CN102252754A - 条纹相机反射式离轴光学耦合装置 - Google Patents

Abstract

一种条纹相机反射式离轴光学耦合装置，包括：一镜筒，在该镜筒的中心开有一圆柱形孔；一准直镜座，该准直镜座为一圆柱体，在其中心一侧开有一出光口，在出光口的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽，该圆形凹槽与中心轴线成一预定角度，该准直镜座用螺丝固定在镜筒的一端，通过调节螺丝可调整准直镜座与镜筒的相对位置；一准直镜，该准直镜位于准直镜座上的圆形凹槽内；一聚焦镜座，该聚焦镜座为一圆柱体，在其中心一侧开有一进光口，在进光口的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽，该圆形凹槽与中心轴线成一预定角度，该聚焦镜座用螺丝固定在镜筒的另一端，通过调节螺丝可调整聚焦镜座与镜筒的相对位置；一聚焦镜，该聚焦镜位于聚焦镜座上的圆形凹槽内。

Description

条纹相机反射式离轴光学耦合装置

技术领域

本发明属于光谱仪器与光谱技术领域，特别是指一种条纹相机反射式离轴光学耦合装置。

背景技术

条纹相机是用于测量光学时变信号的仪器，具有灵敏度高(光子计数量级)、时间分辨率高(可达皮秒和亚皮秒量级)、多波长同时测量等优点，被广泛应用于超短脉冲光实验、时间分辨光谱等方面。条纹相机在使用时，通常需要光学耦合装置将被测的光信号耦合到条纹相机内，照射在条纹管的光电阴极上，光电阴极利用光电效应将光子转换成电子。目前，条纹相机光学耦合装置主要包括两种类型，一种是采用多片透镜的透射式光学耦合装置，一种是采用多个反射面(包括平面和球面)的反射式光学耦合装置。其中透射式光学耦合装置成像质量好、结构简单、成本较低，近紫外至近红外波段的条纹相机多采用该类光学耦合装置。但由于透镜存在色散，透射式光学耦合装置的成像波段的范围较小，波长越短能够清晰成像的波段范围越小。另外，由于在深紫外波段，适合制作透镜的材料有限及透镜表面镀膜的工艺不够成熟，所以透射式光学耦合装置不适合在深紫外或更短波段应用。目前使用的反射式光学耦合装置中的反射面数目较大、结构复杂，导致光损失大、调整不便、成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有条纹相机光学耦合装置的技术缺陷，实现新型的条纹相机反射式离轴光学耦合装置和条纹相机反射式共轴光学耦合装置。所述装置分别采用反射式离轴光学设计和反射式共轴光学设计，用于耦合狭缝和条纹相机，将从狭缝进入的光聚焦到条纹相机光电阴极上。所述装置具有结构简单、无色散、成像质量好、光谱范围宽、光损失小、调试简单、成本低等优点。

本发明涉及新型的条纹相机反射式离轴光学耦合装置和条纹相机反射式共轴光学耦合装置，所述装置分别采用反射式离轴光学设计和反射式共轴光学设计，在光学系统中用于耦合狭缝和条纹相机，将从狭缝进入的光聚焦到条纹相机光电阴极上。技术方案如下：

本发明提供一种一种条纹相机反射式离轴光学耦合装置，包括：

一镜筒，在该镜筒的中心开有一圆柱形孔；

一准直镜座，该准直镜座为一圆柱体，在其中心一侧开有一出光口，在出光口的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽，该圆形凹槽与中心轴线成一预定角度，该准直镜座用螺丝固定在镜筒的一端，通过调节螺丝可调整准直镜座与镜筒的相对位置；

一准直镜，该准直镜位于准直镜座上的圆形凹槽内；

一聚焦镜座，该聚焦镜座为一圆柱体，在其中心一侧开有一进光口，在进光口的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽，该圆形凹槽与中心轴线成一预定角度，该聚焦镜座用螺丝固定在镜筒的另一端，通过调节螺丝可调整聚焦镜座与镜筒的相对位置；

