CN104765159B - 快对准自准直激光平行光源 - Google Patents

Abstract

一种用于大口径光学检测、分析以及成像等系统中的快对准自准直激光平行光源。该快对准自准直激光平行光源，由波长λ＝632.8nm激光扩束准直输出、自准直返回成像和快对准三部分组成。本发明可以使检测、测量以及成像等系统实现大视场自准直返回成像，并为之提供光束平行度良好的激光平行光光源，同时实现测试过程中大视场快速对准。

Description

快对准自准直激光平行光源

技术领域

本发明涉及平行光源，特别是一种快对准自准直激光平行光源。

背景技术

大口径的平行光光源在光学检测、分析以及成像等领域均有广泛应用。随着激光技术的迅速发展，采用激光光源作为光学检测、光学分析以及光学成像系统的测试光源越来越受到人们的广泛关注。近年来，国内外对于如何利用激光光源实现φ200mm以上大口径标准平行光作为光学检测、分析以及成像等系统标准光源的研究正在成为光学领域的热点研究课题之一。

在各种光学测试中绝大多数是在利用标准平行光作为基准光源，而近年来随着光学领域的研究与应用口径越来越大，要求被测试的口径也越来越大，随之而来的对标准平行光源的口径需求也越来越大。平行光源口径增大会带来很多新的问题，如大口径自准直返回成像过程如何同时实现大视场，光源能量如何提高到适应测试需求以及大口径测试过程如何实现测试对准等问题。由于激光具有单色性、单向性和高能量等特点，使大口径自准直平行光源中采用激光作为光源成为了一种趋势。但是即使采用了激光光源，大口径平行光系统仍属于大口径弱光系统，如何在大口径弱光系统中实现大视场成像，如何实现测试过程的快速对准找像还是大口径自准直平行光测试中必须解决的难题。而国内外对于如何将激光光源、大口径自准直成像与快速测试对准结合起来适应多方面需求，更成为了近年来研究者急需解决的大口径光学测试中的关键难题之一，而对于这方面的研究却少见相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大口径光学检测、分析以及成像等系统中的快对准自准直激光平行光源。该快对准自准直激光平行光源可以使检测、测量以及成像等系统实现大视场自准直返回成像，并为之提供光束平行度良好的激光平行光光源，同时实现测试过程中大视场快速对准。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快对准自准直激光平行光源，其特点在于由波长λ＝632.8nm激光扩束准直输出、大视场自准直返回成像和大视场快对准三部分组成：所述的激光扩束准直输出部分包括光源激光器，在光源激光器输出光方向依次是凸透聚焦物镜组、分光反射镜和凸透准直输出镜组，该分光反射镜与光路成45°放置，在所述的分光反射镜的反射光方向是所述的凸透准直输出镜组，所述的大视场自准直返回成像部分包括在自准直返回信息光经所述的分光反射镜的透射光方向依次是CCD成像镜头和CCD，所述的CCD成像镜头由沿光路一片凸透镜和一片凹透镜组成，自准直返回信息光最终成像在CCD的靶面上；所述的大视场快对准部分由依次的快对准可见光激光光源、对准反射镜、快对准屏和快对准控制箱组成，所述的对准反射镜的插入口和快对准屏的插入口位置的连线与所述的凸透准直镜组的光轴的垂直投影重合，所述的快对准屏与对准反射镜的插入和移出以及快对准激光光源的开关受所述的快对准控制箱控制，在所述的对准控制箱的控制下，当所述的对准反射镜和快对准屏插入相应的插入口后，所述的对准反射镜与所述的凸透准直镜组的光轴成45°，所述的快对准屏与凸透准直镜组的光轴垂直，所述的对准反射镜的中心和快对准屏的中心通孔位于所述的凸透准直镜组的光轴上，所述的快对准可见光激光光源发出的光束由所述的对准反射镜反射后经所述的快对准屏的中心通孔输出。

所述的凸透准直镜组口径要大于φ200mm，

所述的快对准屏的口径与凸透准直镜组的口径相同。

凸透准直镜组输出的标准平行光源是口径放大100倍，能量密度减小10000倍的输出，在不损伤被测物体的同时自准直返回成像。从被测物体摆放的初始位置调节到使返回光进入自准直成像视场角范围内，通过插入快对准来实现。快对准部分由快对准可见光激光光源、对准反射镜、快对准屏和插入移出控制系统组成。快对准激光光源采用具有一定准直性的可见激光，一般采用常见的532nm绿色或635nm红色可见光源。快对准激光光源输出对准激光向前达到对准反射镜折转90°后向前透过凸透准直镜组，在其输出的标准平行光中间输出一束快对准激光，快对准光再向前通过快对准屏中间与快对准激光直径相等的通孔，实现快对准光向被测物体输出。其中，调节对准反射镜与快对准激光光源相对位置使输出的对准光束与凸透准直镜组光轴重合，调节快对准屏的位置使其与凸透准直镜组光轴垂直，并使快对准屏的通孔的中心位于凸透准直镜组光轴上。快对准屏口径设置为与凸透准直镜组口径相同，使快对准角度实现±5°以上。快对准屏与对准反射镜的插入和移出以及快对准激光光源的开关同时受快对准控制箱控制实现相关动作。

