專利名稱：緊湊匹配型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全息光學(xué)系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于全息瞄準(zhǔn)器裝置的緊湊匹配 型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全息瞄準(zhǔn)器利用重現(xiàn)的全息圖虛像來瞄準(zhǔn)，具有瞄準(zhǔn)快速、瞄準(zhǔn)精度高且不受氣 候及環(huán)境條件影響等優(yōu)點。全息瞄準(zhǔn)器可安裝在各種槍械上，由于在近距離槍戰(zhàn)中比其它 類型的瞄準(zhǔn)器更具優(yōu)勢，因此近年來全息瞄準(zhǔn)器受到各國軍事部門的高度重視。在全息瞄準(zhǔn)器中一定包含有一個激光二極管(LD)和一張全息圖。LD發(fā)出的激光 照射在全息圖上，人眼透過全息圖可看到一個呈現(xiàn)在遠(yuǎn)處的全息分劃圖像，用該圖像來瞄 準(zhǔn)要射擊的目標(biāo)。在對全息瞄準(zhǔn)器的研制中，最關(guān)注的有二點1、瞄準(zhǔn)器必須體積小、重量 輕；2、用于瞄準(zhǔn)的全息圖像必須清晰，而且在使用過程中其方向不能隨溫度改變。中國專利ZL200420074252. 0中揭示的瞄準(zhǔn)器，由于光學(xué)系統(tǒng)很簡單，雖然可做得 小巧輕便，但是達(dá)不到上述第二個要求，其原因是(1)在瞄準(zhǔn)器使用過程中，LD的溫度升 高導(dǎo)致輸出波長改變，造成全息圖像的位置改變；(2)LD發(fā)射的激光相干性差，使得全息圖 的像差很大，因而全息圖像不清晰。因此改進(jìn)的方向是在LD和全息圖之間加入有效的光 學(xué)元件，來克服LD波長變化造成全息圖象位置變化的問題并提高全息圖的清晰度。美國 專利US6490060和US2006/0164704中揭示的光學(xué)系統(tǒng)都采用了一個光柵，來達(dá)到控制激 光束運行方向、對波長進(jìn)行濾波、以及減小全息分劃圖像隨波長漂移而改變方向等多重效 果。在上述的2個美國專利的光學(xué)系統(tǒng)中，光柵的衍射光照射在全息圖上，作為全息圖的入 射光。全息圖入射光的角度和光波長決定了全息圖像的位置。LD在使用過程中發(fā)熱使激 光波長變大，導(dǎo)致光柵的衍射光角度變大，因而使得全息圖的入射光角度也變大。對于全息 圖，激光波長變大使全息圖像的角度變大，然而增大的入射光角度卻使全息圖像的角度反 方向變化，因而減小了激光波長變化引起的全息圖像的角度偏離量。但由于光柵相對全息 圖有一傾斜角，波長變化造成全息圖像的角度偏離必然存在，使瞄準(zhǔn)精度受到影響。在最近 公布的中國專利200810071050. 3中揭示的全息槍瞄光路系統(tǒng)中，采用了一個全息透鏡來 對激光束進(jìn)行準(zhǔn)直、偏折和濾波，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比美國專利US6490060中的系統(tǒng)簡單且 成本低，并比美國專利US2006/0164704的系統(tǒng)長度短。眾所周知，照射到全息圖上的光束 必須達(dá)到能覆蓋整個或大部分全息圖的面積，才能更有效地使全息圖產(chǎn)生出明亮的全息圖 像，并使眼睛在瞄準(zhǔn)時可以在較大范圍內(nèi)移動，方便進(jìn)行迅速瞄準(zhǔn)。為了使激光二極管發(fā)出 的發(fā)散光到達(dá)全息圖時能達(dá)到足夠大的面積，光束走過的路程必須有一定長度。中國專利 200810071050. 3采用了一個反射鏡來使激光束折迭式運行，以減少光學(xué)系統(tǒng)的長度，但這 種折迭式光路使得整個系統(tǒng)的高度增加。