專利名稱：輻射復合棱鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有不連續(xù)面的非球面的復合透鏡，特別是一種輻射復合棱鏡。
目前成像技術(shù)采用散光聚焦，它受焦距長度的限制，即使變焦，成像也只能在有限的倍率之間變化，而且受到景深的限制，焦距沒調(diào)好，容易產(chǎn)生模糊像。
本發(fā)明的目的是提供一種接受垂直輻射復合棱鏡。
本發(fā)明的任務(wù)是用如下方式實現(xiàn)的由兩塊正棱柱形棱鏡耦合成一個正六棱柱棱鏡，在兩塊正棱柱棱鏡的兩個結(jié)合面之間有折射率膜，所述的正六棱柱棱鏡是由橫截面是正方形的正六棱柱和橫截面近似于″V″形的六邊形棱柱組成，其橫截面相互關(guān)系是正方形截面及沿此正方形對角線向外移動1/2對角線所延伸出來的近似于″V″形的六邊形截面。輻射復合棱鏡有一個或一個以上。相鄰兩個正六棱柱棱鏡位置相一致或有錯位角。
本發(fā)明的成像改變了傳統(tǒng)的聚焦成像方式，使無級超級變倍成為可能，而且物像始終保持清晰。同時還具有結(jié)構(gòu)簡單，組合方便等優(yōu)點，可應(yīng)用于顯微鏡、望遠鏡及攝像機等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明單個的輻射復合棱鏡結(jié)構(gòu)示意2為單個輻射復合棱鏡光輻射示意3由四個依次排列的輻射復合棱鏡平等光輻射示意圖下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明單個的輻射復合棱鏡由兩塊正棱柱形棱鏡耦合成一個正六棱柱棱鏡構(gòu)成，在兩塊正棱柱棱鏡的兩個結(jié)合面之間有折射率膜3。正六棱柱棱鏡是由橫截面是正方形的正六棱柱1和橫截面近似于“V”形的六邊形棱柱2組成，其橫截面相互關(guān)系是正方形截面及沿此正方形對角線向外移動半個對角線長所延伸出來的近似于″V″形的六邊形截面。輻射復合棱鏡的高和正方形的半個對角線長相等，也可根據(jù)需要增加。
正六棱柱棱鏡的兩個正對平等的正方形棱平面分別是輻射復合棱鏡的入射面和出射面，它們之間有兩個相互垂直的間隔層，是兩個正棱柱棱鏡的接觸面(即結(jié)合面)。間隔層履蓋厚度經(jīng)過選擇的薄膜折射率膜1，使受抑完全的內(nèi)反射的反射率和授射率為1∶1，即分光效率相等。折射率膜和棱鏡的材質(zhì)性能要求是性能好的光學材料。實際使用中，各個棱角受加工精度限制，可在一定范圍內(nèi)忽略，可避免光的再生循環(huán)(見圖2中黑點所示)。但各個棱平面之間的平行度、垂直度及傾斜角45°，其精度必需達到100％，各表面的拋光平面度要達到現(xiàn)有技術(shù)的最高標準。
下面對棱鏡的光學輻射過程作簡單描述入射光進入棱鏡的入射面，首先在頭個間隔層發(fā)生受抑完全內(nèi)反射，分成兩束(見圖2)。被反射的一束經(jīng)過兩次完全反射到達第二個間隔層，繼續(xù)產(chǎn)生受抑完全內(nèi)反射，被折射的一束直接沿入射方向到達第二個間隔層，也產(chǎn)生受抑完全內(nèi)反射，之后，入射光的一部份先后被折射又回到頭個間隔層的折射率膜1，再產(chǎn)生受抑完全內(nèi)反射，如此產(chǎn)生逐步衰減的分光效應(yīng)。并且，相互垂直的間隔層對折射率膜產(chǎn)生的微小雙像，像差互補。這里，入射光對于入射面如果是非垂直的，因存在入射角度，在循環(huán)中形成光程差，造成依次衰減的光線不在同一直線上，而且相互平行地逐漸遠離入射角方向，能量呈衰減趨勢；但入射光對于入射面如果是正垂直的，即入射角為零，經(jīng)循環(huán)后，儀次衰減的光線都沿入射方向經(jīng)過同一直線，而且每循環(huán)一次都有能量跟進。
將多個這樣的輻射復合棱鏡，入射面和出射面相互對接成多個數(shù)量級，并使各個垂直的間隔層指向按上左下右四個不同方向逐個順次排列(見圖3)，相互對接精度，即平行度，垂直度和保持整個光軸的準直，都必需達到100％，在能夠達到的精度范圍內(nèi)，數(shù)量仍越多越佳。比如采用幾個數(shù)量級，即幾個大小相等的輻射復合棱鏡按順次精確對接，其對能量衰減效率就可達初級衰減的2n倍。對于每秒三十萬公里的光速來說，整個衰減應(yīng)該在瞬間完成，就象一個短脈沖激光。
