一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统技术方案

本发明专利技术是一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统。所述系统包括：耦合光学系统、微镜器件光学系统、多棱镜组件、多个光源系统、光源及其光源系统和微镜器件，所述微镜器件光学系统还包括投影光学系统；所述光源光源及其光源系统出射端照射多棱镜组件入射端，所述多个光源系统出射端照射所述多棱镜组件的入射端，所述多棱镜组件出射端照射微镜器件光学系统的入射端，所述微镜器件光学系统出射端照射耦合光学系统的入射端。本发明专利技术可用于实现微反射镜阵列器件投影行业，和微反射镜阵列器件的诸如3D打印、光谱仪等行业。可以实现投影光源的均匀性及光能利用率要求，微反射镜阵列器件投影系统或模拟器系统的最佳投影像质及光源最大光能利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统
本专利技术涉及光学照明
，是一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统。
技术介绍
均光照明光学系统的方法有很多种，按照明系统的结构型式分为：透射照明投影系统(直接照明)、反射照明投影系统和折反射照明投影系统。一般不同的仪器设备有不同的需要，但最终目的都是实现对照明光源发出的光进行光场调控，一是使光场均匀化照明，二是照明面上要有足够的光通量。在测试、仿真用各类动静态目标场景模拟器中，对照明光源(可见光光源或黑体光源)光场的均匀性要求更加严格，否则将无法很好的提供目标场景的各类模拟真实的信息。在微反射镜动态目标场景模拟器中，照明方案一般采用如图1所示的直接照明方法原理结构图，或如图2所示的反射镜照明方法原理结构图。图1直接照明法，照明光源以一定角度斜入射到微镜器件表面，微镜器件在没有光学调制的状态下，在微镜器件的像元处于0°(即撤销偏置电压，释放微镜像元使其恢复到平面不摆角状态)时，微镜器件不可能将光源的斜入射光以共轴方式耦合进微镜器件的光学投影系统中，进而造成在微镜像元工作时，即处于±12°或±10°时(器件不同，开关角度不同，“+”为开，“-”为关)，不能将光源的均匀光很好的耦合进微镜器件的光学投影系统中，造成投影画面非均匀性变差，影响图像像质。图2反射镜照明方法(可以是平面反射镜、球面镜、离轴镜)，虽然可以通过反射面面型进行一定的光场调控，但同样光源的由于斜入射，很难将光源的均匀光很好的耦合进微镜器件的光学投影系统中，且有些时候还会因系统设计需要将反射镜遮档主光路部分全部或部分磨削掉，以便减小对主光路的遮挡，势必造成投影画面非均匀性变差，影响图像像质。不过图像均匀性会比图1要好很多。
技术实现思路
本专利技术为解决现有投影画面非均匀性变差，影响图像像质的问题，本专利技术提供了一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统，本专利技术提供了以下技术方案：一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统，所述系统包括：耦合光学系统、微镜器件光学系统、多棱镜组件、多个光源系统、光源及其光源系统和微镜器件；所述光源及其光源系统出射端投射多棱镜组件入射端，所述多个光源系统出射端投射所述多棱镜组件的入射端，所述多棱镜组件的出射端投射微镜器件光学系统的入射端，所述微镜器件光学系统的出射端投射耦合光学系统的入射端，所述耦合光学系统进行信息投射，所述多棱镜组件的入射端投射所述微镜器件的出射端，所述耦合光学系统进行信息投射。优选地，当撤销偏置电压，释放微镜像元使其恢复到平面不摆角状态时，微镜器件光学系统将光源的入射光以共轴方式耦合进投影光学系统中，实现在微镜像元工作时，即处于±12°或±10°时，按像元在开关动作将入射光场角度进行二次调制，将光源的均匀的耦合进投影光学系统中，实现将光源及其光学系统均匀调制光场耦合进影光学系统及耦合光学系统中。优选地，所述多个光源系统或光源及其光源系统，经多棱镜组件调制，照射至微镜器件光学系统，当微镜器件光学系统的像元处于“0°”时，使得光源理想化耦合进微镜器件光学系统中，进而耦合进耦合光学系统，使光源达到最佳均匀化。优选地，所述多个光源系统和光源及其光源系统采用朗伯余弦分布理想光源。优选地，所述多棱镜组件通过匹配光源经棱镜分界面反射给微镜器件光学系统的光线角度，实现光源共轴耦合。优选地，所述光源共轴耦合后，射入微镜器件光学系统的投影光学系统中，实现光源按投影光路进行光场调制，实现微镜像元物理寻址、为微镜像元提供照明光和对带有图像信息的光信号进行二次调控，实现均匀化的光源投影耦合，实现高质量的投影图像。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用基于多棱镜组件之间角度匹配、棱镜之间镀制光学膜层、棱镜间隔匹配方法，实现照明光源系统直接共轴耦合进投影光学系统中，可以很好的实现投影光源的均匀性及光能利用率要求，进而实现微反射镜阵列器件投影系统或模拟器系统的最佳投影像质及光源最大光能利用率。