CN102681196A - 一种高精度便携式宽光谱平行光管装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度便携式宽光谱平行光管装置，主离轴非球面反射镜与主镜连接座连接，主镜连接座通过主镜连接座固定螺丝固定在壳体侧面，次离轴非球面反射镜与次镜连接座连接，采用次镜连接座固定螺丝将次镜连接座固定在壳体的侧面，主离轴非球面反射镜与次离轴非球面反射镜水平位置相对，与次离轴非球面反射镜相对，平行光输出孔位于壳体侧面，与主离轴非球面反射镜相对，镜头保护盖通过螺纹拧在平行光输出孔内，底座通过底座固定螺丝安装在壳体的底面，提手位于壳体的上端。该装置用于可见光、激光、红外光学系统检测领域，具有精度高、宽光谱、体积小、重量轻、成本低，可应用于多种波长的光学系统的在线性能检测。

Description

一种高精度便携式宽光谱平行光管装置

技术领域

本发明涉及光学系统检测领域，更具体涉及一种高精度便携式宽光谱平行光管装置，应用于多波长光学系统的光学指标检测领域。

背景技术

平行光管装置是用于模拟无限远目标的光学系统，其基本原理是，将靶标置于光学系统的焦平面位置，靶标图案经过光学系统中镜片组的反射或折射后，形成平行光输出，从而模拟无限远处的目标。它普遍应用在可见光、激光、红外等光学系统性能指标检测领域。为了保证平行度的高精度，必须提高平行光管的焦距。普通的平行光管采用球面反射镜一次反射或一个离轴非球面镜加一个平面反射镜二次发射的光路设计，在一定口径及焦距要求下，加工出来的平行光管的长度、体积都比较大，而且，普通的平行光管都采用光学玻璃制作镜片，由于光学玻璃密度高，导致镜片重量大，加工成本高。因此，普通的平行光管由于体积重量大，只能放在工厂或实验室使用，无法满足便携在线检测需求。

中国发明专利CN200910060891.9提供了一种小型平行光管的方法，其技术途径是通过在金属套筒内放置一个红外透镜、将镂空金属靶置于红外透镜的焦平面，实现远处目标的模拟。这种方法虽然从一定程度上减小了平行光管的体积，但是焦距也随之减小，造成检测精度较低，而且因为采用的是红外透镜，存在色差，只能满足窄光谱范围的测试需求。中国发明专利CN201903683U提出，采用一个非球面反射镜和一个平面反射镜的光路结构构建了一种红外目标微平行光管，这种方法在同样焦距的前提下缩小了平行光管的体积，但是由于只采用了一个非球面反射镜，为了保证像质，对非球面反射镜的加工要求很高，成本高，而且，由于最大的采用光学玻璃材料，导致非球面镜重量大。《红外技术》第32卷第2期论文《基于1.06/1.54um激光的离轴折反式平行光管物镜设计》中所述的平行光管采用离轴抛物面反射镜加补偿镜组的折反结构，虽然补偿镜组对像差进行了补偿，但是离轴抛物面反射镜的设计仍然需要高次方程，加工难度大，而且整个光路设计不够紧凑，体积较大。

发明内容

为解决普通平行光管体积重量较大、光谱窄、成本高的问题，本发明的目的是在于提供了一种高精度便携式宽光谱平行光管装置，该装置可用于可见光、激光、红外光学系统检测领域模拟无限远处目标的装置，具有精度高、宽光谱、体积小、重量轻、成本低等优点，可应用于多种波长的光学系统的在线性能检测。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种高精度便携式宽光谱平行光管装置，它由壳体、底座、提手、主离轴非球面反射镜、主镜连接座、次离轴非球面反射镜、次镜连接座、平行光输出孔、镜头保护盖、靶标图案输入孔、主镜连接座固定螺丝、底座固定螺丝、次镜连接座固定螺丝组成，主离轴非球面反射镜与主镜连接座连接，采用主镜连接座固定螺丝将主镜连接座固定在壳体侧面，通过调整主镜连接座固定螺丝可以调节主离轴非球面反射镜的倾斜角度，次离轴非球面反射镜与次镜连接座连接，采用次镜连接座固定螺丝将次镜连接座固定在与主离轴非球面反射镜相对的侧面，高度在主离轴非球面反射镜以下，通过调整次镜连接座固定螺丝可以调节次离轴非球面反射镜的倾斜角度，靶标图案输入孔开在壳体侧面，与次离轴非球面反射镜相对，为靶标图案提供输入通道，平行光输出孔开在壳体侧面，与主离轴非球面反射镜相对，为平行光提供输出通道，置于平行光管焦平面处的靶标，通过靶标图案输入孔进入壳体内部，先后经次离轴非球面反射镜、主离轴非球面反射镜两次反射后从平行光输出孔输出，实现模拟无穷远目标源。镜头保护盖通过螺纹拧在平行光输出孔内，用于防尘，底座通过底座固定螺丝安装在壳体的底面，用于整个光学系统的密封，提手位于壳体的上端，用于平行光管的携行。

在主离轴非球面反射镜和次离轴非球面反射镜的反射面上镀银，增加反射率。

为了保证检测高精度，在有限的体积空间里采用两次折叠的光路来保证平行光管的长焦距要求，采用反射面为凹面的主离轴非球面反射镜减少光路中心的盲区面积，从而提高像质和平行度，采用反射面为凸面的次离轴非球面反射镜将焦距延长，充分利用空间。

