CN102162724B - 扩束系统偏角测量及动态监视装置 - Google Patents

Abstract

扩束系统偏角测量及动态监视装置涉及光学扩束机械领域。本发明包括发射系统，基准反射镜组件、监测组件、第一固定架和第二固定架，第一固定架的一端和第二固定架的一端旋转相连，基准反射镜组件安装在第一固定架的另一端，监测组件安装在第二固定架的另一端，发射系统放置在基准反射镜组件的外侧。本发明在装调态下提供装调基准；工作状态下，实时监测扩束系统的角度偏差，为激光发射系统提供了通过扩束系统的激光偏角的动态监视，使激光器出光波动及扩束系统机械结构等结构件在温度变化等环境的变化对激光出射角度的影响提供反馈及调整方向。

Description

扩束系统偏角测量及动态监视装置

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，一种扩束系统偏角测量及动态监视装置。

背景技术

激光是由激光器发出的具有高亮度、高准直度等优点的一种光束，由激光器直接发出的光束通常是窄细的高能量光束，激光光束的这些优良特性在很多方面是有独特优势的。但正是由于激光的这些特性，由激光器直接发出的光束通常需要进行扩束等光束转换才能在实际工作中得到应用，例如在激光全息技术、激光远场照明技术、光通讯技术、激光测量技术等领域中需要的是宽光束，而激光扩束系统的作用就是把窄细的由激光器直接发出的激光光束经扩束系统后变成高覆盖面积的光束，同时降低了激光束的发散角。

激光经扩束系统的出射光进入发射系统或直接进行工作，而出射光相对发射系统或工作对象的准直度是影响激光效果的关键。即在入射光参数已知而确保经扩束系统后的出射光偏角十分重要，所以激光经扩束系统后的检测及监测是保证及检验激光经扩束系统后的准直度的关键技术之一。因此，研制出一种新型的激光扩束监测装置势在必行。

发明内容

针对上述情况，为了解决现有技术的缺陷，本发明的目的就在于提供一种扩束系统偏角测量及动态监视装置，可以有效解决激光光束窄、出射光准直度低的问题。

本发明解决技术问题的技术方案是，扩束系统偏角测量及动态监视装置，包括基准反射镜组件、监测组件、第一固定架、第二固定架和发射系统，所说的第一固定架的一端和第二固定架的一端旋转相连，基准反射镜组件安装在第一固定架的另一端，监测组件安装在第二固定架的另一端，发射系统放置在基准反射镜组件的外侧，所说的监测组件上装有单片机、CCD图像传感器、准直镜头组件、支撑座、第二反射镜、调试组件、工作组件和切换线性位移平台，调试组件和工作组件与切换线性位移平台相连，调试组件、工作组件和切换线性位移平台放置在支撑座的底部，第二反射镜、准直镜头组件和CCD图像传感器均安装在支撑座内部的右侧，单片机放置在CCD图像传感器的左侧，单片机与CCD图像传感器相连，所说的调试组件包括调试固定座和底层半反半透镜，底层半反半透镜装在调试固定座上，底层半反半透镜靠近支撑座出光孔，底层半反半透镜的光轴中心与支撑座入光孔的中心轴在同一条直线上，底层半反半透镜的光轴中心、支撑座出光孔的中心轴在同一条直线上，底层半反半透镜的镜面直线与支撑座出光孔的中心轴的夹角为45°，底层半反半透镜的镜底涂层对应切换线性位移平台，所说的工作组件包括上层高反微透镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第三全反射镜和工作固定座，上层高反微透镜、第一全反射镜、第二全反射镜和第三全反射镜装在工作固定座，第一全反射镜放置在上层高反微透镜的右侧，第三全反射镜放置在上层高反微透镜后侧，第二全反射镜放置在第三全反射镜的右侧，第二全反射镜靠近第一全反射镜；上层高反微透镜的光轴中心、第一全反射镜的光轴中心和支撑座入光孔的中心轴在同一条直线上，上层高反微透镜的光轴中心和第三全反射镜的光轴中心在同一条直线上，第二全反射镜的光轴中心和第三全反射镜的光轴中心在同一条直线上；上层高反微透镜的镜面直线与支撑座入光孔的中心轴的夹角为45°，上层高反微透镜的镜底涂层远离支撑座入光孔，上层高反微透镜的镜面直线、第一全反射镜的镜面直线和第二全反射镜的镜面直线、第二反射镜的镜面直线平行，第一全反射镜的镜底涂层靠近上层高反微透镜，第二全反射镜的镜底涂层靠近第一全反射镜，第三全反射镜的镜面直线与第二全反射镜的镜面直线相垂直，第三全反射镜的镜底涂层靠近上层高反微透镜。

