面或自由曲面满足系统要求。
本实施例提供的离轴反射式扩束棱镜，包括：主镜102、次镜103以及主体棱镜105，所述主镜102和所述次镜103为在所述主体棱镜105上加工而成；所述离轴反射式扩束棱镜还包括：受照面101与射出面104，所述受照面101用于接收入射光；当所述受照面101接收与光轴平行的入射光后，经过所述主体棱镜105入射到所述主镜102,所述主镜102将入射光扩束后，反射到所述次镜103，所述次镜103将入射光扩束得到与入射光平行的出射光，并将出射光反射到所述射出面104设射出；其具有以下优点：
1同时具备无遮挡、无能量损失、结构稳定等优点。
2该离轴反射式扩束棱镜的主体棱镜105为立方体棱镜，可便于加持使用，可应用于多类光电系统。
3该扩束棱镜的主镜102和次镜103是在主体棱镜105上通过加工而成，因此无需装调，在保证扩束质量的情况下，可重复应用在不同的光电系统。
5该离轴反射式扩束棱镜的主镜102和次镜103不易受到使用环境的影响，可应用于复杂环境中的光电系统。
6该离轴反射式扩束棱镜可实现光电系统中扩束组件元件化，对于已经损坏的光电系统扩束组件可以进行快速替换。
7该离轴反射式扩束棱镜尺寸相对较小，可满足大部分光电系统对尺寸的要求。
8该离轴反射式扩束棱镜制作简单便捷，因此可实现标准化量化生产。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本专利中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种离轴反射式扩束棱镜，其特征在于，所述离轴反射式扩束棱镜包括：主镜、次镜以及主体棱镜，所述主镜和所述次镜为在所述主体棱镜上加工而成；所述离轴反射式扩束棱镜还包括：受照面与射出面，所述受照面用于接收入射光；
当所述受照面接收与光轴平行的入射光后，经过所述主体棱镜入射到所述主镜,所述主镜将入射光扩束后，反射到所述次镜，所述次镜将入射光扩束得到与入射光平行的出射光，并将出射光反射到所述射出面设射出。
2.根据权利要求1所述的离轴反射式扩束棱镜，其特征在于，所述主镜上设置有金属反射膜，所述次镜上设置有金属反射膜。
3.根据权利要求1所述的离轴反射式扩束棱镜，其特征在于，所述受照面与所述射出面设置有消反膜。
4.根据权利要求1所述的离轴反射式扩束棱镜，其特征在于，所述主镜和所述次镜的离轴形式为偏心离轴。
5.根据权利要求1所述的离轴反射式扩束棱镜，其特征在于，所述主镜为凸面反射镜，所述次镜为凹面反射镜，且所述主镜和所述次镜的曲面系数都为-1。
6.根据权利要求1所述的离轴反射式扩束棱镜，其特征在于，所述主体棱镜的材料为ZnS或ZnSe。
7.根据权利要求1所述的离轴反射式扩束棱镜，其特征在于，所述主镜的表面面积不高于所述次镜的表面面积。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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