專利名稱：一種全息瞄準器光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種全息光學系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于全息瞄準器裝置的緊湊
匹配型全息瞄準器光學系統(tǒng)。
背景技術：
全息瞄準器利用重現(xiàn)的全息圖虛像來瞄準，具有瞄準快速、瞄準精度高且不受氣 候及環(huán)境條件影響等優(yōu)點。全息瞄準器可安裝在各種槍械上，由于在近距離槍戰(zhàn)中比其它 類型的瞄準器更具優(yōu)勢，因此近年來全息瞄準器受到各國軍事部門的高度重視。 在全息瞄準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)在遠處的全息分劃圖像，用該圖像來瞄 準要射擊的目標。在對全息瞄準器的研制中，最關注的有二點1、瞄準器必須體積小、重量 輕；2、用于瞄準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中揭示的瞄準器，由于光學系統(tǒng)很簡單，雖然可做得 小巧輕便，但是達不到上述第二個要求，其原因是(l)在瞄準器使用過程中，LD的溫度升 高導致輸出波長改變，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。因此改進的方向是在LD和全息圖之間加入有效的光 學元件，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中揭示的光學系統(tǒng)都采用了一個光柵，來達到控制激 光束運行方向、對波長進行濾波、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 對激光束進行準直、偏折和濾波，使整個系統(tǒng)結構比美國專利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生出明亮的全息圖 像，并使眼睛在瞄準時可以在較大范圍內移動，方便進行迅速瞄準。為了使激光二極管發(fā)出 的發(fā)散光到達全息圖時能達到足夠大的面積，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。由于瞄準器采用金屬外體，增加高度也就增加了 重量；若要降低瞄準器的高度，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生的位置變化，因此無法做到精確瞄準。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種結構緊湊，并能在任何狀態(tài)下都能達到精確瞄準
的全息瞄準器光學系統(tǒng)。 本實用新型設有 —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； —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)散角進一步擴大，使激 光束在較短的運行路程中達到需要的光束面積，凹透鏡垂直放置于激光二極管的前方； —個全息匹配元件，全息光學元件用于與全息圖匹配，全息匹配元件還用于濾波 和準直，全息匹配元件垂直放置于凹透鏡的后方，激光二極管、凹透鏡和全息匹配元件在同 一光軸上； —個全息圖，在激光照射下可產生一個呈現(xiàn)在遠處的全息圖虛像，用于瞄準，全息 圖置于全息匹配元件的后方偏上，所述全息圖和全息匹配元件相互平行放置，以便使全息 匹配元件的衍射角和全息圖的入射角相等。 所述全息匹配元件和全息圖最好具有相同的空間頻率。 所述全息匹配元件最好為透射式全息匹配元件，所述全息圖最好為透射式全息 圖。 本實用新型具有以下突出優(yōu)點由于在水平方向采用一個凹透鏡來使激光束的發(fā) 散角迅速擴大，因此使激光束在較短的運行距離達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行準直、偏折、濾波等作用，而且更重要的是與全息圖 進行匹配，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器的重量。由于用于瞄準的全息圖像不隨激光二極管 波長變化而改變方向，因此瞄準精度可以保證。

圖1為本實用新型實施例的結構組成示意圖。 圖2為本實用新型實施例的全息匹配元件的衍射角13偏離情況示意圖。
具體實施方式
以下實施例將結合附圖對本實用新型作進一步的說明。 參見圖l，本實用新型實施例設有一個激光二極管(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)散角進一步擴大，使激光束在較 短的運行路程中達到需要的光束面積，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)射的光束經過凹透鏡2后，發(fā)散角被增大，使光束的面積在短距離內增大很多。 透射式全息光學元件3用于與透射式全息圖4匹配，使透射式全息圖4產生的全 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直，將激 光二極管1中產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。 在激光照射下可產生一個呈現(xiàn)在遠處的全息圖像(虛像)6，用于瞄準，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處有個全 息分劃圖像。 圖1給出本實用新型實施例的結構組成示意圖。在圖1中，標記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 到達垂直放置的透射式全息匹配元件3。激光束經過透射式全息匹配元件3后被準直成平 行光，以某一角度P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P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P變化。|3角變化就使射向全息圖的激光角度9也產生變化，導致全息圖像的方向 (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；a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a =0) ;13為透射式全息匹配元件的衍射角，A |3為光波 長A的變化A A引起的角度變化量；e為透射式全息圖的光入射角，A e為光波長A的 變化A A引起的入射角變化量；A小為光波長A的變化A A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 <formula>formula see original document page 5</formula>[0028] 其中a和|3分別為入射光和衍射光的角度，A為光波長，4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a = O，所以式(1)可改寫為[0029] cosine = A (2) 透射式全息圖同樣遵循光柵衍射定律，因此有 d2(sin 9+sin(J)) = A (3)其中e和小分別為入射光和衍射光的角度，A為光波長，4為光柵周期。 當激光波長有改變量A A時，透射式全息匹配元件的衍射光角度有改變量A |3 ， 式(2)變?yōu)? dlSin(P+A =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生變化，設改變量分別為A e 和A (K則式(3)變?yōu)? d2[sin( 9+A 9 )+sin(小+ A小)]=A+A A (5) 要使透射式全息圖衍射光不隨波長變化，必須使A小=0 ;由于全息圖像必須在 透射式全息圖的法線方向，因此有小=0。所以式(5)可改寫為 d2sin( 9+A 9 ) = A+A A (6) 合并式(4)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(e+A = d2sin( 9+A 9 ) (7) 比較式(7)等號的左右兩邊可得條件 4 = d2 (8) sin(P+A = sin( 9+A 9 ) — p+A P = 9+A 9 (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是 相等的，這種情況只有當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。
權利要求一種全息瞄準器光學系統(tǒng)，其特征在于設有一個激光二極管，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)散角進一步擴大，使激光束在較短的運行路程中達到需要的光束面積，凹透鏡垂直放置于激光二極管的前方；一個全息匹配元件，全息光學元件用于與全息圖匹配，全息匹配元件還用于濾波和準直，全息匹配元件垂直放置于凹透鏡的后方，激光二極管、凹透鏡和全息匹配元件在同一光軸上；一個全息圖，全息圖用于瞄準，全息圖置于全息匹配元件的后方偏上，所述全息圖與全息匹配元件相互平行放置。
2. 如權利要求1所述的一種全息瞄準器光學系統(tǒng)，其特征在于所述全息匹配元件為透 射式全息匹配元件。
3. 如權利要求1所述的一種全息瞄準器光學系統(tǒng)，其特征在于所述全息圖為透射式全 息圖。
專利摘要一種全息瞄準器光學系統(tǒng)，涉及一種全息光學系統(tǒng)。提供一種結構緊湊，并能在任何狀態(tài)下都能達到精確瞄準的全息瞄準器光學系統(tǒng)。設有激光二極管、凹透鏡、全息匹配元件和全息圖，凹透鏡垂直放置于激光二極管的前方，全息匹配元件垂直放置于凹透鏡的后方，激光二極管、凹透鏡和全息匹配元件在同一光軸上；全息圖置于全息匹配元件的后方偏上，所述全息圖和全息匹配元件相互平行放置，以便使全息匹配元件的衍射角和全息圖的入射角相等。
文檔編號G02B5/32GK201548746SQ200920218958
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權日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