[發(fā)明專利]一種利用菲涅爾透鏡模塊產(chǎn)生方形聚焦空心光束的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710383654.0
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107065203B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃啟祿;廖廷俤
• 申請（專利權(quán)）人: 泉州師范學院
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發(fā)明涉及一種利用菲涅爾透鏡模塊產(chǎn)生方形聚焦空心光束的方法，包括以下步驟：步驟S1：采用若干個具有相同半徑和圓心角的扇形菲涅爾透鏡區(qū)塊組成一圓形菲涅爾透鏡模塊，在所述圓形菲涅爾透鏡模塊下方放置一探測面；步驟S2：將一束平行光垂直入射至所述圓形菲涅爾透鏡模塊上，出射的光在探測面上獲得方形的空心光圖案。本發(fā)明利用模塊化的菲涅爾透鏡產(chǎn)生方形的聚焦空心光束圖案，設(shè)計簡單，光學效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及照明設(shè)計領(lǐng)域，特別是一種利用菲涅爾透鏡模塊產(chǎn)生方形聚焦空心光束的方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡是由具有特定齒形的同心圓環(huán)組成，可形成點，圓形以及圓環(huán)等中心對稱圖案。而對于方形空心這種特殊的圖案，則采用自由曲面透鏡，衍射光學元件和投影成像等方法實現(xiàn)。自由曲面透鏡和衍射光學元件由于加工復雜，所以造價較為昂貴，而投影成像方法則是把圖案刻在菲林片上，使得系統(tǒng)具有設(shè)計復雜，光學效率較低等缺點。

本申請通過模塊菲涅爾透鏡產(chǎn)生方形的聚焦空心光束。菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)簡單，很容易通過精密五軸加工機床制造獲得。另外菲涅爾透鏡為平面結(jié)構(gòu)，可以有效減小系統(tǒng)的尺寸。由于所產(chǎn)生的方形空心光束具有能量密度高且光強分布均勻，可用于激光切割，智能裝配UV固化以及特殊照明圖案等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種利用菲涅爾透鏡模塊產(chǎn)生方形聚焦空心光束的方法，利用模塊化的菲涅爾透鏡產(chǎn)生方形的聚焦空心光束圖案，設(shè)計簡單，光學效率高。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種利用菲涅爾透鏡模塊產(chǎn)生方形聚焦空心光束的方法，包括以下步驟：

步驟S1：采用若干個具有相同半徑和圓心角的扇形菲涅爾透鏡區(qū)塊組成一圓形菲涅爾透鏡模塊，在所述圓形菲涅爾透鏡模塊下方放置一探測面；

步驟S2：將一束平行光垂直入射至所述圓形菲涅爾透鏡模塊上，出射的光在探測面上獲得方形的空心光圖案；

其中，分隔角為ω的菲涅爾透鏡模塊形成邊長為d的方形空心光，位于方位角θ的扇形菲涅爾透鏡區(qū)塊生成方形空心光圖案中同樣方位角為θ的點。

進一步地，步驟S1中，所述圓形菲涅爾透鏡模塊的設(shè)計具體為：

設(shè)計區(qū)間取值在方位角θ為0至設(shè)扇形菲涅爾透鏡區(qū)塊的標識為n，n表示從為0至區(qū)間的第n個區(qū)塊，則第n個扇形菲涅爾透鏡區(qū)塊產(chǎn)生的聚焦點到坐標原點的距離r_n由下式可得：

其中，θ為第n個區(qū)塊的方位角，由下式?jīng)Q定：

θ_n＝(n-1)ω(1≤n≤π/(4ω))。

進一步地，步驟S2中，所述平行光垂直入射至所述圓形菲涅爾透鏡模塊上后，經(jīng)斜角為α的齒形折射至所述探測面，對于第n個區(qū)塊，α表示為：

其中，

β＝arctan[((ρ-r_n)/f)]；

式中，N₁，N₂分別表示空氣和菲涅爾透鏡材料的折射率，ρ為齒形中心到中心軸的距離，f為焦距；

齒高h表示為：

h＝p×tan(α)。

其中p為菲涅爾透鏡的齒寬。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：本發(fā)明利用模塊化的菲涅爾透鏡產(chǎn)生方形的聚焦空心光束圖案，設(shè)計簡單，光學效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中模塊菲涅爾透鏡產(chǎn)生方形空心光束的三維示意圖。