本发明扩束系统在装调态下提供了装调基准，同时为激光发射系统提供了扩束系统通过激光动态监视，使得工作阶段激光器出光波动及扩束系统机械结构等结构件在温度变化下等环境变化下的变化对激光出射角度的影响提供及时反馈及调整方向。

附图说明

图1是本发明的扩束系统偏角测量及动态监视装置的结构示意图。

图2是本发明的扩束组件的结构示意图。

图3是本发明的基准反射镜组件的结构示意图。

图4是本发明的调试组件的结构示意图。

图5是本发明的工作组件的结构示意图。

图6是本发明的准直镜头组件的结构示意图。

图7是本发明的扩束系统偏角测量及动态监视装置的工作状态结构示意图。

图中，1、基准反射镜组件，2、监测组件，3、扩束组件，4、激光器，5、第一固定架，6、第二固定架，7、反射系统，8、镜座，9、第一反射镜，10、反射镜压圈，11、线性位移平台，12、过渡联结座，13、扩束主镜，14、扩束次镜，15、主镜固定座，16、次镜固定座，17、单片机，18、CCD图像传感器，19、准直镜头组件，20、支撑座，21、第二反射镜，22、切换线性位移平台，23、调试组件，24、工作组件，25、基座，26、第一透镜，27、第二透镜，28、滤光片，29、遮光筒，30、镜筒，31、阶梯孔，32、调试固定座，33、底层半反半透镜，34、支撑座出光孔，35、支撑座入光孔，36、上层高反微透镜，37、工作固定座，38、第一全反射镜，39、第二全反射镜，40、第三全反射镜，41、监测组件入光口，42、扩束组件出光口，43、扩束组件入光口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1所示，扩束系统偏角测量及动态监视装置，包括基准反射镜组件1、监测组件2、第一固定架5、第二固定架6和发射系统7，所说的第一固定架5的一端和第二固定架6的一端旋转相连，基准反射镜组件1安装在第一固定架5的另一端，监测组件2安装在第二固定架6的另一端，发射系统7放置在基准反射镜组件1的外侧。

由图3所示，所说的基准反射镜组件1包括镜座8、第一反射镜9、反射镜压圈10和线性位移平台11，第一反射镜9通过反射镜压圈10固定在镜座8上，镜座8装在线性位移平台11上。

由图1所示，所说的监测组件2上装有单片机17、CCD图像传感器18、准直镜头组件19、支撑座20、第二反射镜21、调试组件23、工作组件24和切换线性位移平台22，调试组件23和工作组件24与切换线性位移平台22相连，调试组件23、工作组件24和切换线性位移平台22放置在支撑座20的底部，第二反射镜21、准直镜头组件19和CCD图像传感器18均安装在支撑座20内部的右侧，单片机17放置在CCD图像传感器18的左侧，单片机17与CCD图像传感器18相连。

由图1所示，所说的第二反射镜21的中心光轴、准直镜头组件19的中心轴和CCD图像传感器18的中心轴在同一条直线上，第二反射镜21的镜面到准直镜头组件19的中心轴与CCD图像传感器18的中心轴构成的直线的角为45度，第二反射镜21的镜底涂层远离准直镜头组件19。

由图6所示，所说的准直镜头组件19包括基座25、第一透镜26、第二透镜27、滤光片28、遮光筒29和镜筒30，镜筒30和遮光筒29均装在基座25上，镜筒30的下端与遮光筒29的上端相连，镜筒30呈阶梯状，镜筒30的内部开有阶梯孔31，第一透镜26装在阶梯孔31的上端，第二透镜27装在阶梯孔31的中部，滤光片28装在阶梯孔31的底部，第一透镜26的中心轴、第二透镜27的中心轴、滤光片28的中心轴均在同一条直线上。

由图4所示，所说的调试组件23包括调试固定座32和底层半反半透镜33，底层半反半透镜33装在调试固定座32上，底层半反半透镜33靠近支撑座出光孔34，底层半反半透镜33的光轴中心与支撑座入光孔35的中心轴在同一条直线上，底层半反半透镜33的光轴中心、支撑座出光孔34的中心轴在同一条直线上，底层半反半透镜33的镜面直线与支撑座出光孔34的中心轴的夹角为45度，底层半反半透镜33的镜底涂层对应切换线性位移平台22。

