[實用新型]均勻高效小相對孔徑的照明光學系統

無效

• 申請號: 00264554.8
• 申請日: 2000-12-08
• 公開（公告）號: CN2456011Y
• 公開（公告）日: 2001-10-24
• 發明（設計）人: 張新;張建萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: F21V13/00
• 分類號: F21V13/00;//F21W13100;G02F1/00
• 代理公司: 中國科學院長春專利事務所
• 代理人: 王立偉

本實用新型均勻高效、小相對孔徑照明光學系統，它屬于光學領域中光學系統。

對于本實用新型所要求的高效、均勻、小孔徑、小視場的條件，以往常規照明方式(臨界照明、柯勒照明)均無法滿足。對于臨界照明，首先它無法滿足均勻性的要求，而且光源利用率低，對某些需要高能量、均勻光的系統無法適用；對于柯勒照明，能量低的問題仍舊存在，而且雖然柯勒照明可以得到較均勻的照明結果，但若被照明光學系統的相對孔徑較小時，柯勒照明在結構上就顯得過長了。

因此，我們設計了微透鏡陣列的照明方式，來比較好的解決這一問題。

本實用新型的目的是為了提供一種適用于小相對孔徑的高效、均勻照明光學系統，提高照明質量。

本實用新型均勻照明光學系統的具體結構見附圖1(僅以后接臨界照明方式為例)。

它包括：S光源、L₁準直鏡(也是光闌位置)、H₁陣列透鏡、H₂陣列透鏡、L₂聚光鏡、L₃聚光鏡、S′光源中間像面、S″光源像面

圖1中，從光源S發出的光，經過準直鏡L₁，以平行光照射陣列透鏡H₁，H₁將此平行光聚焦，并把光源S成像于第二塊陣列透鏡H₂上，H₁與H₂中的小透鏡的數目與排列完全相同，H₁將照在光闌L1上的光的能量分割成若干部分，即“微分”，然后經H₂、L₂“積分”，疊加各部分光能于S′處，得到的是一個比原光源面積小得多，而能量密度卻大得多的中間像S′，此時再使用臨界照明方式以S′為光源，經L₃成像為符合要求的小相對孔徑的像S″。最后，在S″處放置所需大小的針孔即可。

這里，我們將其與常規照明方式進行比較來說明：

本系統中“S′-L₃-S″”這一部分采用的方式為臨界照明(也可以是柯勒照明)方式，此部分照明的光源為S′。

而直接用臨界照明(也可是柯勒照明)方式所用的光源為S。

假設u=u′，那么，其它條件相同。

于是，我們只要將S,S′比較來看，就可以看出最后結果的不同。由上面的介紹我們知道S′是由S經微陣列透鏡系統，先“微分”，后“積分”，得到的一個在小面積內的高能量密度的光源像，它面積上比S小得多(即視場小于S)，在單位面積的能量又遠高于S，且具有很好的均勻性，因此由上面的比較條件知，用S″作光源一定比直接用S作光源經臨界照明(或柯勒照明)后得到的效率更高，均勻性更好。

若陣列透鏡中小透鏡有數個或數十個，則S′處就能得到均勻的照明、比較小的像和更高的能量密度，再設計選擇各透鏡的間隔與焦距，則可在S″處得到比較小的孔徑角。

其中陣列透鏡H₁和H₂中的小透鏡可以是光學玻璃或晶體材料，也可以是光纖透鏡。

本實用新型均勻照明光學系統的優點是它提供了一種適用小相對孔徑(D/F)的均勻高效照明光學系統，且光源利用率相對較高，像面處有良好的光照度；像面均勻性好。與臨界(或柯勒)照明相比提高了照明質量。適用于精密光學檢驗用的星點平行光管，還可用于星光模擬器。缺點在于系統較復雜，與以往常規照明方式相比，成本較高。

附圖說明：

圖1是均勻照明光學系統光學結構原理圖(僅以S′后接臨界照明方式為例)。

參考實施例：參照附圖1，用φ3mm的面光源，用光學玻璃制作L₁準直鏡，和H₁、H₂陣列透鏡各9塊。各透鏡的間隔與焦距分別為：

S到L₁的距離為20mm,H₁到H₂的距離為20mm,L₂到S′的距離約為20mm,S′到H₃的距離為20mm,L₃到S′的距離為60mm，各透鏡口徑均為φ6mm。

各透鏡的焦距為

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