本专利技术不仅可用于实现微反射镜阵列器件投影行业，也可应用于微反射镜阵列器件的诸如3D打印、光谱仪等行业，同时也可应用于使用照明系统的其他行业。本专利技术的微反射镜阵列器件实现的投影、3D打印、光谱仪等行业；本专利技术可进行高质量光场调控、全息照相、均光照明、光刻机等行业；本专利技术可用于MEMS或相控阵激光雷达及光电成像、光电检测、光通讯等行业；本专利技术以朗伯光源为基础，对于所有光源、漫反射体等均适用。附图说明图1为直接照明方法原理结构图；图2为反射镜照明方法原理结构图；图3为基于多棱镜组件的均光照明光学系统原理框图；图4为朗伯分布光源示意图；图5为基于多棱镜组件的均光照明光学系统结构图。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。具体实施例一：根据图5所示，本专利技术提供一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统，一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统，所述系统包括：耦合光学系统、微镜器件光学系统、多棱镜组件、多个光源系统、光源及其光源系统和微镜器件；所述光源及其光源系统出射端投射多棱镜组件入射端，所述多个光源系统出射端投射所述多棱镜组件的入射端，所述多棱镜组件的出射端投射微镜器件光学系统的入射端，所述微镜器件光学系统的出射端投射耦合光学系统的入射端，所述耦合光学系统进行信息投射，所述多棱镜组件的入射端投射所述微镜器件的出射端，所述耦合光学系统进行信息投射。图3为本专利技术的基于多棱镜组件的照明光学系统实现原理结构图，根据图3所示，本专利技术基于多棱镜组件之间角度匹配、棱镜之间镀制光学膜层、棱镜间隔匹配方法，可以实现将照明光源及其均光系统调制的均匀光场，微镜器件在没有光学调制的状态下，在其像元处于0°(即撤销偏置电压，释放微镜像元使其恢复到平面不摆角状态)时，实现微镜器件将光源的入射光以共轴方式耦合进微镜器件的光学投影系统中，进而实现在微镜像元工作时，即处于±12°或±10°时，实现按微镜阵列器件像元在其开关动作将入射光场角度进行二次调制，将光源的均匀光很好的耦合进微镜器件的光学投影系统中，进而实现将光源及其光学系统均匀调制光场耦合进投影光学系统及耦合光学系统中。即当微镜阵列器件像元在其开关动作时，实现照明光场均匀覆盖，同时实现光源光能最大利用率，在耦合光学系统调制光学图像信号后，以得到均匀的投影光学图像。在照明光学领域，如图4所示，光源或经其发射光学系统调制后的光场光强度空间分布模型满足式(1)朗伯余弦定律时，称为朗伯辐射体或余弦辐射体或朗伯分布光源。Iθ＝INcosθ(1)式中，IN为发光面在法线方向的发光强度向量，Iθ为和法线成任意角度θ方向的发光强度向量。朗伯分布光源在和法线成任意角度θ方向的光亮度Lθ可由式(2)定义：可见，该类光源本身光亮度分布均匀性较好，工程实际中，在微反射镜动态目标场景模拟器中，其照明光源在可将光模拟器或可见光投影机中一般为可见光光源；在红外动态目标模拟器中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统，其特征是：所述系统包括：耦合光学系统、微镜器件光学系统、多棱镜组件、多个光源系统、光源及其光源系统和微镜器件；/n所述光源及其光源系统出射端投射多棱镜组件入射端，所述多个光源系统出射端投射所述多棱镜组件的入射端，所述多棱镜组件的出射端投射微镜器件光学系统的入射端，所述微镜器件光学系统的出射端投射耦合光学系统的入射端，所述耦合光学系统进行信息投射，所述多棱镜组件的入射端投射所述微镜器件的出射端，所述耦合光学系统进行信息投射。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统，其特征是：所述系统包括：耦合光学系统、微镜器件光学系统、多棱镜组件、多个光源系统、光源及其光源系统和微镜器件；
所述光源及其光源系统出射端投射多棱镜组件入射端，所述多个光源系统出射端投射所述多棱镜组件的入射端，所述多棱镜组件的出射端投射微镜器件光学系统的入射端，所述微镜器件光学系统的出射端投射耦合光学系统的入射端，所述耦合光学系统进行信息投射，所述多棱镜组件的入射端投射所述微镜器件的出射端，所述耦合光学系统进行信息投射。


2.根据权利要求1所述的一种基于多棱镜组件的均光照明光学系统，其特征是：当撤销偏置电压，释放微镜像元使其恢复到平面不摆角状态时，微镜器件光学系统将光源的入射光以共轴方式耦合进投影光学系统中，实现在微镜像元工作时，即处于±12°或±10°时，按像元在开关动作将入射光场角度进行二次调制，将光源的均匀的耦合进投影光学系统中，实现将光源及其光学系统均匀调制光场耦合进影光学系统及耦合光学系统中。


3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海龙，孙剑峰，刘迪，周鑫，温喆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23