在多個數(shù)量級的輻射復合棱鏡循環(huán)中，非垂直入射光成倍的衰減，成倍的平行離開內(nèi)循環(huán)。沒有離開的，入射角也只能是接近于零，角動量相當小，有可能與其它入射光產(chǎn)生能量集合，但分散的單個能量非常小，大都小于(1/4)n，存在高峰值也相當小，遠不及光學材料的內(nèi)吸收效率高。而且隨數(shù)量級增加，集合能量將隨之成倍減小，隨數(shù)量級的增加，起干擾作用的非垂直入射光的角動量越小。最終能夠到達出射端的光能量甚微。
垂直入射光則不同，能量集中，有能量跟進，內(nèi)吸收消耗極小，而且數(shù)量級增加，吸收消耗增加極少。
綜上所述，干擾是變量，隨數(shù)量級增加，干擾能量(非垂直光)隨之變小，干擾范圍如果小于膠片或成像紙的顆粒時，干擾也就不起作用了；垂直輻射是定量，能量跟進不隨數(shù)量級的變化而變化。所以，多個數(shù)量級的輻射復合棱鏡對入射光有一個垂直輻射有序排列的選擇，而且整個循環(huán)對垂直輻射有一個相當?shù)牧Ⅲw通道，如此，它對入射光可以直接成像。
一平行光束可借助透鏡或反射鏡聚焦成一點，至少可聚焦成與波長尺寸差不多的一個小面積(引自百科全書)。同樣這樣小的面積上的物體通過透鏡聚焦成一束平行光，再通過多個數(shù)量級的輻射復合棱鏡的衰減循環(huán)，小面積物體以外的物體光能量被衰減掉，剩下來的就是經(jīng)過放大的小面積物體的垂直輻射像。其倍數(shù)就是聚焦有效口徑除以波長，倍率相當高。另外，平行光束通過透鏡可以使聚焦狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)向廣角發(fā)散狀態(tài)。所以，匹配相應(yīng)的鏡頭，多個數(shù)量級的輻射復合棱鏡能夠達到無級超級變倍功能?？蓱?yīng)用于顯微鏡、望遠鏡及攝像機等領(lǐng)域。
多個數(shù)量級的輻射復合棱鏡只接收垂直輻射，所以盡管光路相當長，也不會存在像差的引進，也不存在色差。像質(zhì)量很高，景深從最終出射端到無窮遠，所以也不用調(diào)焦，要調(diào)的只是控制變倍范圍。
多個數(shù)量級的輻射復合棱鏡，其結(jié)構(gòu)既簡單又原始，改變了傳統(tǒng)的光學聚焦成像方式，使無級超級變倍達到可能，而且物像始終保持清晰。分辨率取決于數(shù)量級的多少和匹配鏡頭的質(zhì)量。
棱鏡結(jié)合方式取兩塊平行平板玻璃分別與正六棱柱棱鏡的上、下兩底面膠合，面積大小與底面積相等，厚度依強度而定，可取棱高的五至十分之一，平行平板與棱鏡的熱膨脹系數(shù)應(yīng)相等。
垂直輻射用可調(diào)的準直系統(tǒng)控制對入射光的接收角度范圍，可從廣角范圍內(nèi)調(diào)到任意角度，所以垂直輻射成像的倍率只受接收角度控制，可以從廣角調(diào)到波長允許的最大倍數(shù)。而且不論倍率大小，成像始終是有序排列的垂直輻射，像始終清晰，景深無限，不用調(diào)焦。
由于垂直輻射成像改變了傳統(tǒng)的聚焦成像方式，具有以上優(yōu)點，使無級超級變倍達到可能。
權(quán)利要求
1.一種輻射復合棱鏡，其特征是由兩塊正棱柱形棱鏡耦合成一個正六棱柱棱鏡構(gòu)成，在兩塊正棱柱棱鏡的兩個結(jié)合面之間有折射率膜[3]，所述的正六棱柱棱鏡是由橫截面是正方形的正六棱柱[1]和橫截面近似于“V”形的六邊形棱柱[2]組成，其橫截面相互關(guān)系是正方形截面及沿此正方形對角殘向外移動1/2對角線所延伸出來的近似于“V”形的六邊形截面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述輻射復合棱鏡，其特征在于輻射復合棱鏡有一個或一個以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述輻射復合棱鏡，其特征在于相鄰兩個正六棱柱棱鏡位置相一致或有錯位角。
全文摘要
一種輻射復合棱鏡，由兩塊正棱柱形棱鏡耦合成一個正六棱柱棱鏡構(gòu)成，在兩塊正棱柱棱鏡的兩個結(jié)合面之間有折射率膜。本發(fā)明的成像改變了傳統(tǒng)的聚焦成像方式，使無級超級變倍成為可能，而且物像始終保持清晰。同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、組合方便等優(yōu)點?？蓱?yīng)用于顯微鏡、望遠鏡及攝像機等領(lǐng)域。
文檔編號G02B5/04GK1152130SQ9511259
公開日1997年6月18日 申請日期1995年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月12日
發(fā)明者黃超紅 申請人:黃超紅