專利名稱：一種能使光束光能分布均勻的均化光學(xué)組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件，具體是指一種能使光束光能分布均勻的均化光學(xué)組件。
背景技術(shù)：
在光學(xué)引擎中，為了使出射光源發(fā)出的光束光能分布均勻，常用透射式直光管的全反射原理來均化光束光能的分布，光能均化的效果與光束在直光管內(nèi)的反射次數(shù)成正比，反射次數(shù)與光線在直光管內(nèi)的反射角成反比，與直光管的芯徑成反比，通常反射角由光束入射角確定。見圖1，光源1’發(fā)出的光束經(jīng)過反射鏡2’的反射，以孔徑角U(入射光束與系統(tǒng)光軸的夾角)會聚到到直光管3’的端面，由于直光管3’的端面是平面，因此入射角I就是孔徑角U，由折射定律得到在直光管內(nèi)的折射角I’(即直光管內(nèi)光束與系統(tǒng)光軸的夾角)SinI’＝SinI/N。
由于全反射發(fā)生在直光管的側(cè)面上，由幾何關(guān)系得到β＝90°-I’。
折射角I’因直光管的折射率N值大于空氣折射率，所以I’變小，因此光線在直光管的內(nèi)反射角β變大。由于反射角β的變大，每反射一次的軸向距離也變大，因此要達(dá)到一定的反射次數(shù)，以往的做法是將直光管的長度做長，這樣就加大了儀器的尺寸，同時也增加了制造成本，特別如直光管這種非常規(guī)的光學(xué)元件加工成長尺寸有一定的難度。
技術(shù)方案本發(fā)明的目的是提供一種在不改變光源參數(shù)的條件下，以及不延長直光管長度的情況下，能提高光束光能均勻分布的均化光學(xué)組件。
本發(fā)明的均化光學(xué)組件技術(shù)方案是借助中間像浸沒的技術(shù)，增大反射角、減小直光管芯徑，在不改變直光管的長度情況下提高反射次數(shù)。
本發(fā)明的均化光學(xué)組件包括非拋物面反射鏡2、直光管4，其特征在于在直光管的二端面各有一個通過光學(xué)膠與直光管連接成一體的平凸半球浸沒透鏡。光源1發(fā)出的光線經(jīng)過非拋物面反射鏡2的反射，通過第一平凸半球浸沒透鏡3耦合到直光管4中，經(jīng)直光管4出射端面的第二平凸半球浸沒透鏡5出射，第一平凸半球浸沒透鏡3的球心位于光源反射像的位置。
本發(fā)明的均化光學(xué)組件的工作原理是當(dāng)光源1發(fā)出的光線經(jīng)過非拋物面反射鏡2的反射，入射到第一平凸半球浸沒透鏡3時，此時入射光線與球面的法線重合，入射角I等于零，因此折射角I’也等于零I’＝I＝0，與已有結(jié)構(gòu)相比，直光管內(nèi)光線與系統(tǒng)光軸的夾角沒有變，第一平凸半球浸沒透鏡的折射率n與直光管折射率N相同時，等于孔徑角U，光線在直光管的內(nèi)反射角β變小，β＝90°-U，由于U大于I，反射角β變小，每反射一次的軸向距離也變小，因此在反射次數(shù)相同以及直光管芯徑不變的情況下，可以縮短直光管的長度。
由拉格朗日不變量定律J＝NiηiSiN∪i可以得到半球浸沒透鏡像d的大小d＝η/N＝a/n，與已有結(jié)構(gòu)相比，因半球浸沒鏡像d縮小n倍，直光管的芯徑也縮小N倍。這樣更加增加了直光管有限長度的情況下的反射次數(shù)。
本發(fā)明具有如下的有益效果1.本發(fā)明的均化光學(xué)組件可以大大減小組件結(jié)構(gòu)的尺寸，特別是縮短直光管的長度。
2.直光管長度的縮短有利于降低直光管的制造難度。
3.半球浸沒透鏡的成對使用，使得出射光線的參數(shù)不變，不影響系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計。
4.半球浸沒透鏡與直光管通過光學(xué)膠膠合連接，不增加光能的損失。


圖1是已有的均化光學(xué)組件圖；圖2是本發(fā)明的均化光學(xué)組件圖。
具體實施例方式
根據(jù)附圖2所示的均化光學(xué)組件結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計了一實施例選取菲力浦公司的E23汞燈作為光源，其孔徑角為u＝46.88°，像高η＝3.88，平凸半球浸沒透鏡材料選K9，其折射率n＝1.5136，根據(jù)拉格朗日不變量可以得到在半球浸沒鏡內(nèi)的像高d＝η/N＝3.88/1.5136＝2.563，直光管的直徑等于2倍的像高，2d＝2×2.563＝5.168，直光管的材料與半球浸沒透鏡相同，得出光束在直光管內(nèi)的反射角β＝90°-U＝90°-46.88°＝43.12°。
設(shè)光束在直光管內(nèi)反射次數(shù)C＝4次，由圖中的幾何關(guān)系可以計算出直光管的長度L＝C×d×tan(β)＝4×2.563×tan(43.12°)＝9.6。
如果按照已有的均化光學(xué)組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，直光管的直徑等于2倍的像高2d＝2η＝2×3.88＝7.76在直光管內(nèi)的折射角正弦
SinI’＝(SinI)/N＝Sin(46.88°)/1.5136＝0.4822，對應(yīng)的角U＝28.83°，得出光線在直光管的內(nèi)反射角β＝90°-U＝90°-28.83°＝61.17°直光管的長度L＝C×d×tan(β)＝4×3.887×tan(61.17°)＝28.25。
可見已有光學(xué)組件的長度大大長于本發(fā)明的光學(xué)組件的長度。
權(quán)利要求
1.一種能使光束光能分布均勻的均化光學(xué)組件，包括非拋物面反射鏡(2)、直光管(4)，其特征在于在直光管(4)的二端面各有一個通過光學(xué)膠與直光管連接成一體的平凸半球浸沒透鏡；光源(1)發(fā)出的光線經(jīng)過非拋物面反射鏡(2)的反射，通過第一平凸半球浸沒透鏡(3)耦合到直光管(4)中，經(jīng)直光管(4)出射端面的第二平凸半球浸沒透鏡(5)出射，第一平凸半球浸沒透鏡(3)的球心位于光源反射像的位置。
全文摘要
一種能使光束光能分布均勻的均化光學(xué)組件，包括非拋物面反射鏡、直光管，其特征在于在直光管的二端面各有一個通過光學(xué)膠與直光管連接成一體的平凸半球浸沒透鏡。光源發(fā)出的光束經(jīng)過非拋物面反射鏡的反射，通過第一平凸半球浸沒透鏡耦合到直光管中，經(jīng)直光管出射端面的第二平凸半球浸沒透鏡出射，達(dá)到光束均化的目的。本發(fā)明是借助中間像浸沒的技術(shù)，增大反射角、減小直光管芯徑，縮短直光管的長度。本發(fā)明的最大優(yōu)點是縮短了光學(xué)組件的長度，有利于降低直光管的制造難度。
文檔編號G02B27/18GK1527096SQ0315105
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者胥學(xué)榮, 周東平 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所, 上海歐菲爾光電技術(shù)有限公司