一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法 专利技术说明

摄影电影;光学设备的制造及其处理,应用技术1.本发明涉及一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法，属于光学高精检测和照明技术领域。背景技术：2.对于高精度光学元件以及芯片检测，传统的方法是目视法，通过裸眼和显微镜进行探测，根据过往经验判断检测目标优劣和疵病。这种方法操作简单，且对于设备要求不高。但存在检测效率低、主观性强，缺乏统一的标准、检测精度低、检测速度慢等缺点。为克服以上缺陷，可使用高性能的线光源对检测元件进行扫描，线阵工业相机进行拍摄，可实现高速大幅面和高精度检测。系统的检测精度越高，对于线光源的光束质量要求越高。3.目前现有的线光源大都是采用led光源作为基础光源，通过进行线性排列形成线光源，然后再通过准直透镜进行准直。但由于led光源出射光线是杂乱无章的，因此经过准直透镜后的光束发散角仍非常大、且光束能量分布不均匀、光源宽度比较大。如果应用的场景目标距离较远，则光束非常发散，光束能量不能满足应用需求。对于需要高精度显示和探测的场景，光源照射至目标亮度不均匀，将不能满足系统的高精度要求。4.综上所述，虽然目前线光源已经广泛应用于各个领域，光束质量也在提高。但仍然存在光束发散程度大、光斑分布不均匀、光束线宽大、能量弱等缺点。另外，传统的检测方法存在检测效率低、主观性强，缺乏统一的标准、检测精度低、检测速度慢等缺点。技术实现要素：5.本发明是为了解决现有的线光源存在光束发散程度大、光斑分布不均匀、光束线宽大、能量弱等问题，提出了一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法。6.本发明可通过以下技术方案予以实现：7.一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法，包括以下步骤：8.步骤一，系统光源输出一个平行的激光光束；9.步骤二，光束入射至鲍威尔棱镜，实现在垂直方向上扩展；10.步骤三，扩展后的光束入射至柱面镜，对扩展后的光束进行准直，使得输出光束为平行光；11.步骤四，输出的长条平行光出射至另一长焦柱面镜，将长条平行光进行汇聚；12.步骤五，汇聚光束出射至短焦柱面镜，将出射光束校正为平行光束，从而获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带的线光源；13.步骤六，在不同位置放置探测器，查看在系统不同位置处的出射光束质量和照度。14.进一步地，所述步骤一所述的光源为高性能白激光光源，光斑直径为2mm，输出光束近似为平行光。15.进一步地，所述步骤二所述的鲍威尔棱镜，其形状为屋脊状，屋脊角度为60°，棱镜材料为n-sf6，折射率为1.805，阿贝数为25.36。16.进一步地，所述步骤三和步骤四所述的柱面镜为高阶非球面平凸柱面镜，直径为50mm，焦距为40mm，透镜材料为s-lah64，折射率为1.788，阿贝数为47.49。17.进一步地，步骤三所述柱面镜水平放置，步骤四所述柱面镜垂直放置。18.进一步地，步骤五所述的柱面镜为高阶非球面平凸柱面镜，直径为10mm，焦距为8mm，透镜材料为s-lah64，折射率为1.788，阿贝数为47.49。19.进一步地，步骤五所述柱面镜垂直放置，步骤四和步骤五所述的两个柱面镜构成一个开普勒系统，光束压缩比为5。20.进一步地，步骤六所述探测器为矩形探测器，用于观测出射光束质量。21.有益效果22.本发明利用了鲍威尔棱镜和不同焦距的非球面平凸柱面镜合理的组合，得到了一束高功率、高均匀度、高准直、超窄带的线光源，可应用于高精度的光学元件以及芯片的检测。通过增加长短焦柱面镜的个数，可以进一步压缩线光源的线宽，增加线光源的能量密度。光源采用激光源保证了线光源的高功率。使用zemax光学设计软件对设计结果进行分析，结果显示经过一组开普勒系统压缩后的线光源为平行光，光束分布非常均匀，光束线宽为600um，可以很好的满足实际需求，保证检测和显示系统的高分辨率和高精度性能。附图说明23.图1为鲍威尔棱镜扩展光束光路图；24.图2为本发明系统总体的光路示意图；25.图3为系统中不同位置的光束形状和照度图；26.图4为本发明紧凑结构的光路示意图。具体实施方式27.以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。28.实施例129.结合图1-3说明本实施方式，本实施例中的一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法，如图2包括以下步骤；30.步骤一、系统光源101输出一个平行的激光光束；31.步骤二、光束入射至鲍威尔棱镜102，实现在垂直方向上扩展；32.步骤三、扩展后的光束入射至柱面镜103，对扩展后的光束进行准直，使得输出光束为平行光；33.步骤四、输出的长条平行光出射至另一长焦柱面镜104，长焦柱面镜104相对于柱面镜103旋转90°，将长条平行光进行汇聚；34.步骤五、汇聚光束出射至短焦柱面镜105，将出射光束校正为平行光束，从而获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带的线光源；35.