一聚焦镜，该聚焦镜位于聚焦镜座上的圆形凹槽内。

本发明还提供一种条纹相机反射式共轴光学耦合装置，包括：

一镜筒，在该镜筒的中心开有一圆柱形孔；

一准直镜座，该准直镜座为一圆柱体，在其中心开有一圆形凹槽，在圆形凹槽的中心开有一出光口，该准直镜座用螺丝固定在镜筒的一端，通过调节螺丝可调整准直镜座与镜筒的相对位置；

一准直镜，该准直镜的中心开有一出光口，该准直镜位于准直镜座上的圆形凹槽内；

一聚焦镜座，该聚焦镜座为一圆柱体，在其中心开有一圆形凹槽，在圆形凹槽的中心开有一进光口，该聚焦镜座用螺丝固定在镜筒的另一端，通过调节螺丝可调整聚焦镜座与镜筒的相对位置；

一聚焦镜，该聚焦镜的中心开有一进光口，该聚焦镜位于准直镜座上的圆形凹槽内；

一遮光板，该遮光板用4个连杆均匀固定在镜筒的圆柱形孔中心，该遮光板位于镜筒内的中间部位。

本发明提供的新型条纹相机反射式离轴光学耦合装置和条纹相机反射式共轴光学耦合装置，分别采用反射式离轴光学设计和反射式共轴光学设计，在光学系统中用于耦合狭缝和条纹相机，将从狭缝进入的光聚焦到条纹相机光电阴极上。可以代替目前使用的透射式光学耦合系统和反射式耦合系统，具有结构简单、无色散、成像质量好、光谱范围宽、光损失小、调试简单、成本低等优点。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图对本发明做一详细的描述，其中：

图1是本发明第一实施例的光路示意图；

图2是本发明第一实施例条纹相机反射式离轴光学耦合装置的结构示意图；

图3(a)、图3(b)是图2中A向及B向的视图；

图4是本发明第二实施例的光路示意图；

图5是本发明第二实施例条纹相机反射式共轴光学耦合装置的结构示意图；

图6(a)、图6(b)是图5中A向及B向的视图。

具体实施方式

请结合参阅图1所示条纹相机反射式离轴光学耦合装置光路图，具体实施方式如下：

所述条纹相机反射式离轴光学耦合装置的光路，由一个准直镜11和一个聚焦镜12组成。将狭缝13置于准直镜11的焦平面上，使得从狭缝13出射的发散光照射到准直镜11后变换为平行光。并且要求，狭缝13位于准直镜11的光轴之外，以确保光束到达准直镜11之前不被聚焦镜12所遮挡。经准直镜11准直后的平行光照射到聚焦镜12上，经聚焦镜12后平行光变为会聚光，最后照射到条纹相机光电阴极14上。条纹相机光电阴极14置于聚焦镜12的焦平面上，并且要求，焦点在聚焦镜12的光轴之外，以确保光束到达条纹相机光电阴极14之前不被准直镜11所遮挡。

上述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置光路中，所采用的准直镜11和聚焦镜12可以是球面镜。根据球面镜表面不同的镀膜，所述条纹相机反射式离轴光学耦合装置可应用于不同的光学波段，例如深紫外、近紫外、可见至近红外等。

上述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置光路中，所采用的准直镜11和聚焦镜12可以是抛物面镜。根据抛物面镜表面不同的镀膜，所述条纹相机反射式离轴光学耦合装置可应用于不同的光学波段，例如深紫外、近紫外、可见至近红外等。

请结合参阅图2所示条纹相机反射式离轴光学耦合装置结构示意图以及图3(a)、图3(b)，具体实施方式如下：

所述条纹相机反射式离轴光学耦合装置包括：

一镜筒21，该镜筒21为该条纹相机反射式离轴光学耦合装置的结构支撑部件，主要用于固定下述的准直镜座22和聚焦镜座24。在该镜筒21的中心开有一圆柱形孔211，该圆柱形孔211是光束的通道；