由于瞄準(zhǔn)器采用金屬外體，增加高度也就增加了 重量；若要降低瞄準(zhǔn)器的高度，全息透鏡必須傾斜放置。中國專利200810071050. 3中的全 息透鏡與美國專利US6490060和US2006/0164704中的光柵有著一個同樣的作用，就是能使 受波長漂移造成全息圖像位置的改變量減小。然而，它們都無法完全消除全息圖像隨波長漂移產(chǎn)生的位置變化，因此無法做到精確瞄準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，并能在任何狀態(tài)下都能達(dá)到精確瞄準(zhǔn)的緊 湊匹配型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)有—個激光二極管(LD)，激光二極管用于發(fā)射紅色可見光波，為系統(tǒng)提供光源，激光 二極管發(fā)射的激光束為發(fā)散光，發(fā)散光的中心光線在水平方向；一個凹透鏡，凹透鏡用于將激光二極管發(fā)射的發(fā)散光的發(fā)散角進(jìn)一步擴(kuò)大，使激 光束在較短的運行路程中達(dá)到需要的光束面積，凹透鏡垂直放置于激光二極管的前方；一個透射式全息匹配元件，透射式全息光學(xué)元件用于與全息圖匹配，透射式全息 匹配元件還用于濾波和準(zhǔn)直，透射式全息匹配元件垂直放置于凹透鏡的后方，激光二極管、 凹透鏡和透射式全息匹配元件在同一光軸上；一個透射式全息圖，在激光照射下可產(chǎn)生一個呈現(xiàn)在遠(yuǎn)處的全息圖虛像，用于瞄 準(zhǔn)，透射式全息圖置于透射式全息匹配元件的后方偏上。所述透射式全息匹配元件和透射式全息圖最好具有相同的空間頻率。所述透射式全息匹配元件和透射式全息圖最好相互平行放置，以便使透射式全息 匹配元件的衍射角和透射式全息圖的入射角相等。本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點本發(fā)明由于在水平方向采用一個凹透鏡來使激光束的 發(fā)散角迅速擴(kuò)大，因此使激光束在較短的運行距離達(dá)到足夠大的光束面積；由于采用一個 全息匹配元件，因此不僅具有對激光進(jìn)行準(zhǔn)直、偏折、濾波等作用，而且更重要的是與全息 圖進(jìn)行匹配，保證全息圖像在槍瞄使用過程中始終保持在水平方向。由于系統(tǒng)在橫向和縱 向都有較小尺寸，因此有效降低了瞄準(zhǔn)器的重量。由于用于瞄準(zhǔn)的全息圖像不隨激光二極 管波長變化而改變方向，因此瞄準(zhǔn)精度可以保證。


圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的全息匹配元件的衍射角0偏離情況示意圖。
具體實施例方式以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。參見圖1，本發(fā)明實施例設(shè)有一個激光二極管(LD)1、一個凹透鏡2、一個透射式 全息匹配元件3和一個透射式全息圖4。激光二極管1用于發(fā)射紅色可見光波，為系統(tǒng)提供光源。激光二極管1發(fā)射的激 光束為發(fā)散光，發(fā)散光的中心光線在水平方向。凹透鏡2用于將激光二極管1發(fā)射的發(fā)散光的發(fā)散角進(jìn)一步擴(kuò)大，使激光束在較 短的運行路程中達(dá)到需要的光束面積，凹透鏡2垂直放置于激光二極管1的前方，凹透鏡2 的中心點與激光二極管1發(fā)射光束的中心光線在同一水平線上，激光二極管1發(fā)射的光束 經(jīng)過凹透鏡2后，發(fā)散角被增大，使光束的面積在短距離內(nèi)增大很多。
