实现线性无衍射结构光的器件

摘要

实现线性无衍射结构光的器件，属于一般的物理装置，目的在于既满足结构简单、容易加工的要求，又能使入射能量集中在中心线无衍射光上，得到较满意的线性无衍射结构光。本发明以等腰三角棱镜的两个对称棱面的底边线，分别重合连接一个形状相同的直角三角棱镜的两直角棱面的交线，所述三个三角棱镜的底面位于同一平面内，三个三角棱镜的其它棱面均位于该平面的同一侧，构成组合三角棱镜；直角三角棱镜的底角θ2大于等腰三角棱镜的底角θ1，θ2小于15度。本发明结合了圆锥透镜法和三角棱镜法的优点，结构简单，光的能量集中在中心线无衍射光上，实现的线性无衍射结构光能使光场的中心级次光强得到加强，从而使中心光线对入射光有更高的利用率。

权利要求

1.一种实现线性无衍射结构光的器件，由三角棱镜组成，其特征在于：(1)以等腰三角棱镜的中心平面为对称，等腰三角棱镜的两个对称棱面的底边线，分别重合连接一个形状相同的直角三角棱镜的两直角棱面的交线，所述三个三角棱镜的底面位于同一平面内，三个三角棱镜的其它棱面均位于该平面的同一侧，构成组合三角棱镜；(2)直角三角棱镜的底角θ2大于等腰三角棱镜的底角θ1，θ2小于15度。

说明书

技术领域

本发明按专利分类法为B01，属于一般的物理或化学的方法或装置，特别涉及一种实现线性无衍射结构光的器件。

背景技术

理想的无衍射光束是在垂直于传播方向的任意平面内初始光场分布不变，即光束形状尺寸不随传播距离而发生变化的光束。无衍射光束的实现方法主要有：1985年J.Durnin提出的环缝法；1989年A.Vasara提出的全息法；1992年A.Jcox等人提出的谐振腔法；1992年G.Scott等人提出的axicon(圆锥透镜)法；1992年至1994年R.M.Herman提出的球面像差法；2002年李虎等人提出的偏转抛物镜法等。
传统的点光源在大面积测量中其测量速度受到很大限制，而线性无衍射结构光具有线结构特性，又具有无衍射光焦深长、焦点光斑线径小的特点。这些特性可同时满足大面积、大量程、高速度的测量要求，且系统无需不断调焦、对焦，简化了测量系统的结构。
在点无衍射光实验方法中，圆锥透镜法对能量的利用率最高；在线无衍射光的实验方法中，三角棱镜法结构简单，但光的能量不能集中在中心线无衍射光上。

发明内容

本发明提供一种实现线性无衍射结构光的器件，目的在于既满足结构简单、容易加工的要求，又能使入射能量集中在中心线无衍射光上，得到较满意的线性无衍射结构光。
本发明是一种实现线性无衍射结构光的器件，由三角棱镜组成，其特征在于：(1)以等腰三角棱镜的中心平面为对称，等腰三角棱镜的两个对称棱面的底边线，分别重合连接一个形状相同的直角三角棱镜的两直角棱面的交线，所述三个三角棱镜的底面位于同一平面内，三个三角棱镜的其它棱面均位于该平面的同一侧，构成组合三角棱镜；(2)直角三角棱镜的底角θ2大于等腰三角棱镜的底角θ1，θ2小于15度。
平行光通过本发明的组合三角棱镜后，在各个棱镜光场叠加的基础上，形成中心线光源较强的线性结构光。
本发明结合了前面圆锥透镜法和三角棱镜法二者的优点，结构简单，光的能量集中在中心线无衍射光上，实现的线性无衍射结构光能使光场的中心级次光强得到加强，从而使中心光线对入射光有更高的利用率。

附图说明

图1本发明组成原理示意图；
图2本发明X轴正半轴的系统光路示意图。

具体实施方式

如图1所示，分别以三棱镜底面的宽、长方向及与底面垂直方向为坐标建立X、Y、Z轴。中心三棱镜的底面宽为2a1、长为2b，其XZ截面是以2a1为底边长、θ1为底角的等腰三角形。在XY平面上，在平行YZ平面的三棱镜底边两侧分别再组合两个关于YZ平面对称的直角棱镜。两个直角棱镜可以看作是以2a2为底边长、θ2为底角的等腰三角棱镜被YZ平面分割而成。
因为组合三棱镜系统是关于YZ平面完全对称的，因此可只讨论如图2所示的X轴正半轴光路。平行光入射时，从所形成的光路可以清楚地看出，Z1和Z2分别为中心等腰三角棱镜和直角三角棱镜产生的无衍射距离，Zm为组合三棱镜在Z轴上平面波形叠加的区域，是组合三角棱镜的无衍射范围。合理地选择a1、a2以及θ1、θ2，则可得到合适的无衍射距离Zm。在Zm区域内，是两个衍射场叠加的结果，可以得到中心光强较强的线性无衍射结构光。
作为一个实施例，棱镜材料选K9无色光学玻璃，折射率为n＝1.5，入射光波长λ＝0.6328μm，设计组合三角棱镜的几何参数为a1＝15mm，a2＝7mm，θ1＝5°，θ2＝7.33°。通过实验得到的结构是：当传播距离z变化时条纹宽度保持不变，线结构光长度方向上强度均匀分布，且在最大无衍射范围内(理论计算值为108.6mm)光场分布及中心光斑线径基本不随传播距离z的变化而有较大改变，具有无衍射特性。