步骤六、在不同位置分别放置探测器106、107、108，查看在系统不同位置处的出射光束质量和照度。36.结合设计原理和设计过程对上述方法做进一步说明：37.如图1所示为鲍威尔棱镜扩展光束光路图，鲍威尔棱镜可将一个圆形光束在一个方向上进行扩展，出射光束转变成在扩展方向发散的线光束。通过一个非球面柱面镜可将光束准直为具有和初始激光束同样宽度的长条线光束。再经过一组开普勒结构的柱面镜系统，可以将准直后的长条线光束进行成倍压缩，最终获得一束高准直度、高功率、高均匀度的极窄带线光束。38.使用光学系统设计软件zemax对设计的系统结构进行分析，图3为系统中不同位置的光束形状和照度图。可以看出系统最终出射的线光束能量分布均匀，准直度高，线宽为600um。39.实施例240.本实施方式为一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的紧凑系统结构。41.为了使系统更加紧凑，在所述的一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法中加入反射镜进行光路折转，且将开普勒结构系统变换为伽利略系统结构，如图4所示。系统中加入了反射镜109、110、111、112、113、114。平凸短焦柱面镜105调整为平凹短焦柱面镜115，使得整体系统更加紧凑，系统体积更小。42.实际操作中，反射镜的数量并不限于4片，可以根据实际需要进行增减，以使系统结构更加合理。43.实际操作中，本实例中的柱面镜可以更换为不同直径和焦距的组合，从而改变系统对于线光束宽度的压缩比例。44.本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。技术特征：1.一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，系统光源输出一个平行的激光光束；步骤二，光束入射至鲍威尔棱镜，实现在垂直方向上扩展；步骤三，扩展后的光束入射至柱面镜，对扩展后的光束进行准直，使得输出光束为平行光；步骤四，输出的长条平行光出射至另一长焦柱面镜，将长条平行光进行汇聚；步骤五，汇聚光束出射至短焦柱面镜，将出射光束校正为平行光束，从而获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带的线光源；步骤六，在不同位置放置探测器，查看在系统不同位置处的出射光束质量和照度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一所述的光源为高性能白激光光源，光斑直径为2mm，输出光束近似为平行光。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二所述的鲍威尔棱镜，其形状为屋脊状，屋脊角度为60°，棱镜材料为n-sf6，折射率为1.805，阿贝数为25.36。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三和步骤四所述的柱面镜为高阶非球面平凸柱面镜，直径为50mm，焦距为40mm，透镜材料为s-lah64，折射率为1.788，阿贝数为47.49。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤三所述柱面镜水平放置，步骤四所述柱面镜垂直放置。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五所述的柱面镜为高阶非球面平凸柱面镜，直径为10mm，焦距为8mm，透镜材料为s-lah64，折射率为1.788，阿贝数为47.49。7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，步骤五所述柱面镜垂直放置，步骤四和步骤五所述的两个柱面镜构成一个开普勒系统，光束压缩比为5。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤六所述探测器为矩形探测器，用于观测出射光束质量。技术总结本发明公开了一种获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带线光源的方法，包括以下步骤：系统光源输出一个平行的激光光束；光束入射至鲍威尔棱镜，实现在垂直方向上扩展；扩展后的光束入射至柱面镜，对扩展后的光束进行准直，使得输出光束为平行光；输出的长条平行光出射至另一长焦柱面镜，将长条平行光进行汇聚；汇聚光束出射至短焦柱面镜，将出射光束校正为平行光束，从而获得高功率、高均匀度、高准直、超窄带的线光源；在不同位置放置探测器，查看在系统不同位置处的出射光束质量和照。本发明利用了鲍威尔棱镜和不同焦距的非球面平凸柱面镜合理的组合，得到了一束高功率、高均匀度、高准直、超窄带的线光源，可应用于高精度的光学元件以及芯片的检测。件以及芯片的检测。件以及芯片的检测。技术研发人员：李青岩 龚海 魏新和 顾海鹏 杨彦琳 陈俊秀受保护的技术使用者：浙江大学湖州研究院技术研发日：2022.12.30技术公布日：2023/6/28









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