CN202339419U - 一种产生无衍射线结构光的光学元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种产生无衍射线结构光的光学元件，其为一条形状的棱镜本体，该棱镜本体包括有等腰三角部分和长方体部分，该长方体部分的一底面复合于上述等腰三角部分的底面上，且两者的底面相吻合；长方体部分的另一底面上凹设有一沿棱镜本体的长度方向延伸的贯通状等腰三角槽，该等腰三角槽的横截面呈等腰三角形，等腰三角槽的等腰三角的底边长、底角分别小于等腰三角部分的等腰三角的底边长和底角，而且该二底角均为大于0度小于10度；本新型不仅克服了现有技术中存在元件加工难度大、成本高的问题，而且还克服了由于光能量不够集中而导致光束质量不足、能量利用率低等缺陷。

Description

一种产生无衍射线结构光的光学元件

技术领域

本实用新型涉及一种光学元器件，具体是指一种产生无衍射线结构光的光学元件。

背景技术

无衍射光束，是指一种在传播过程中横向光场分布不随传播距离发生变化的光束，其具有中心光斑小、传输中保持光强分布不变、光强高度集中、自重建等特性，由此其成为近年来光学研究的一个热点，并且在高精度定性、光镊、原子引导等领域取得了重大的成果。无衍射光束根据光源结构的不同可分为无衍射点结构光和无衍射线结构光，传统无衍射点结构光(亦称点无衍射光源)可以由轴棱锥产生，但是其在大面积测量中测量速度受到很大限制，而无衍射线结构光(亦称线无衍射光源)既具有线结构特点，又具有无衍射光焦深长，焦点光斑线径小等优点，所述这些特点同时满足大面积、大量程、高速度测量的要求。

产生无衍射线结构光的方法，一传统又普遍的做法是采用普通正等腰三角棱镜，其具有简化测量系统结构、无需不断对焦等优点，但其实际应用中存在两个缺点：一是其产生的无衍射线结构光在垂直于传播方向上呈光栅型结构，光强呈均匀分布，由此光能量不能集中在中心无衍射光上，存在光束质量不足、能量利用率低的缺陷；二是要产生较大的无衍射距离，所述正等腰三角棱镜的底角要做得足够小，而小底角棱镜加工难度大，成本也较高。

有鉴于此，本发明人针对现有产生无衍射线结构光的光学器件行了深入研究，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种产生无衍射线结构光的光学元件，其不仅克服了现有技术中存在元件加工难度大、成本高的问题，而且还克服了由于光能量不够集中而导致光束质量不足、能量利用率低等缺陷。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种产生无衍射线结构光的光学元件，其为一条形状的棱镜本体，该棱镜本体包括有横截面分别呈等腰三角形和长方形的等腰三角部分和长方体部分，该长方体部分的一底面复合于上述等腰三角部分的底面上且两者的底面相吻合；上述长方体部分的另一底面凹设有一沿上述棱镜本体的长度方向延伸的贯通状等腰三角槽，该等腰三角槽的横截面呈等腰三角形，于同一横截面上该等腰三角槽的顶点与上述等腰三角部分的顶点之间的连线垂直于上述等腰三角部分的底面，上述等腰三角槽的等腰三角的底边长、底角分别小于上述等腰三角部分的等腰三角的底边长和底角，而且该二底角均为大于0度小于10度。

上述等腰三角部分和长方体部分为一体成型结构，或者为分开的独立结构且二者相适配地胶合于一起。

采用上述方案后，本实用新型一种产生无衍射线结构光的光学元件，其包括有横截面分别呈等腰三角和长方形的等腰三角部分和长方体部分，该等腰三角部分相当于一正等腰三角棱镜，所述开设有等腰三角槽的长方体部分相当于一负等腰三角棱镜，假设该正等腰三角棱镜和负等腰三角棱镜的底角分别为r1和r2，所述光学元件的结构可分为位于中间部分的相当于一底角为r1-r2的正等腰三角棱镜和位于两侧部分的相当底角为r1的普通正等腰三角棱镜，则当平面光入射棱镜组合后会产生两束无衍射线结构光，由于所述底角的不同，其对光线的偏折能力也不同，而且两侧部分产生的偏折大于中间部分产生的偏折，由此所述两束无衍射线结构光会于中心线处存在一光场重叠的公共部分，该公共部分内的光场是由两个无衍射线结构光场叠加构成的，则光的能量能够较集中在所得无衍射光的中心线处，产生了中心光强较强的无衍射线结构光，故所得无衍射线结构光的光束质量高，能量利用率高；另外，得到所述高性能的无衍射线结构光的本新型光学元件，其所采用的棱镜本体的底角只要大于0度小于10度即可，而无需追求特别小角度的底角，同现有技术相比本案整个元件还具有加工简易、加工成本低的优点。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1的侧面结构示意图；

