一種攜帶信息的無衍射光束成像系統的制作方法

本發明涉及一種光學系統，尤其是一種攜帶信息的無衍射光束成像系統。

背景技術：

美國rochester大學的j.durnin于1987年首次提出了“無衍射光束”的概念，這是一種在傳播方向上不發散的光束，且在遇到障礙物后，能夠自重建，由于無衍射光束的這兩種特殊性質，它在生命科學和納米科技中有著重要的應用。

傳統對無衍射光束的研究主要集中在對于光束信息的傳輸與變換，2013年craigsnoeyink等人利用軸棱錐產生的貝塞爾(bessel)光束改變系統的數值孔徑，將顯微鏡的成像分辨率提高了約三分之一，這將無衍射貝塞爾(bessel)光束的應用推廣到了新的領域。相比于普通的凸透鏡成像只能在與物面共軛的像面上成清晰的像，無衍射成像系統就很好的改善了這一缺點，它的線聚焦特性可以在一段距離內成清晰的像，減少調焦增大了景深。

但是目前關于圖像信息在無衍射光束系統的傳輸情況尚未見過報道，而信息攜帶的研究對光學成像是非常有意義的。

有鑒于此，本發明人對攜帶信息的無衍射光束成像系統進行了深入的研究，遂有本案產生。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種圖像信息清晰的攜帶信息的無衍射光束成像系統。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種攜帶信息的無衍射光束成像系統，包括光學平臺，所述光學平臺上設置有光源以及沿著所述光源的光路傳播方向依次布置的聚光筒、第一光闌、準直擴束組件、第二光闌、圖像信息板、軸棱錐和ccd成像組件。

作為本發明的一種改進，所述光源為藍光led光源。

作為本發明的一種改進，所述準直擴束組件包括沿所述光源的光路傳播方向依次布置的短焦距透鏡和長焦距透鏡，所述短焦距透鏡的焦點和所述長焦距透鏡的焦點重合。

作為本發明的一種改進，所述第一光闌和所述短焦距透鏡之間的間距為所述短焦距透鏡的焦距的三分之一。

作為本發明的一種改進，所述第一光闌和所述第二光闌都為圓孔光闌，所述第一光闌的圓孔孔徑小于所述第二光闌的圓孔孔徑。

作為本發明的一種改進，所述圖像信息板的最小縫寬為0.2mm。

作為本發明的一種改進，所述軸棱錐和所述ccd成像組件之間的間距為20mm-110mm。

采用上述技術方案，本發明具有以下有益效果：

1、本發明的成像系統使用時，光源發出的光經過準直擴束組件進行擴束后成為平面波，照射在圖像信息板上使得光束攜帶圖像信息，然后再穿過軸棱錐，獲得攜帶圖像信息的無衍射光束，最后由ccd成像組件接收，獲得清晰的圖像，實現圖像信息在無衍射光束系統的傳輸，對無衍射光束應用于光學成像方面具有指導意義。

2、本發明采用藍光led光源，成本相對較低。

附圖說明

圖1為本發明攜帶信息的無衍射光束成像系統的結構示意圖；

圖2為本發明攜帶信息的無衍射光束成像系統的光路示意圖；

圖3為本發明攜帶信息的無衍射光束成像系統的實驗截面光強圖。

圖中標示對應如下：

10-光學平臺；20-光源；

30-聚光筒；40-第一光闌；

50-準直擴束組件；51-短焦距透鏡；

52-長焦距透鏡；60-第二光闌；

70-圖像信息板；80-軸棱錐；

90-ccd成像組件。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明。

如圖1所示，本實施例提供的攜帶信息的無衍射光束成像系統，包括光學平臺10，光學平臺10上設置有光源20以及沿著光源20的光路傳播方向依次布置的聚光筒30、第一光闌40、準直擴束組件50、第二光闌60、圖像信息板70、軸棱錐80和ccd成像組件90，其中，第一光闌40和第二光闌60都為圓孔光闌，且第一光闌40的圓孔孔徑小于第二光闌60的圓孔孔徑。當然ccd成像組件90還與電腦連接，這樣可將成像的信息顯示在電腦屏幕上。