进行光学检测、分析以及成像时需要快速调节被测物体角度，通过快对准控制箱协调控制快对准屏、对准反射镜和快对准激光光源实现快对准部分插入与移出。具体是：在被测试物体摆放到初始位置时，控制快对准屏和对准反射镜插入测试光路，并控制开启快对准激光光源。调节被测物体角度使其返回的快对准激光进入快对准屏的中心通孔。然后通过控制箱控制将快对准屏和对准反射镜移出测试光路并关闭对准激光光源。

本发明的技术效果：

本发明通过激光扩束准直输出可向检测、测量以及成像等系统提供发散角小于0.01mrad的激光平行光源，平行光波前RMS值优于λ/100。通过返回成像部分实现±0.5°大视场无像差自准直返回成像。通过共光路插入快速对准部分，可实现与自准直返回成像部分共光路全口径范围对准，快速对准角度达±5°以上。

附图说明

图1为本发明快对准自准直激光平行光源的光路示意图

图2为应用本发明快对准自准直激光平行光源实现快对准测试的实例

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明快对准自准直激光平行光源最佳实施例的光路示意图，由图可见，本发明快对准自准直激光平行光源，由波长λ＝632.8nm激光扩束准直输出、大视场自准直返回成像和大视场快对准三部分组成：所述的激光扩束准直输出部分包括光源激光器9，在光源激光器9输出光方向依次是凸透聚焦物镜组8、分光反射镜4和凸透准直输出镜组6，该分光反射镜4与光路成45°放置，在所述的分光反射镜4的反射光方向是所述的凸透准直输出镜组6，所述的大视场自准直返回成像部分包括在自准直返回信息光经所述的分光反射镜4的透射光方向依次是CCD成像镜头和CCD1，所述的CCD成像镜头由沿光路一片凸透镜3和一片凹透镜2组成，自准直返回信息光最终成像在CCD1的靶面上；所述的大视场快对准部分由依次的快对准可见光激光光源10、对准反射镜5、快对准屏7和快对准控制箱11组成，所述的对准反射镜5的插入口和快对准屏7的插入口位置的连线与所述的凸透准直镜组6的光轴的垂直投影重合，所述的快对准屏7与对准反射镜5的插入和移出以及快对准激光光源10的开关受所述的快对准控制箱11控制，在所述的对准控制箱11的控制下，当所述的对准反射镜5和快对准屏7插入相应的插入口后，所述的对准反射镜5与所述的凸透准直镜组6的光轴成45°，所述的快对准屏7与凸透准直镜组6的光轴垂直，所述的对准反射镜5的中心和快对准屏7的中心通孔位于所述的凸透准直镜组6的光轴上，所述的快对准可见光激光光源10发出的光束由所述的对准反射镜5反射后经所述的快对准屏7的中心通孔输出。

本实施例，光源激光器9输出具有一定发散角的光束先经过凸透聚焦物镜组8形成发散的标准球面光，标准球面光束向前经过一定距离后到达45°放置的分光反射镜4，分光反射镜4以光源激光波长为参考波长镀50％反射，50％透射分光膜。凸透聚焦物镜组8输出的标准球面光到达分光反射镜4后，一半能量透分光反射镜4损耗掉，另外一半能量保持标准球面光被反射转向90°后向前达到凸透准直输出镜组6，透过凸透准直镜组6后形成标准的平行光输出。凸透准直镜组6口径大于φ200mm，凸透聚焦物镜组8口径为φ2mm，其与凸透准直镜6组形成的扩束准直输出部分的放大倍率大于100倍。激光光源9输出光束发散角为1mrad左右，经过放大倍率大于100倍的扩束准直输出后变为发散角小于0.01mrad的标准平行光输出，平行光波前RMS值优于λ/100。当凸透准直镜组6输出的标准平行光作为测试光源照射到被测试物体上时，调节被测试物体角度使带有被测试物体信息的光反向透过凸透准直镜组6后，返回信息光共光路自准直返回再次到达并部分通过分光反射镜4。在分光反射镜4后光路上设置成像组件，便可以实现对自准直返回信息光的成像分析。成像组件由CCD成像镜头以及成像CCD1组成，CCD成像镜头由在光前进方向上的一片凸透镜3和一片凹透镜2组成。自准直返回信息光最终成像在CCD1靶面上，并输出图像进行测试分析。设计大口径凸透准直镜组8口径是CCD成像镜头口径的5倍以上，CCD成像镜头还设计为双远心镜头，实现对被测物体±0.5°视场角范围的无像差自准直成像。