为了降低主离轴非球面反射镜的加工成本，舍去了光学方程的高次方，降低120mm口径主离轴非球面反射镜的加工难度。采用次离轴非球面反射镜配对参数设计，弥补由于舍去光学方程的高次方带来的像质损失。

为了减轻平行光管装置的重量，采用硬铝材料来加工主离轴非球面反射镜，使该镜片的重量减少37.2%，同时，加工成本也降低55%。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和的有益效果是：

本发明采用基于主、次两个离轴非球面反射镜的两次全反射的光路设计，满足了多波长、宽光谱的测试要求，精度高、成本低、小型便携，在体积320*160*210mm、重量4.7Kg的前提下，实现720mm焦距。为了减轻平行光管装置的重量，采用硬铝材料来加工主离轴非球面反射镜，使该镜片的重量减少37.2%，同时，加工成本也降低55%。

附图说明

图1为一种高精度便携式宽光谱平行光管装置的结构示意图。

图2为一种高精度便携式宽光谱平行光管装置的光路设计原理示意图。

其中：1-壳体，2-底座，3-提手，4-主离轴非球面反射镜，5-主镜连接座，

      6-次离轴非球面反射镜，7-次镜连接座，8-平行光输出孔，9-镜头保护盖，

      10-靶标图案输入孔，11-主镜连接座固定螺丝，12-底座固定螺丝，

      13-次镜连接座固定螺丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

根据图1可知，主离轴非球面反射镜4与主镜连接座5连接，采用主镜连接座固定螺丝11将主镜连接座5固定在壳体1侧面，通过调整主镜连接座固定螺丝11可以调节主离轴非球面反射镜4的倾斜角度，次离轴非球面反射镜6与次镜连接座7连接，采用次镜连接座固定螺丝13将次镜连接座7固定在与主离轴非球面反射镜4相对的侧面，高度在主离轴非球面反射镜4以下，通过调整次镜连接座固定螺丝13可以调节次离轴非球面反射镜6的倾斜角度，靶标图案输入孔10开在壳体1侧面，与次离轴非球面反射镜6相对，为靶标图案提供输入通道，平行光输出孔8开在壳体1侧面，与主离轴非球面反射镜4相对，为平行光提供输出通道，置于平行光管焦平面处的靶标，通过靶标图案输入孔10进入壳体1内部，先后经次离轴非球面反射镜6、主离轴非球面反射镜4两次反射后从平行光输出孔8输出，实现模拟无穷远目标源。镜头保护盖9通过螺纹拧在平行光输出孔8内，用于防尘，底座2通过底座固定螺丝12安装在壳体1的底面，用于整个光学系统的密封，提手3位于壳体的上端，用于平行光管的携行。在主离轴非球面反射镜4和次离轴非球面反射镜6的反射面上镀银，以增加反射率。

为了降低加工成本，在主离轴非球面反射镜4加工时舍去了光学方程的高次方，降低加工难度。采用次离轴非球面反射镜6配对参数设计，弥补由于舍去光学方程的高次方带来的像质损失。

为减轻平行光管装置的重量，主离轴非球面反射镜4采用硬铝材料来加工，次离轴非球面反射镜6采用玻璃材料来加工。

本发明的平行光管是便携式装置，因此，平行光管装置在结构安装上要充分考虑防振、抗冲击要求。为此，铝质镜片和玻璃镜片均采用实心密闭的构造，都有相应配套的镜片连接座与之相连，镜片连接座采用高强度材料，与所要固定的镜片严格配套，使冲击力、振动力在镜面机体上均匀分布，减轻镜片变形及损坏的可能性。先将镜片与连接座配套固定，然后将带有微调节机构的连接座固定在机壳上，所有安装固定螺丝均进行胶结。

Claims (3)

1.一种高精度便携式宽光谱平行光管装置，它包括底座（2）、主离轴非球面反射镜（4）、主镜连接座（5）、次离轴非球面反射镜（6）、次镜连接座（7）、主镜连接座固定螺丝（11）、次镜连接座固定螺丝（13），其特征在于：主离轴非球面反射镜（4）与主镜连接座（5）连接，主镜连接座（5）通过主镜连接座固定螺丝（11）固定在壳体（1）侧面，次离轴非球面反射镜（6）与次镜连接座（7）连接，采用次镜连接座固定螺丝（13）将次镜连接座（7）固定在壳体（1）的另一个侧面，主离轴非球面反射镜（4）与次离轴非球面反射镜（6）水平位置相对，高度位置上下错开， 靶标图案输入孔（10）位于壳体（1）侧面，与次离轴非球面反射镜（6）相对，平行光输出孔（8）位于壳体（1）侧面，与主离轴非球面反射镜（4）相对，镜头保护盖（9）通过螺纹拧在平行光输出孔（8）内，底座（2）通过底座固定螺丝（12）安装在壳体（1）的底面，提手（3）位于壳体的上端。

2.根据权利要求1所述的一种高精度便携式宽光谱平行光管装置，其特征在于：所述的主离轴非球面反射镜（4）采用硬铝材料加工，所述的次离轴非球面反射镜（6）采用玻璃材料加工。

3.根据权利要求1所述的一种高精度便携式宽光谱平行光管装置，其特征在于：所述的主离轴非球面反射镜（4）和次离轴非球面反射镜（6）的反射面上镀银。

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