RU20180U1

RU20180U1 - DEVICE FOR FORMING AN OPTICAL BEAM

Info

Publication number: RU20180U1
Application number: RU2000101398/20U
Authority: RU
Inventors: А.Н. Алиханов; А.А. Бакеев; В.Н. Кулешов; Э.А. Нарусбек; В.Г. Сон; В.И. Яковлев
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2001-10-20

Abstract

Устройство для формирования оптического пучка, содержащее расширяющую телескопическую систему и растр, отличающееся тем, что растр выполнен призменным, фокусирующим, монолитным.A device for forming an optical beam containing an expanding telescopic system and a raster, characterized in that the raster is prismatic, focusing, monolithic.

Description

Устройство для формирования оптического пучка.Device for forming an optical beam.

Предполагаемое изобретение относится к оптическим устройствам и может быть использовано в тех направлениях науки и техники, где требуется высокая степень равномерности освещенности объектов, подвергающихся облучению, например:The alleged invention relates to optical devices and can be used in those areas of science and technology where a high degree of uniformity of illumination of objects exposed to radiation is required, for example:

в экспериментальной физике при исследованиях воздействия мощного оптического излучения на материалы;in experimental physics in studies of the effects of powerful optical radiation on materials;

в технологии обработки материалов - при лазерной поверхностной обработке материалов (закалке, отжиге и т.п.), при лазерной фотолитографии и т.д.;in the technology of processing materials - with laser surface treatment of materials (hardening, annealing, etc.), with laser photolithography, etc .;

в электронной технике - в оптикоэлектронных системах записи или воспроизведения телевизионных изображений;in electronic technology - in optoelectronic systems for recording or reproducing television images;

в медицине - в прогрессирзпющей за последнее десятилетие лазерной терапии различных заболеваний, лазерной дерматологии и т.д.in medicine - in the progressive laser therapy of various diseases over the past decade, laser dermatology, etc.

Известна оптическая система 1 , для выравнивания интенсивности по сечению лазерного пучка, содержащая телескопическую систему из последовательно установленных по ходу луча микрообъектива и объектива в виде отрицательной линзы из бесцветного и положительной линзы из нейтрального стекла.Known optical system 1, for leveling the intensity over the cross section of the laser beam, containing a telescopic system of sequentially installed along the beam of a micro lens and a lens in the form of a negative lens of a colorless and positive lens of neutral glass.

Однако, в этой системе выравнивание интенсивности происходит за счёт поглощения значительной доли энергии лазерного излучения в линзе из нейтрального стекла и, кроме того, эта система не позволяет получить распределение в пучке, например, в виде узкой равномерно освещенной полосы.However, in this system, intensity equalization occurs due to the absorption of a significant fraction of the laser radiation energy in a neutral glass lens and, in addition, this system does not allow obtaining a distribution in the beam, for example, in the form of a narrow uniformly illuminated strip.

МПК G02B 19/00 IPC G02B 19/00

Известна также оптическая система, описание которой дано в 2. Эта оптическая система предназначена для проекции с повышенной равномерностью освещенности прозрачного объекта. Помимо источника излучения со светящимся телом здесь применены: коллектор, два одинаковых сферических растра, коллектив и конденсор, включенные последовательно.An optical system is also known, the description of which is given in 2. This optical system is designed for projection with increased uniformity of illumination of a transparent object. In addition to a radiation source with a luminous body, here are used: a collector, two identical spherical rasters, a collective and a condenser, connected in series.

Недостатком этой оптической системы, кроме сложности изготовления и юстировки, например, в инфракрасной области спектра, является то, что в плоскости объекта изображается первый растр, вследствие чего любые погрешности изготовления растра в целом и его отдельных линз, как-то свили, царапины, пьшь и др. переносятся объективом в плоскость изображения, что приводит к существенному ухудшению качества изображения. Кроме того, эта система не позволяет получить достаточно равномерное распределение интенсивности в пятне, поскольку она образована большим количеством сферических оптических поверхностей, вносящих искажения в итоговое распределение за счет аберраций.The disadvantage of this optical system, in addition to the complexity of manufacturing and alignment, for example, in the infrared region of the spectrum, is that the first raster is displayed in the plane of the object, as a result of which any errors in the manufacture of the raster as a whole and its individual lenses are somehow twisted, scratched, you drink etc. are transferred by the lens to the image plane, which leads to a significant deterioration in image quality. In addition, this system does not allow to obtain a sufficiently uniform intensity distribution in the spot, since it is formed by a large number of spherical optical surfaces that introduce distortions into the final distribution due to aberrations.

Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, к предполагаемому изобретению является устройство для формирования оптического пучка 3, содержащее расширяющую телескопическую систему, два линзовых растра, второй из которых цилиндрический, за которым установлены два оптических элемента, выполненных в виде цилиндрических линз, развёрнутых одна относительно другой на 90°, причём задняя фокальная плоскость линз сферического растра в сагиттальной плоскости совмещена с передней фокальной плоскостью первой цилиндрической линзы, а в меридиональной плоскости - с передней фокальной плоскостью линз цилиндрического растра.The closest technical solution chosen by the authors for the prototype to the proposed invention is a device for forming an optical beam 3 containing an expanding telescopic system, two lens rasters, the second of which is cylindrical, behind which there are two optical elements made in the form of cylindrical lenses, deployed one 90 ° relative to the other, with the rear focal plane of the lenses of the spherical raster in the sagittal plane aligned with the front focal plane of the first cylinder lens, and in the meridional plane - with the front focal plane of the lenses of the cylindrical raster.

