反射锥面镜系统和方法技术方案

提供了一种反射锥面镜系统，其包括两个或更多个反射锥面镜，所述反射锥面镜中的任一个、没有任何一个或两个可由实心光学传输材料形成，且该反射锥面镜系统被描述用作和被实施为物镜、中继器和光束扩展器。每个反射锥面镜具有大致锥形的中心表面和类似于截头锥形状的远端表面，所述表面中的两者对齐且绕着中心轴线对称地设置。在所提供的系统中，所述中心轴线对齐且形成系统的光轴，而且另外的弯曲可被提供给任何所述表面和入射和输出系统表面，以提供不同的应用所需的附加的光学效果。而且，形成中心反射器的锥形表面可分别或均是凸形或凹形的，这易于构造，从而减轻对作为优选实施例的双凹形中心反射器的有利性的依赖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于光学和/或光子器件中的透镜的领域。更具体地讲，本专利技术涉及新颖的反射和反射折射的反射锥面镜设计以及它们用于这种器件中的实施方式。
技术介绍
术语“锥面镜”通常是指具有旋转对称的精确锥形表面的特殊类型的折射透镜。折射锥面镜已经用于许多光学应用场合中，且相对较直接简单地制作。它们已经用于将点光源作为沿着光轴的线成像，或用于将准直激光束变换为环。它们还已经用于将高斯光束变换到近似的贝塞耳光束。以术语“ref Iaxicon”表示的反射锥面镜首先由Edmonds在1973年提出，他从理论基础上稍微探讨研究了它。(“The Reflaxicon, a New Refective Optical Element, andSome Applications" APPLIED OPTICS ;Vol. 12，No. 8 ; 1973 年 8 月)。然而，从那以后，已经发现了反射锥面镜在光学
中仅具有有限的切合实际的应用。从理论角度看，反射锥面镜通常包括主锥形镜I和较大的从锥形镜2，所述从锥形镜2相对于主镜I同轴地定位，如图IA所示。从镜2被截头，从而产生轴向或中心开口 2A，所述开口具有等于或大于主镜I的根部直径IA的内径。如图IA所示，这种组合的一个通常的功能是以基本无损失的方式将实心光束(例如，高斯强度分布的激光束)转换为空心光束。通过将实心光束转换为环状，反射锥面镜通过反射方式实现锥面镜通过折射方式实现的作用。此外，从锥体2的半角92和主锥体的半角Q1可被选择成产生会聚、平行或发散光束。而且，通过成对地配置反射锥面镜，理论上可实现多种其他功能，例如使反射锥面镜对的初始从镜2弯曲来补偿图IB所示的入射光线的无衍射有限的光束发散。而且，尽管反射锥面镜的理论上的可能性已经得到一些有限的挖掘研究，但它们的实际应用已经受到限制。因此，本专利技术在反射锥面镜的实际实施和在光学系统中的应用以及它们在光学和光子器件中的结合方面进行了外向扩展。
技术实现思路
首先，本专利技术已经开发了用于实际应用的反射锥面镜，且该反射锥面镜被实施为用于成像或非成像应用场合的窄公差容许或宽公差容许的光学器件。用于成像的窄公差容许的光学器件的应用例子包括衍射有限的中继物镜(有限共轭成像)、衍射有限的显微镜物镜(有限和无限共轭成像)、衍射有限的高功率激光聚焦物镜、激光束发送系统(用于光束扩展器、光学光瞳中继器和光束成形系统的无焦点设计)。用于成像的宽公差容许的光学器件的应用实例包括无衍射有限的中继物镜(有限共轭成像)、无衍射有限的显微镜物镜(有限和无限共轭成像)、激光聚焦物镜和激光束发送系统。用于非成像的宽公差容许的光学器件的应用实例包括照明和光线聚集光学器件、例如LED收集准直器、太阳光聚集器和这种元件的阵列。在光学