一准直镜座22，该准直镜座22为一圆柱体，在其中心一侧开有一出光口221。出光口221的作用是使得被下述聚焦镜25聚焦的光束从该反射式离轴光学耦合装置射出时，而不被准直镜座22所遮挡。在出光口221的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽222，该圆形凹槽222与中心轴线成一预定角度。该圆形凹槽222用于放置下述准直镜23。该准直镜座22用螺丝固定在镜筒21的一端，通过调节螺丝可调整准直镜座22与镜筒21的相对位置；

一准直镜23，该准直镜23位于准直镜座22上的圆形凹槽222内。该准直镜23的作用是将入射的发散光变换为平行光；

一聚焦镜座24，该聚焦镜座24为一圆柱体，在其中心一侧开有一进光口241。进光口241的作用是使得入射光能无阻碍地进入该反射式离轴光学耦合装置，而不被聚焦镜座24所遮挡。在进光口241的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽242，该圆形凹槽242与中心轴线成一预定角度。该该圆形凹槽242用于放置下述聚焦镜25。该聚焦镜座24用螺丝固定在镜筒21的另一端，通过调节螺丝可调整聚焦镜座24与镜筒21的相对位置；

一聚焦镜25，该聚焦镜25位于聚焦镜座24上的圆形凹槽242内。该聚焦镜25的作用是把从准直镜射来的平行光聚焦。

上述准直镜23和聚焦镜25可以是球面镜，也可以是抛物面镜。根据该准直镜23和聚焦镜25表面不同的镀膜，所述条纹相机反射式离轴光学耦合装置可应用于不同的光学波段，例如深紫外、近紫外、可见至近红外等。

上述条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中镜筒21上的圆柱形孔211左侧端面的上沿不低于聚焦镜座24上的进光口241的上沿。同时，圆柱形孔211左侧端面的下沿不高于聚焦镜座24上的圆形凹槽242的下沿。其目的是保证圆柱形孔211的尺寸足够大，不妨碍其内光束的传播。

上述条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中镜筒21上的圆柱形孔211右侧端面的下沿不高于准直镜座22上的出光口221的下沿。同时，圆柱形孔211右侧端面的上沿不低于准直镜座22上的圆形凹槽222的上沿。其目的是保证圆柱形孔211的尺寸足够大，不妨碍其内光束的传播。

上述条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中镜筒21的长度要大于准直镜23和聚焦镜25的焦距，并必须同时保证准直镜23的焦点落在聚焦镜座24左侧边缘的左侧以及聚焦镜25的焦点落在准直镜座22右侧边缘的右侧。

上述条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中准直镜座22的圆形凹槽222的轴线与中心轴线的夹角为0-90度，并应尽可能选取小角度，以减小像差。

上述条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中聚焦镜座24的圆形凹槽242与的轴线与中心轴线的夹角为0-90度，并应尽可能选取小角度，以减小像差。

请结合参阅图4所示条纹相机反射式共轴光学耦合装置光路图，具体实施方式如下：

所述条纹相机反射式共轴光学耦合装置，由一个中心有孔的准直镜31、一个中心有孔的聚焦镜32和一个遮光板35组成。将狭缝33置于准直镜31的焦平面上，使得从狭缝33出射的发散光照射到准直镜11后变换为平行光。并且要求，狭缝33位于准直镜31的光轴之上。准直镜31的中心孔是为了被聚焦镜32聚焦的光在到达条纹相机光电阴极34之前不被遮挡。经准直镜31准直后的平行光照射到中心有孔的聚焦镜32上，经聚焦镜32后平行光变为会聚光，最后照射到条纹相机光电阴极34上。条纹相机光电阴极34置于聚焦镜32的焦平面上。并且要求，焦点在聚焦镜32的光轴之上。聚焦镜32的中心孔是为了使来自狭缝33的光在到达准直镜31之前不被遮挡。在光轴上放置遮光板35，遮光板35的作用是阻止从狭缝33进入的光直接照射条纹相机光电阴极34。所以，该装置中，准直镜31、聚焦镜32、狭缝33、条纹相机光电阴极34和遮光板35全部共轴。