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透射式全息光學(xué)元件3用于與透射式全息圖4匹配，使透射式全息圖4產(chǎn)生的全 息圖像6始終保持在水平方向，透射式全息匹配元件3還作為濾波器用于濾波和準(zhǔn)直，將激 光二極管1中產(chǎn)生的不需要的波長濾掉，從而減少全息圖像6的像差，保證瞄準(zhǔn)時全息圖像 6有足夠好的清晰度，并能將通過凹透鏡2的發(fā)散光轉(zhuǎn)變成平行光，透射式全息匹配元件3 垂直放置于凹透鏡2的后方，透射式全息匹配元件3的中心點與凹透鏡2的中心線重合，即 激光二極管1、凹透鏡2和透射式全息匹配元件3在同一光軸上。從凹透鏡2出射的發(fā)散光 照射在透射式全息匹配元件3上，從透射式全息匹配元件3后方出射的平行光以某一角度 向上傾斜。 在激光照射下可產(chǎn)生一個呈現(xiàn)在遠(yuǎn)處的全息圖像(虛像)6，用于瞄準(zhǔn)，透射式全 息圖4置于透射式全息匹配元件3的后方偏上，從透射式全息匹配元件3射出的平行光照 射在透射式全息圖4上，人眼在透射式全息圖4的后方可觀察到在水平方向的遠(yuǎn)處有個全 息分劃圖像。圖1給出本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。在圖1中，標(biāo)記1是激光二極管，2是 凹透鏡，3是透射式全息匹配元件，4是透射式全息圖，5是人眼，6是全息圖像。激光二極管 1、凹透鏡2和透射式全息匹配元件3共軸放置。從激光二極管1發(fā)射的激光束沿水平方向 向前運行，到達(dá)垂直放置的凹透鏡2。在凹透鏡2后方，被放大的激光束沿水平方向到達(dá)垂 直放置的透射式全息匹配元件3。激光束經(jīng)過透射式全息匹配元件3后被準(zhǔn)直成平行光，以 某一角度β向上運行。透射式全息圖4垂直放置于透射式全息匹配元件3的后上方，兩元 件相互平行。激光束以角度β入射到透射式全息圖4。透射式全息圖4背后的衍射光在水 平方向運行。人眼在透射式全息圖4的后方觀察，可看到呈現(xiàn)在透射式全息圖4前方水平 方向的全息圖像(虛像)6。透射式全息匹配元件3和透射式全息圖4都是全息衍射光學(xué)元件，其基本制作方 法在眾多教科書中都有具體描述。透射式全息匹配元件和透射式全息圖的匹配問題由于全息匹配元件和全息圖都是衍射光學(xué)元件，它們的衍射角會隨激光波長的變 化而改變。激光二極管在使用過程中溫度變化，會造成波長漂移，使得全息匹配元件的衍 射角β變化。β角變化就使射向全息圖的激光角度θ也產(chǎn)生變化，導(dǎo)致全息圖像的方向 (即全息圖的衍射角)改變，偏離水平方向。這一角度偏離情況如圖2所示，其中標(biāo)記3為 透射式全息匹配元件，4為透射式全息圖，6為全息圖像；α為透射式全息匹配元件的光入 射角(光在法線方向入射，所以α =0) 為透射式全息匹配元件的衍射角，Δ β為光波 長λ的變化Δ λ引起的角度變化量；θ為透射式全息圖的光入射角，Δ θ為光波長λ的 變化Δ λ引起的入射角變化量；Δ φ為光波長λ的變化Δ λ引起的全息圖像角度變化 量。為了解決激光波長變化引起的問題，透射式全息匹配元件必須與透射式全息圖達(dá)到完 全匹配，才能消除光波長變化對全息圖像方向的影響。透射式全息匹配元件的衍射角遵循光柵衍射定律，可由光柵公式算出(I1 (sin α +sin^ ) = λ (1)其中α和β分別為入射光和衍射光的角度，λ為光波長，Cl1為光柵周期。系統(tǒng) 中激光束從透射式全息匹配元件的法線方向射入，有α = 0，所以式(1)可改寫為Cl1Sin^ = λ (2)