，反射锥面镜的这些应用中没有任何一个应用已经获得切实可行的改进。在这种情况下，本专利技术已开发和专利技术了基于由光学玻璃制成的实心反射锥面镜(被分成或是仅纯反射设计，或是既基于折射又基于反射原理工作的反射折射设计)和空心反射锥面镜(仅反射工作)的结构以及前述的各种组合。反射锥面镜独自的使用是固有的有益改进，因为纯反射光学系统固有地不具有色差问题。而且，本专利技术可在它们的极限情况下是无遮拦的(这在纯反射系统中是常见的问题)。可选地，遮拦的量可被选择成适应应用。此外，本专利技术不需要光束分束器、倾斜或偏轴构件，且本专利技术优选是轴向对称的，这使得它们可比典型的全反射系统明显更简单和更容易地实施。前面描述的进一步的细节通过参看附图和以下的描述将变得显而易见。附图说明图IA提供了反射锥面镜的基本示意性侧视图。图IB提供了包括一对反射锥面镜的反射锥面镜系统的基本示意性侧视图。图2提供了本专利技术的基本实心内部反射锥面镜系统的示意性侧视图，其具有平坦的输入/输出部。图3提供了图2中所示的实心基本内部反射锥面镜系统的示意性侧视图，其具有同心输出分界面。图4提供了本专利技术的基本内部反射锥面镜系统的剖切透视侧视图，其具有同心输出分界面。图5A提供了本专利技术的基本实心内部反射锥面镜系统的剖切侧透视图，其具有同心输出分界面，该同心输出分界面被实施在外壳中，该基本实心内部反射锥面镜系统适合于例如用作显微镜物镜。图5B提供了在用作显微镜物镜中的图5A所示的通常类型的反射锥面镜系统和壳体的侧透视图。图6A提供了示意性侧视图，该示意性侧视图示出了入射光线行进通过具有同心输出分界面的本专利技术的基本实心内部反射锥面镜系统的过程中的第一步。图6B提供了示意性侧视图，该示意性侧视图示出了入射光线行进通过图6A所示的内部反射锥面镜系统的过程中的第二步。图6C提供了示意性侧视图，该示意性侧视图示出了入射光线行进通过图6A所示的内部反射锥面镜系统的过程中的第三步。图7提供了示意性侧视图，该示意性侧视图示出了入射光线行进通过具有同心输出分界面的本专利技术的基本内部反射锥面镜系统的过程，其中，所述同心输出分界面不具有增加的反射涂层。图8提供了示意性侧视图，该示意性侧视图示出了在入射光线的角度小于临界角度的区域处增加了反射涂层之后的入射光线行进通过图7的反射锥面镜系统的过程。图9A提供了包括与其相关的工程设计细节的实心反射锥面镜系统的示意性剖视图。图9B提供了图9A的锥形中心反射器IOB的更详细的剖视图。图IOA提供了本专利技术的空心外部反射锥面镜系统的示意性侧视图，其适合于与前面所述的实心反射锥面镜系统相同的总的应用类型。图IOB提供了被实施在合适的壳体中的基本外部反射锥面镜系统的分解的局部剖切侧透视图。图IOC提供了图IOB中示出的基本外部反射锥面镜系统的组装的局部剖切侧透视图。图IOD提供了图IOB中所示的基本外部反射锥面镜系统的组装的侧视图。图11提供了具有同心输出分界面和凹形第二反射锥面镜的内部反射锥面镜系统的局部剖切侧透视图。图12提供了使用两个凹形反射锥面镜的具有同心输出分界面的内部反射锥面镜系统的局部剖切侧透视图。图13提供了被实施成用作光束扩展器、包括光束成形的内部反射锥面镜系统的局部剖切侧透视图。 图14A提供了一种被实施用作中继器的内部反射锥面镜系统的示意性侧视图，其使用了两个凹形反射锥面镜，且具有对称的同心输入和输出分界面。图14B提供了一种被实施为用作光束扩展器的内部反射锥面镜系统的示意性侧视图，其使用了两个凹形反射锥面镜，且具有非对称的同心输入和输出分界面。图14C提供了一种被实施用作显微镜物镜的内部反射锥面镜系统的示意性侧视图，其使用了两个凹形反射锥面镜，且具有非对称的输入和输出分界面。图14D提供了一种被实施用作光束扩展器的内部反射锥面镜系统的示意性侧视图，其使用了两个凹形反射锥面镜，且具有径向非对称的同心输入和输出分界面。图15A提供了一种反射锥面镜系统的局部剖切侧透视图，其组合了内部和外部反射锥面镜，且从一个方向使用与凸形反射器相同的中心锥体，从另一个方向使用与凹形反射器相同的中心锥体，其中，实心上半体用作内部反射锥面镜，且具有与具有凸形中心反射器表面的用作外部反射锥面镜的空心下半体耦合的凹形中心反射器表面。图15B提供了一种反射锥面镜系统的局部剖切侧透视图，其组合了内部和外部反射锥面镜，且从一个方向使用与凸形反射器相同的中心锥体，从另一个方向使用与凹形反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·德威特，G·纳多夫，
申请(专利权)人：CVI梅勒斯格里奥特有限公司，
类型：发明
国别省市：