上述的条纹相机反射式共轴光学耦合装置，所采用的中心有孔的准直镜31和中心有孔的聚焦镜32可以是球面镜。根据球面镜表面不同的镀膜，所述条纹相机反射式共轴光学耦合装置可应用于不同的光学波段，例如深紫外、近紫外、可见至近红外等。

上述的条纹相机反射式共轴光学耦合装置，所采用的中心有孔的准直镜31和中心有孔的聚焦镜32可以是抛物面镜。根据抛物面镜表面不同的镀膜，所述条纹相机反射式共轴光学耦合装置可应用于不同的光学波段，例如深紫外、近紫外、可见至近红外等。

请结合参阅图5所示条纹相机反射式共轴光学耦合装置结构示意图以及图6(a)和图6(b)，具体实施方式如下：

所述条纹相机反射式共轴光学耦合装置包括：

一镜筒41，该镜筒41为该条纹相机反射式共轴光学耦合装置的结构支撑部件，主要用于固定下述的准直镜座42和聚焦镜座44。在该镜筒41的中心开有一圆柱形孔411，该圆柱形孔411是光束的通道；

一准直镜座42，该准直镜座42为一圆柱体，在其中心开有一圆形凹槽422，该圆形凹槽422用于放置下述准直镜43。在圆形凹槽422的中心开有一出光口421。出光口421的作用是使得被下述聚焦镜45聚焦的光束从该反射式共轴光学耦合装置射出时，而不被准直镜座42所遮挡。该准直镜座42用螺丝固定在镜筒41的一端，通过调节螺丝可调整准直镜座42与镜筒41的相对位置；

一准直镜43，该准直镜43的中心开有一出光口431，该准直镜43位于准直镜座42上的圆形凹槽422内。该准直镜43的作用是将入射的发散光变换为平行光。出光口431的作用是使得被下述聚焦镜45聚焦的光束从该反射式共轴光学耦合装置射出时，而不被准直镜43所遮挡；

一聚焦镜座44，该聚焦镜座44为一圆柱体，在其中心开有一圆形凹槽442，该圆形凹槽442用于放置下述聚焦镜45。在圆形凹槽442的中心开有一进光口441。进光口441的作用是使得入射光能无阻碍地进入该反射式共轴光学耦合装置，而不被聚焦镜座44所遮挡。该聚焦镜座44用螺丝固定在镜筒41的另一端，通过调节螺丝可调整聚焦镜座44与镜筒41的相对位置；

一聚焦镜45，该聚焦镜45的中心开有一进光口451，该聚焦镜45位于准直镜座44上的圆形凹槽442内。该聚焦镜45的作用是把从准直镜射来的平行光聚焦。进光口451的作用是使得入射光能无阻碍地进入该反射式共轴光学耦合装置，而不被聚焦镜45所遮挡；

一遮光板46，该遮光板46用4个连杆均匀固定在镜筒41的圆柱形孔411中心，该遮光板46位于镜筒41内的中间部位。遮光板46的作用是阻止从进光口441和进光口451进入的光直接从出光口431和出光口421射出。

上述条纹相机反射式共轴光学耦合装置中，准直镜43、聚焦镜45、和遮光板46共轴。

上述准直镜43和聚焦镜45可以是球面镜，也可以是抛物面镜。根据该准直镜43和聚焦镜45表面不同的镀膜，所述条纹相机反射式共轴光学耦合装置可应用于不同的光学波段，例如深紫外、近紫外、可见至近红外等。

上述条纹相机反射式共轴光学耦合装置，其中镜筒41的长度要大于准直镜43和聚焦镜45的焦距，并必须同时保证准直镜43的焦点落在聚焦镜座44左侧边缘的左侧以及聚焦镜45的焦点落在准直镜座42右侧边缘的右侧。

上述条纹相机反射式共轴光学耦合装置，其中镜筒41上的圆柱形孔411的直径不小于准直镜座42上圆形凹槽422的直径，也不小于聚焦镜座44上圆形凹槽442的直径。其目的是保证圆柱形孔411的尺寸足够大，不妨碍其内光束的传播。