由图5所示，所说的工作组件24包括上层高反微透镜36、第一全反射镜38、第二全反射镜39、第三全反射镜40和工作固定座37，上层高反微透镜36、第一全反射镜38、第二全反射镜39和第三全反射镜40装在工作固定座37，第一全反射镜38放置在上层高反微透镜36的右侧，第三全反射镜40放置在上层高反微透镜36后侧，第二全反射镜39放置在第三全反射镜40的右侧，第二全反射镜39靠近第一全反射镜38；上层高反微透镜36的光轴中心、第一全反射镜38的光轴中心和支撑座入光孔35的中心轴在同一条直线上，上层高反微透镜36的光轴中心和第三全反射镜40的光轴中心在同一条直线上，第二全反射镜39的光轴中心和第三全反射镜40的光轴中心在同一条直线上；上层高反微透镜36的镜面直线与支撑座入光孔35的中心轴的夹角为45°，上层高反微透镜36的镜底涂层远离支撑座入光孔35，上层高反微透镜36的镜面直线、第一全反射镜38的镜面直线和第二全反射镜39的镜面直线、全第二反射镜21的镜面直线平行，第一全反射镜38的镜底涂层靠近上层高反微透镜36，第二全反射镜39的镜底涂层靠近第一全反射镜38，第三全反射镜40的镜面直线与第二全反射镜39的镜面直线相垂直，第三全反射镜40的镜底涂层靠近上层高反微透镜36。

本发明中的激光扩束组件3的工作原理为，激光经过一扩束倍率为N倍的扩束系统后出射光比原入射光相比发散角缩小了N倍；同时扩束后激光光束比扩束系统入射光激光光束光斑直径扩大了N倍。

本发明的基准镜切换组件中线性位移平台11为精度为直线度为0.1mm/mm的直线平台，确保结构稳定；切换线性位移平台22为精度为直线度为0.01mm/mm的高精度位移平台；为确保扩束系统安装精度及结构稳定度外，除第一固定架5、第二固定架6、支撑座20及所有转轴采用高强度结构钢锈钢40Cr外，其余结构件，如：基准反射镜基座25、半反半头镜镜座8、高反微透镜镜座8、所有反射镜镜座8、准直镜头镜筒30及遮光筒29、所有底座及安装基座25材料均采用牌号为114的高强度铸铝，使得确保结构强度下最小的重量载荷，使得结构轻便、稳定。所有第一反射镜9、透射镜及滤光片28与镜座8或镜筒30的配合均采用G6/g6级配合精度；所有第一反射镜9、透射镜根据激光特性可采用CaF₂等材料；CCD图像感应器根据激光特性选取，分辨率不应小于640*480；为确保扩束系统偏角测量及动态监视装置自身结构不受温度等环境变化的影响，所有铝钢接合面均采用小间距三点固定方式，确保结构稳定、可靠。

由图2、7所示，本发明在扩束系统装调阶段时，将扩束组件3固定于支撑座20、第一固定架5和第二固定架6上，扩束组件3装在第一固定架5和第二固定架6上，并与监测组件2合为一体，，基准反射镜组件1放置在扩束组件出光口42处，激光器4放置在监测组件入光口41处，保证激光器4的光轴与监测组件入光口41的中心轴在同一条直线上，基准反射镜组件1的中心光轴、扩束组件出光口42的中心轴和发反射系统7的中心光轴都同一条直线上，底层半反半透镜33的光轴中心、支撑座出光孔34的中心轴与扩束次镜14的光轴中心在同一条直线上。

所说的扩束组件3包括过渡联结座12、扩束主镜13和扩束次镜14，扩束主镜13固定在过渡联结座12内部的主镜固定座15上，其与扩束组件出光口42相对应，扩束次镜14装在过渡联结座12内部的次镜固定座16上。

所说的扩束组件出光口42的中心轴与扩束主镜13的沿扩束组件出光口42方向的出射光中心轴在同一条直线上，所说的扩束组件入光口43的中心轴与扩束次镜14的沿扩束组件入光口43的入射光中心轴在同一条直线上，扩束主镜13的镜面曲线与扩束次镜14的镜面曲线相平行。

首先，操作切换线性位移平台22使调试组件23切入光路，激光器4发出的激光通过底层半反半透镜33及扩束组件3反射后，再经基准第一反射镜9反射后进入准直镜头汇集成像于CCD图像感应器上，调整监测组件2及扩束组件3，当两CCD图像感应器上成像位置相同时，调整结束，并由单片机17记录位置。操作切换线性平台22使工作组件24切入光路，并操作线性位移平台11切出基准反射镜组件1，激光器4发出激光，扩束组件3进入工作状态，激光经扩束系统、发射系统实现出射并进入工作态，使用监测组件2监测激光动态角度变化。

本发明扩束系统在装调态下提供了装调基准，同时为激光发射系统提供了扩束系统通过激光动态监视，使得工作阶段激光器出光波动及扩束系统机械结构等结构件在温度变化下等环境变化下的变化对激光出射角度的影响提供及时反馈及调整方向。

Claims (4)