图3是本实用新型另一较佳实施例的结构示意图；

图4是本实用新型的光路示意图。

标号说明

棱镜本体        1        等腰三角部分    11

长方体部分      12       等腰三角槽      121

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

本实用新型涉及的一种产生无衍射线结构光的光学元件，参见图1所示，其为一由光学玻璃(可以为普通K9光学玻璃)制成的棱镜本体1，该棱镜本体1呈条形状结构，其包括有横截面分别呈等腰三角形状和长方形的等腰三角部分11和长方体部分12，具体的，该长方体部分12的一底面(对应长、宽所在的面)复合于等腰三角部分11的底面上，且两者的底面相吻合，由此构成横截面呈五边形的棱镜本体结构(参见图2)。

所述长方体部分12的另一底面的中间位置处磨削有一贯通状等腰三角槽121，该等腰三角槽121沿棱镜本体1的长度方向延伸，且此等腰三角槽121的横截面呈等腰三角形，于同一横截面上该等腰三角槽121的顶点与等腰三角部分11的顶点之间的连线垂直于等腰三角部分11的底面(由图2可以看出)，则由等腰三角部分11、长方体部分12各自的顶点所在的二顶点线构成的平面(即图1中X-Z轴所在的平面)为中心对称面，整个光学元件的结构相对该中心对称面对称。

倘若称所述等腰三角部分11为正等腰三角棱镜，则所述开设有等腰三角槽121的长方体部分12可相当于为一负等腰三角棱镜，参见图2所示，所述等腰三角部分11的等腰三角的底边长为L1，底角为r1，长方体部分12的等腰三角的底边长为L2，底角为r2，则L1＞L2，r1＞r2，而且该r1、r2均为大于0度小于10度。

这里需要说明的是，所述棱镜本体1的两部分：等腰三角部分11和长方体部分12，二者一实施方式为一体成型结构，参见图1-2所示；另一种实施方式参见图3，等腰三角部分11和长方体部分12为分开的独立结构，二者相适配地胶合于一起，特别的，为了便于等腰三角部分11实际中的制作，如图3所示，独立的等腰三角部分11的底面处还一体成型有与与长方体部分12结构相类似的基座结构，即此处的等腰三角部分11实际为一横截面为五边形的结构体，其与所述长方体部分12相互胶合同样可以构成一本新型的棱镜本体1结构。

由此，如图4所示，所述光学元件的结构可分为中间部分A和两侧部分B，该中间部分A相当于一底角为r1-r2的正等腰三角棱镜，两侧部分B相当一底角为r1的普通正等腰三角棱镜，则当平面光入射棱镜组合后会产生两束无衍射线结构光，图中Z1为中间部分A产生的无衍射线结构光的最大无衍射距离，Z2为两侧部分B产生的无衍射线结构光的最大无衍射距离；所述中间部分A和两侧部分B，二者折射率相同，但二者的底角不同，故二者对光线的偏折能力也就不同，由于两侧部分B的底角大于中间部分A的底角，从而两侧部分B产生的偏折大于中间部分A产生的偏折，进而所述两束无衍射线结构光会于中心线处存在一光场重叠的公共部分Z_m，由几何光学和衍射积分的理论可以分析，该公共部分Z_m范围内的光场是由两个无衍射线结构光场叠加构成的，则光的能量能够较集中在所得无衍射光的中心线处，产生了中心光强较强的无衍射线结构光，具有光束质量高、能量利用率高的特点。

作为本新型一个应用例，可以选择参数r1＝7.33°，r2＝2.33°，L1＝44mm，L2＝30mm，入射平面光束的波长λ＝632.8nm，其所得到的光强分布图，与同样的平面光束射入普通三角棱镜所得到的光强分布图对比，本新型光学元件使光强的能量分布改变，集中于中心光强处。

再有，得到所述高性能的无衍射线结构光的本新型光学元件，其所采用的棱镜本体1的底角(包括等腰三角部分11和等腰三角槽121的底角)只要大于0度小于10度即可，而无需追求特别小角度的底角，同现有技术相比本案整个元件还具有加工简易、加工成本低的优点。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (2)

1.一种产生无衍射线结构光的光学元件，其特征在于：为一条形状的棱镜本体，该棱镜本体包括有横截面分别呈等腰三角形和长方形的等腰三角部分和长方体部分，该长方体部分的一底面复合于上述等腰三角部分的底面上且两者的底面相吻合；上述长方体部分的另一底面凹设有一沿上述棱镜本体的长度方向延伸的贯通状等腰三角槽，该等腰三角槽的横截面呈等腰三角形，于同一横截面上该等腰三角槽的顶点与上述等腰三角部分的顶点之间的连线垂直于上述等腰三角部分的底面，上述等腰三角槽的等腰三角的底边长、底角分别小于上述等腰三角部分的等腰三角的底边长和底角，而且该二底角均为大于0度小于10度。

2.如权利要求1所述的一种产生无衍射线结构光的光学元件，其特征在于：上述等腰三角部分和长方体部分为一体成型结构，或者为分开的独立结构且二者相适配地胶合于一起。

Images