凸透准直镜组8输出的标准平行光源是口径放大100倍，能量密度减小10000倍的，实现在不损伤被测物体同时自准直返回成像。被测物体角度快速调节使返回光进入自准直成像视场角范围，通过插入快对准来实现。快对准部分由快对准可见光激光光源10、对准反射镜5、快对准屏7和控制箱11组成。快对准激光光源10输出光发散角小于1mrad，直径小于φ1mm、波长为532nm可见激光。快对准激光光源10输出对准激光向前达到对准反射镜5折转90°后向前透过凸透准直镜组6后，在凸透准直镜组6输出的标准平行光中间输出一束快对准激光，快对准光再向前通过快对准屏7中间与快对准激光直径相等的通孔，实现快对准光对被测物体的输出。调节对准反射镜5与快对准激光光源10的相对位置使输出快对准光束与凸透准直镜组6的光轴重合，调节快对准屏7的位置，使其与凸透准直镜组6的光轴垂直，并使其通孔中心位于凸透准直镜组6光轴上。快对准屏7设置为凸透准直镜组6相同口径，使快对准角度达到±5°以上。快对准屏7与对准反射镜5插入和移出光路以及快对准激光光源10的开关都受快对准控制箱11控制。

图2，为应用本发明快对准自准直激光平行光源实现快对准调节的测试实例。光学检测、分析以及成像时需要快速调节被测物体12的角度，需要通过快对准电控箱11协调控制快对准屏7、对准反射镜5和快对准激光光源10，实现快对准部分插入与移出。具体是：在被测试物体12摆放到初始位置时，控制快对准屏7和对准反射镜,5插入测试光路，并开启快对准激光光源10。调节被测物体12的角度，使其返回的快对准激光进入快对准屏7中心的通孔。然后通过控制箱11控制将快对准屏7和对准反射镜5移出测试光路并关闭对准激光光源10，完成测试快对准过程。

Claims (3)

1.一种快对准自准直激光平行光源，其特征在于由波长λ＝632.8nm激光扩束准直输出、大视场自准直返回成像和大视场快对准三部分组成：所述的激光扩束准直输出部分包括光源激光器(9)，在光源激光器(9)输出光方向依次是凸透聚焦物镜组(8)、分光反射镜(4)和凸透准直镜组(6)，该分光反射镜(4)与光路成45°放置，在所述的分光反射镜(4)的反射光方向是所述的凸透准直镜组(6)，所述的大视场自准直返回成像部分包括在自准直返回信息光经所述的分光反射镜(4)的透射光方向依次是CCD成像镜头和CCD(1)，所述的CCD成像镜头由沿光路一片凸透镜(3)和一片凹透镜(2)组成，自准直返回信息光最终成像在CCD(1)的靶面上；所述的大视场快对准部分由依次的快对准可见光激光光源(10)、对准反射镜(5)、快对准屏(7)和快对准控制箱(11)组成，所述的对准反射镜(5)的插入口和快对准屏(7)的插入口位置的连线与所述的凸透准直镜组(6)的光轴的垂直投影重合，所述的快对准屏(7)与对准反射镜(5)的插入和移出以及快对准激光光源(10)的开关受所述的快对准控制箱控制，在所述的对准控制箱(11)的控制下，当所述的对准反射镜(5)和快对准屏(7)插入相应的插入口后，所述的对准反射镜(5)与所述的凸透准直镜组(6)的光轴成45°，所述的快对准屏(7)与凸透准直镜组(6)的光轴垂直，所述的对准反射镜(5)的中心和快对准屏(7)的中心通孔位于所述的凸透准直镜组(6)的光轴上，所述的快对准可见光激光光源(10)发出的光束由所述的对准反射镜(5)反射后经所述的快对准屏(7)的中心通孔输出。

2.根据权利要求1所述的快对准自准直激光平行光源，其特征在于所述的凸透准直镜组(6)口径要大于φ200mm。

3.根据权利要求1或2所述的快对准自准直激光平行光源，其特征在于所述的快对准屏(7)的口径与凸透准直镜组(6)的口径相同。