1.扩束系统偏角测量及动态监视装置，其特征在于，包括基准反射镜组件(1)、监测组件(2)、第一固定架(5)、第二固定架(6)和发射系统(7)，所说的第一固定架(5)的一端和第二固定架(6)的一端旋转相连，基准反射镜组件(1)安装在第一固定架(5)的另一端，监测组件(2)安装在第二固定架(6)的另一端，发射系统(7)放置在基准反射镜组件(1)的外侧，所说的监测组件(2)上装有单片机(17)、CCD图像传感器(18)、准直镜头组件(19)、支撑座(20)、第二反射镜(21)、调试组件(23)、工作组件(24)和切换线性位移平台(22)，调试组件(23)和工作组件(24)与切换线性位移平台(22)相连，调试组件(23)、工作组件(24)和切换线性位移平台(22)放置在支撑座(20)的底部，第二反射镜(21)、准直镜头组件(19)和CCD图像传感器(18)均安装在支撑座(20)内部的右侧，单片机(17)放置在CCD图像传感器(18)的左侧，单片机(17)与CCD图像传感器(18)相连，所说的调试组件(23)包括调试固定座(32)和底层半反半透镜(33)，底层半反半透镜(33)装在调试固定座(32)上，底层半反半透镜(33)靠近支撑座出光孔(34)，底层半反半透镜(33)的光轴中心与支撑座入光孔(35)的中心轴在同一条直线上，底层半反半透镜(33)的光轴中心、支撑座出光孔(34)的中心轴在同一条直线上，底层半反半透镜(33)的镜面直线与支撑座出光孔(34)的中心轴的夹角为45°，底层半反半透镜(33)的镜底涂层对应切换线性位移平台(22)，所说的工作组件(24)包括上层高反微透镜(36)、第一全反射镜(38)、第二全反射镜(39)、第三全反射镜(40)和工作固定座(37)，上层高反微透镜(36)、第一全反射镜(38)、第二全反射镜(39)和第三全反射镜(40)装在工作固定座(37)，第一全反射镜(38)放置在上层高反微透镜(36)的右侧，第三全反射镜(40)放置在上层高反微透镜(36)后侧，第二全反射镜(39)放置在第三全反射镜(40)的右侧，第二全反射镜(39)靠近第一全反射镜(38)；上层高反微透镜(36)的光轴中心、第一全反射镜(38)的光轴中心和支撑座入光孔(35)的中心轴在同一条直线上，上层高反微透镜(36)的光轴中心和第三全反射镜(40)的光轴中心在同一条直线上，第二全反射镜(39)的光轴中心和第三全反射镜(40)的光轴中心在同一条直线上；上层高反微透镜(36)的镜面直线与支撑座入光孔(35)的中心轴的夹角为45°，上层高反微透镜(36)的镜底涂层远离支撑座入光孔(35)，上层高反微透镜(36)的镜面直线、第一全反射镜(38)的镜面直线和第二全反射镜(39)的镜面直线、第二反射镜(21)的镜面直线平行，第一全反射镜(38)的镜底涂层靠近上层高反微透镜(36)，第二全反射镜(39)的镜底涂层靠近第一全反射镜(38)，第三全反射镜(40)的镜面直线与第二全反射镜(39)的镜面直线相垂直，第三全反射镜(40)的镜底涂层靠近上层高反微透镜(36)。

2.根据权利要求1所述的扩束系统偏角测量及动态监视装置，其特征在于，所说的基准反射镜组件(1)包括镜座(8)、第一反射镜(9)、反射镜压圈(10)和线性位移平台(11)，第一反射镜(9)通过反射镜压圈(10)固定在镜座(8)上，镜座(8)装在线性位移平台(11)上。

3.根据权利要求1所述的扩束系统偏角测量及动态监视装置，其特征在于，所说的第二反射镜(21)的中心光轴、准直镜头组件(19)的中心轴和CCD图像传感器(18)的中心轴在同一条直线上，第二反射镜(21)的镜面与准直镜头组件(19)的中心轴构成的直线的角为45度，第二反射镜的镜面与CCD图像传感器(18)的中心轴构成的直线的角为45度，第二反射镜(21)的镜底涂层远离准直镜头组件(19)。

4.根据权利要求1所述的扩束系统偏角测量及动态监视装置，其特征在于，所说的准直镜头组件(19)包括基座(25)、第一透镜(26)、第二透镜(27)、滤光片(28)、遮光筒(29)和镜筒(30)，镜筒(30)和遮光筒(29)均装在基座(25)上，镜筒(30)的下端与遮光筒(29)的上端相连，镜筒(30)呈阶梯状，镜筒(30)的内部开有阶梯孔(31)，第一透镜(26)装在阶梯孔(31)的上端，第二透镜(27)装在阶梯孔(31)的中部，滤光片(28)装在阶梯孔(31)的底部，第一透镜(26)的中心轴、第二透镜(27)的中心轴、滤光片(28)的中心轴均在同一条直线上。

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