一種用于擴(kuò)束或者縮束的單個(gè)非球面透鏡的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于縮束（擴(kuò)束）的單個(gè)非球面透鏡，該非球面透鏡由前后兩個(gè)非球面、側(cè)面和圓環(huán)平面所圍成，所述非球面透鏡關(guān)于其中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。只用一片非球面透鏡作為擴(kuò)束系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了擴(kuò)束系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了輸出光束光斑的均勻性。該非球面透鏡的縮束（擴(kuò)束）比為14.16，輸入（輸出）光束的最大半徑為80mm。該非球面擴(kuò)束鏡的材料是SK2玻璃，折射率等于1.601681，可用在大于720nm的紅光波段。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于擴(kuò)束或者縮束的單個(gè)非球面透鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)鏡頭，具體涉及到一種用于擴(kuò)束或縮束的單個(gè)非球面透鏡，目的是將寬平行光束輸入到單個(gè)非球面透鏡后輸出窄平行光束，或者將窄平行光束輸入到單個(gè)非球面透鏡后輸出寬平行光束，且不改變光束的平面波特性，屬于光學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在工程光學(xué)或者在物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到擴(kuò)束或縮束問(wèn)題。最常用的擴(kuò)束系統(tǒng)有折射式系統(tǒng)、反射式系統(tǒng)和折反混合系統(tǒng)。本發(fā)明主要研究折射式擴(kuò)束系統(tǒng)。傳統(tǒng)的折射式擴(kuò)束系統(tǒng)，至少有兩個(gè)單個(gè)透鏡構(gòu)成，使兩個(gè)不同焦距單個(gè)透鏡的焦點(diǎn)重合，且兩個(gè)透鏡的像差最小化，擴(kuò)束比即為兩透鏡的焦距之比。為了提高變倍比，就要增加鏡片的數(shù)量，但是鏡片數(shù)量增加容易引起衍射散斑條紋，影響擴(kuò)束光斑的均勻性。鏡片數(shù)量的增加還增加了系統(tǒng)裝配調(diào)試的難度。根據(jù)非球面特殊的光學(xué)折射特性和折射定律的矢量形式，并使用全面學(xué)習(xí)策略的粒子群算法，本發(fā)明設(shè)計(jì)出了用單個(gè)非球面透鏡作為擴(kuò)束或縮束鏡，使擴(kuò)束系統(tǒng)成為只有一片鏡的系統(tǒng)，解決了影響系統(tǒng)調(diào)配困難和出射光斑不均勻的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出的一種用單個(gè)非球面透鏡作為擴(kuò)束或縮束系統(tǒng)，即該系統(tǒng)只有一片非球面透鏡，免去了兩片鏡或多片鏡焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的麻煩，提高了擴(kuò)束光斑的均勻性。
[0004]本發(fā)明的非球面透鏡結(jié)構(gòu)如圖1所示，非球面透鏡由非球面(I)、非球面(2)、側(cè)面
(3)和垂軸圓環(huán)平面(4)所圍成，所述非球面透鏡關(guān)于其中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)；平行于光軸的光束入射到非球面(I)上，經(jīng)第一次折射后照射到非球面(2)上，再經(jīng)非球面(2)第二次折射后平行于光軸出射，達(dá)到縮束目的；逆光路為擴(kuò)束。
[0005]優(yōu)選的，所述非球面(I)和非球面(2)應(yīng)滿(mǎn)足下面公式(I)的要求:

【權(quán)利要求】
1.一種用于擴(kuò)束或者縮束的單個(gè)非球面透鏡，其特征在于:非球面透鏡由非球面(I)、非球面(2)、側(cè)面(3)和垂軸圓環(huán)平面(4)所圍成，所述非球面透鏡關(guān)于其中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)；平行于光軸的光束入射到非球面(I)上，第一次折射后照射到非球面(2)上，再經(jīng)非球面(2)第二次折射后平行于光軸出射，達(dá)到縮束目的；逆光路為擴(kuò)束。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于擴(kuò)束或者縮束的單個(gè)非球面透鏡，其特征在于:所述非球面(I)和非球面(2)應(yīng)滿(mǎn)足如下公式的要求:
其中
,jy2+z2非球面方程的系數(shù)，C為非球面的頂點(diǎn)曲率，D為非球面頂點(diǎn)Z坐標(biāo),這些參數(shù)應(yīng)取表1中的值
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于擴(kuò)束或者縮束的單個(gè)非球面透鏡，其特征在于:所述非球面透鏡的側(cè)面(3)為一圓柱側(cè)面被非球面(I)與圓環(huán)平面(4)所截部分，其底面半徑為81.50 mm ;所述非球面透鏡的垂軸圓環(huán)平面(4)的內(nèi)外半徑分別為5.77mm和81.50 mm ;所述非球面透鏡的非球面(I)頂點(diǎn)到圓環(huán)平面(4)的距離(6/=165 mm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于擴(kuò)束或者縮束的單個(gè)非球面透鏡，其特征在于:所述非球面透鏡的材料為SK2玻璃，其折射率為1.601681。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于擴(kuò)束或者縮束的單個(gè)非球面透鏡，其特征在于:擴(kuò)束時(shí)平行于光軸入射到非球面(2)上的最大光束半徑為5.65 mm ;縮束時(shí)，平行于光軸入射到非球面(I)上的最大光束半徑為80mm。
【文檔編號(hào)】G02B3/04GK104199131SQ201410389761
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】秦華, 馮東太, 劉云燕 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)