透射式全息圖同樣遵循光柵衍射定律，因此有d2(sin 0+sin 小)=入 (3)其中e和 分別為入射光和衍射光的角度，\為光波長，d2為光柵周期。當(dāng)激光波長有改變量A A時，透射式全息匹配元件的衍射光角度有改變量A旦， 式⑵變?yōu)閐lSin(3+43)=入+A 入 (4)同時透射式全息圖入射光角度和衍射光角度也會產(chǎn)生變化，設(shè)改變量分別為A 0 和A小，則式(3)變?yōu)閐2[sin( 0+A e )+sin((jj + A 小)]=入+A 入 (5)要使透射式全息圖衍射光不隨波長變化，必須使A = 0 ；由于全息圖像必須在 透射式全息圖的法線方向，因此有4=0。所以式(5)可改寫為d2sin( e+A e )=入+A 入(6)合并式⑷和(6)可得在波長漂移情況下要使全息圖像保持在水平方向的條件dlSin(3+A 旦)=d2sin( e+A e ) (7)比較式(7)等號的左右兩邊可得條件di = d2(8)sin(3+A 旦)=sin( e+A e ) — 3+A 旦=e+A e (9)式(8)表明，透射式全息匹配元件和透射式全息圖的干涉條紋周期必須相等；式 (9)表明透射式全息匹配元件的衍射角和透射式全息圖的入射角無論波長如何變化都應(yīng)是 相等的，這種情況只有當(dāng)2個元件平行放置時才能實現(xiàn)。以上分析表明，透射式全息匹配元件和透射式全息圖具有相同的空間頻率并平行 放置，就能消除波長變化造成全息圖像方向改變的問題。
權(quán)利要求
緊湊匹配型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有一個激光二極管，激光二極管用于發(fā)射紅色可見光波，為系統(tǒng)提供光源，激光二極管發(fā)射的激光束為發(fā)散光，發(fā)散光的中心光線在水平方向；一個凹透鏡，凹透鏡用于將激光二極管發(fā)射的發(fā)散光的發(fā)散角進(jìn)一步擴(kuò)大，使激光束在較短的運行路程中達(dá)到需要的光束面積，凹透鏡垂直放置于激光二極管的前方；一個透射式全息匹配元件，透射式全息光學(xué)元件用于與全息圖匹配，透射式全息匹配元件還用于濾波和準(zhǔn)直，透射式全息匹配元件垂直放置于凹透鏡的后方，激光二極管、凹透鏡和透射式全息匹配元件在同一光軸上；一個透射式全息圖，在激光照射下可產(chǎn)生一個呈現(xiàn)在遠(yuǎn)處的全息圖虛像，用于瞄準(zhǔn)，透射式全息圖置于透射式全息匹配元件的后方偏上。
2.如權(quán)利要求1所述的緊湊匹配型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述透射式全息 匹配元件和透射式全息圖具有相同的空間頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的緊湊匹配型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述透射式全息 匹配元件和透射式全息圖相互平行放置。
全文摘要
緊湊匹配型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)，涉及一種全息光學(xué)系統(tǒng)。提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，并能在任何狀態(tài)下都能達(dá)到精確瞄準(zhǔn)的緊湊匹配型全息瞄準(zhǔn)器光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)有激光二極管、凹透鏡、透射式全息匹配元件和透射式全息圖，凹透鏡垂直放置于激光二極管的前方，透射式全息匹配元件垂直放置于凹透鏡的后方，激光二極管、凹透鏡和透射式全息匹配元件在同一光軸上；透射式全息圖置于透射式全息匹配元件的后方偏上。
文檔編號G02B23/14GK101876749SQ20091025048
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者劉守 申請人:劉守;廈門海派投資管理有限公司