光源20為藍光led光源，聚光筒30的內孔呈直徑從一端向另一端的方向逐漸減小的錐形狀，光源20位于聚光筒30孔徑相對較大的一端的口部位置。這樣光源20發出的光在聚光筒30內匯集后可從聚光筒30孔徑相對較小的一端射出，光場的相干性可以得到極大的提高，從而實現采用非相干光源代替相干光源的目的，有效降低了系統的成本。

第一光闌40用于濾去雜光，其孔徑為1mm，與光源20之間的距離為23mm。

準直擴束組件50可以為常規的光學組件，在本實施例中，準直擴束組件50包括沿光源20的光路傳播方向依次布置的短焦距透鏡51和長焦距透鏡52，其中短焦距透鏡51的焦點和長焦距透鏡52的焦點相互重合。需要說明的是，短焦距透鏡51和長焦距透鏡52中的短焦距和長焦距都只是相對于另一透鏡來說的，并不指代實際的焦距長短，即僅僅是說明短焦距透鏡51的焦距小于長焦距透鏡52的焦距。準直擴束組件50的擴束倍數可以根據實際需要通過選取不同焦距的透鏡組合來實現，在本實施例中，短焦距透鏡51的焦距為15mm，長焦距透鏡52的焦距190mm，此外，第一光闌40和短焦距透鏡51之間的間距為短焦距透鏡51的焦距的三分之一，具體的，在本實施例中，短焦距透鏡51和第一光闌40之間的距離為5mm，長焦距透鏡51和短焦距透鏡52之間的距離為20.5mm。

第二光闌60用于限制光束的半徑，其孔徑為8mm，長焦距透52之間的距離為6mm。

圖像信息板70為刻有圖像信息的光學板，其最小縫寬優選為0.2mm。光照射在圖像信息板70上后可從刻有圖像信息的位置處穿過。在本實施例中，圖像信息板70上刻有字母a的圖像信息，其圖像面范圍為20mm*20mm，圖像面中心的字母a大小為2mm*2mm，最小縫寬為0.2mm。

軸棱錐80是一種用于產生無衍射貝塞爾光束的非球面線聚焦透鏡，可從市場上直接購買獲得。在本實施例中所使用的軸棱錐80的底角為0.5°，折射率為1.458。

此外，在本實施例中，第二光闌60和圖像信息板70之間的距離為6mm，圖像信息板70和軸棱錐80之間的距離為20mm，軸棱錐80和ccd成像組件90之間的間距為20mm-110mm。

使用時，如圖2所示，光源20發出的藍光經過聚光筒30的增大聚光作用，提高了空間相干性，然后通過第一光闌40濾去雜光，再經準直擴束組件50進行擴束，擴束后的光束經第二光闌60限制光束半徑后產生半徑固定的光源，接著半徑固定的光源照射到圖像信息板70上使光束攜帶圖像信息，并通過軸棱錐80得到攜帶圖像信息的無衍射光束，最終被ccd成像組件90接收。

為了研究無衍射光束成像系統對圖像信息的攜帶情況，在本實施例中還對軸棱錐80和ccd成像組件90之間的距離分別為20mm、40mm、60mm、80mm、100mm和110mm時的情況進行了實驗，得到對應位置處的截面光強分布情況如圖3所示，圖中a、b、c、d、e和f分別對應軸棱錐80和ccd成像組件90之間的距離分別為20mm、40mm、60mm、80mm、100mm和110mm時的截面光強，g為110mm處的三維光強分布。本實施例提供的成像系統將為無衍射光束成像系統攜帶信息提供一種新的技術支持，具有廣闊的市場前景。

上面結合附圖對本發明做了詳細的說明，但是本發明的實施方式并不僅限于上述實施方式，本領域技術人員根據現有技術可以對本發明做出各種變形，如將上述實施例中的光源20由藍色led光源變更為激光光源等，這些都屬于本發明的保護范圍。