虽然参照上述具体实施方式详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施方式，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。总之，本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种变形。

Claims (13)

1.一种条纹相机反射式离轴光学耦合装置，包括：

一镜筒，在该镜筒的中心开有一圆柱形孔；

一准直镜座，该准直镜座为一圆柱体，在其中心一侧开有一出光口，在出光口的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽，该圆形凹槽与中心轴线成一预定角度，该准直镜座用螺丝固定在镜筒的一端，通过调节螺丝可调整准直镜座与镜筒的相对位置；

一准直镜，该准直镜位于准直镜座上的圆形凹槽内；

一聚焦镜座，该聚焦镜座为一圆柱体，在其中心一侧开有一进光口，在进光口的另一侧面积较大的部位开有一圆形凹槽，该圆形凹槽与中心轴线成一预定角度，该聚焦镜座用螺丝固定在镜筒的另一端，通过调节螺丝可调整聚焦镜座与镜筒的相对位置；

一聚焦镜，该聚焦镜位于聚焦镜座上的圆形凹槽内。

2.根据权利要求1所述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中准直镜和聚焦镜为球面镜。

3.根据权利要求1所述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中准直镜和聚焦镜为抛物面镜。

4.根据权利要求1所述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中镜筒上的圆柱形孔左侧端面的上沿不低于聚焦镜座上的进光口的上沿；同时，圆柱形孔左侧端面的下沿不高于聚焦镜座上的圆形凹槽的下沿。

5.根据权利要求1所述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中镜筒上的圆柱形孔右侧端面的下沿不高于准直镜座上的出光口的下沿；同时，圆柱形孔右侧端面的上沿不低于准直镜座上的圆形凹槽的上沿。

6.根据权利要求1所述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中镜筒的长度大于准直镜和聚焦镜的焦距，准直镜的焦点落在聚焦镜座左侧边缘的左侧以及聚焦镜的焦点落在准直镜座右侧边缘的右侧。

7.根据权利要求1所述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中准直镜座的圆形凹槽的轴线与中心轴线的夹角为0-90度。

8.根据权利要求1所述的条纹相机反射式离轴光学耦合装置，其中聚焦镜座的圆形凹槽与的轴线与中心轴线的夹角为0-90度。

9.一种条纹相机反射式共轴光学耦合装置，包括：

一镜筒，在该镜筒的中心开有一圆柱形孔；

一准直镜座，该准直镜座为一圆柱体，在其中心开有一圆形凹槽，在圆形凹槽的中心开有一出光口，该准直镜座用螺丝固定在镜筒的一端，通过调节螺丝可调整准直镜座与镜筒的相对位置；

一准直镜，该准直镜的中心开有一出光口，该准直镜位于准直镜座上的圆形凹槽内；

一聚焦镜座，该聚焦镜座为一圆柱体，在其中心开有一圆形凹槽，在圆形凹槽的中心开有一进光口，该聚焦镜座用螺丝固定在镜筒的另一端，通过调节螺丝可调整聚焦镜座与镜筒的相对位置；

一聚焦镜，该聚焦镜的中心开有一进光口，该聚焦镜位于准直镜座上的圆形凹槽内；

一遮光板，该遮光板用4个连杆均匀固定在镜筒的圆柱形孔中心，该遮光板位于镜筒内的中间部位。

10.根据权利要求9所述的条纹相机反射式共轴光学耦合装置，其中准直镜和聚焦镜为球面镜。

11.根据权利要求9所述的条纹相机反射式共轴光学耦合装置，其中准直镜和聚焦镜为抛物面镜。

12.根据权利要求9所述的条纹相机反射式共轴光学耦合装置，其中镜筒的长度大于准直镜和聚焦镜的焦距，准直镜的焦点落在聚焦镜座左侧边缘的左侧以及聚焦镜的焦点落在准直镜座右侧边缘的右侧。

13.根据权利要求9所述的条纹相机反射式共轴光学耦合装置，其中镜筒上的圆柱形孔的直径不小于准直镜座上圆形凹槽的直径，也不小于聚焦镜座上圆形凹槽的直径。

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