Существенными недостатками этого устройства являются:Significant disadvantages of this device are:

1, Высокая трудоёмкость изготовления линзовых растров, связанная с высокоточным изготовлением и сборкой на оптическом контакте большого числа оптических элементов.1, The high complexity of the manufacture of lens rasters associated with high-precision manufacturing and assembly at the optical contact of a large number of optical elements.

2 . Сложность юстировки оптического устройства, особенно в инфракрасной области спектра, связанная с одновременным совмещением фокусов линз и нескольких фокальных плоскостей.2. The difficulty of alignment of the optical device, especially in the infrared region of the spectrum, associated with the simultaneous combination of the foci of the lenses and several focal planes.

3.Необходимость полной переюстировки оптического устройства при работе в другом диапазоне длин волн лазерного излучения.3. The need for a complete rearrangement of the optical device when working in a different wavelength range of laser radiation.

4.Наличие сферических аберраций.4. The presence of spherical aberrations.

5.Высокий уровень потерь энергии за счет большого количества оптических элементов.5. A high level of energy loss due to the large number of optical elements.

С помощью предполагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повыщении равномерности распределения интенсивности света на площадке прямоугольной формы в фокальной плоскости устройства с минимальными потерями энергии входного светового пучка.Using the alleged invention, a technical result is achieved, consisting in increasing the uniformity of the distribution of light intensity on a rectangular site in the focal plane of the device with minimal energy loss of the input light beam.

В соответствии с предполагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в устройстве для формирования оптического пучка, содержащем расширяющую телескопическую систему и растр, растр выполнен призменным, фокусирующим, монолитным.In accordance with the proposed invention, the technical result is achieved in that in the device for forming an optical beam containing an expanding telescopic system and a raster, the raster is made prismatic, focusing, monolithic.

На фиг. 1 приведена оптическая схема устройства для формирования оптического пятна выровненной интенсивности, так называемого гомогенизатора светового излучения, где 1-расширяющая телескопическая система, 2- растр. Работа устройства (фиг. 1) осуществляется следующим образом:In FIG. 1 shows an optical diagram of a device for forming an optical spot of equalized intensity, the so-called homogenizer of light radiation, where 1 is an expanding telescopic system, 2 is a raster. The operation of the device (Fig. 1) is as follows:

Неоднородный параллельный оптический пучок, подлежащий формированию, поступает на расширяющую телескопическую систему 1, расширяется и далее неоднородный пучок увеличенных размеров направляется на призменный фокусирующий растр, размеры которого не меньше размеров выходяшего из телескопа оптического пучка 2, проходя который световой пучок разбивается на множество, равное числу освешенных элементов растра, оптических пучков, при этом все пучки имеют одинаковые, определяемые конструкцией растра, постоянные сечения и все они суммируются на единой площадке в фокальной плоскости растра. При их суммировании происходит усреднение интенсивности оптического излучения по плоскости фокального пятна растра, приводящее к повышению равномерности распределения интенсивности света.The inhomogeneous parallel optical beam to be formed enters the expanding telescopic system 1, expands and then the inhomogeneous beam of increased dimensions is directed to the prism focusing raster, the dimensions of which are not less than the dimensions of the optical beam 2 emerging from the telescope, passing through which the light beam is divided into a set equal to the number lighted elements of the raster, optical beams, while all the beams have the same, determined by the design of the raster, constant sections and they all summarize on a single site in the focal plane of the raster. When they are summed up, the intensity of the optical radiation is averaged over the plane of the focal spot of the raster, which leads to an increase in the uniformity of the distribution of light intensity.

В случае использования расширяющей телескопической системы зеркального типа обеспечивается и одновременная работа устройства в широком диапазоне длин волн без необходимости переюстировки.In the case of using an expanding telescopic system of a mirror type, the simultaneous operation of the device in a wide range of wavelengths is also provided without the need for rearrangement.

Из вышесказанного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущества по сравнению с известным, а именно, позволяет:It follows from the foregoing that the proposed technical solution has advantages over the known one, namely, it allows:

повысить равномерность распределения интенсивности света на площадкеincrease the uniformity of the distribution of light intensity on the site

прямоугольной формы в фокальной плоскости устройства с минимальными потерями энергии входного светового пучка.rectangular in the focal plane of the device with minimal loss of energy of the input light beam.

существенном упрощении конструкции путем минимизации количества оптических элементов требуемых для изготовления устройстваa significant simplification of the design by minimizing the number of optical elements required for the manufacture of the device

существенном снижении трудоемкости изготовления и юстировки устройства за счет выполнения растра - призменным.a significant reduction in the complexity of manufacturing and aligning the device due to the execution of the raster - prismatic.

возможности работы в широком диапазоне длин волн оптического излучения;.the ability to work in a wide range of wavelengths of optical radiation ;.

В настоящее время по материалам заявки разработаны чертежи, изготовлены и испытаны опытные образцы, подтвердившие работоспособность предлагаемого устройства.Currently, based on the application materials, drawings have been developed, prototypes have been manufactured and tested, confirming the operability of the proposed device.

Источники информации, принятые во внимание.Sources of information taken into account.

1. Авторское свидетельство SU 986194 А (G 02 В 27/00)1. Copyright certificate SU 986194 A (G 02 B 27/00)

2. Оптико-механическая промышленность. 1977, с . 65-66 .2. Optical-mechanical industry. 1977, p. 65-66.

3. Патент RU 2004008 С1 (G02 В 19/00 , G 03 В 27/16) - прототип.3. Patent RU 2004008 C1 (G02 B 19/00, G 03 B 27/16) is a prototype.

Claims

A device for forming an optical beam containing an expanding telescopic system and a raster, characterized in that the raster is prismatic, focusing, monolithic.