CN107167905B - 利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞‑格林折叠腔光路系统，适合光学监测仪器设备的光学设计应用。本发明将折叠腔光路中靠近卡塞‑格林接收镜的腔镜中心开一小孔，紧贴小孔放置一光学三棱镜，并且将卡塞‑格林系统次镜设计成反射‑透射复合透镜，利用光学三棱镜折光原理，将卡塞‑格林接收光路中心盲区遮挡失效的光，用作监控、标定系统光源特性的内参考光，与卡塞格林‑折叠腔光路的外部监测光组成单一同轴光学发射‑接收系统，由同一套光学与光电系统接收并数据处理，统一并优化了仪器光路电路设计，提高了仪器设备的集成度与可靠性，简化了仪器设备安装调试过程，缩小减轻了仪器设备体积重量。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种适用于光学监测仪器设备的利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统。
背景技术
在光电监测仪器设备中，监测光光源的光谱、功率、偏振等特性直接影响光学监测仪器性能参数指标，因此检测仪器在工作前后多要对检测光进行标定。通常做法是从监测光中分离出一小部分光作为光源参考光，通过电子回路来控制光学监测仪器的光源，通用光学仪器光源的发射、目标反(散)射信号接收(即外部监测光)，及光源监控参考信号的发射接收(即内部参考光)，多设计为几个独立的光学通道，系统光源监控信号多是从发射光路中，另行设置一套参考光路及接收系统，通过截取一部分光源光能量构成，如图1所示，在卡塞-格林折叠腔发射系统光路中，设置有一套独立的参考光路及接收系统，分光镜13从发射光源中分出部分光作为光源的内参考光，经聚焦镜14 聚焦到光电探测器11上，用作对光源系统监控的内参考光。这种多光路分光模式设计光学系统，光学通道非共轴，各光路通道光学元器件分立，造成光学仪器设备结构复杂，光信号互有干扰，稳定性及可靠性低，装调困难，特别对于一些只在检测前、后标定一次光源光谱功率特性的检测仪器更是如此。
因此亟需提供一种新型的卡塞-格林折叠腔光路系统来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，将发射光源内参考光通道、外部监测光接收通道集成为单一的共轴光学系统，统一并优化了仪器光路与电路设计。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，包括光源、扩束准直镜、第一折叠腔反射镜、第二折叠腔反射镜、卡塞次反射镜、卡塞主反射镜、光电探测器依次组成的卡塞-格林折叠腔光路系统，紧贴第二折叠腔反射镜一侧与卡塞次反射镜之间设有折光棱镜，第二折叠腔反射镜的中心设有一透光区域，卡塞次反射镜为中心透光、边缘反光的反射-透射复合透镜；
光源发射的光线经过卡塞-格林折叠腔光路系统发射-接收后形成外部目标监测信号光束，透过第二折叠腔反射镜透光区域的部分光线被折光棱镜折射形成光源监控标定用内参考光束，光源监控标定用内参考光束经折光棱镜折光后，与外部目标监测信号光束的光轴共轴。
在本发明一个较佳实施例中，在卡塞次反射镜与折光棱镜之间还设有外光-内光切换板，用于光源监控标定用内参考光束与外部目标监测信号光束的切换，实现光学监测仪器的监控标定校准。
进一步的，卡塞次反射镜为中心区域不镀膜或镀有光学增透膜、边缘镀有光反射膜的凸面镜。
进一步的，第二折叠腔反射镜为边缘镀有光反射膜的凹面镜。
进一步的，第二折叠腔反射镜的透光区域为通光小孔或镀有光学增透膜的透光区域。
进一步的，折光棱镜采用三棱镜，其一透光直角边与斜边镀有光学增透膜。
进一步的，光源为任意种类任意波长的发射光源。
本发明的有益效果是：
(1)本发明从折叠腔一端小孔透过的部分光，经折光棱镜折光后，形成一束与系统光轴平行的光源标定参考用内光束，被卡塞-格林系统反-透射复合透镜透射会聚，入射到用于接收外部监测光的同一个光电探测器上，形成监控系统光源的内参考光电信号，有效利用了卡塞-格林望远系统中心空间盲区内遮挡失效的光能，提高了光能利用率；
(2)本发明将发射光源内参考光通道、外部监测光接收通道集成为单一的共轴光学系统，由同一套光学与光电系统接收并进行数据处理，统一并优化了仪器设备光学与电路设计，提高了仪器设备集成度与稳定可靠性，简化了仪器设备的安装与调试，缩小了仪器设备的体积，同时减轻了重量，便于仪器设备的维护使用。
附图说明
图1是现有技术中所述卡塞-格林折叠腔发射系统的光路示意图；
图2是本发明利用折光棱镜与复合次镜同轴卡塞折叠腔光路一较佳实施例的光路示意图；
图3是所述卡塞次反射镜的正视图；
图4是图3的侧视图；
图5是所述第二折叠腔反射镜的正视图；
图6是图5的侧视图；
图7是所述折光棱镜的折光示意图；
图8是所述外部监测光接收通道的光路示意图；
图9是所述内参考光通道的光路示意图；
附图中各部件的标记如下：1、光源，2、扩束准直镜，3、第一折叠腔反射镜，4、卡塞主反射镜，5、卡塞次反射镜，6、外光-内光切换板，7、折光棱镜，8、第二折叠腔反射镜，9、被测目标的外监测光，10、外部目标监测信号光束，11、光电探测器，12、光源监控标定用内参考光束，13、分光镜，14、聚焦镜，15、目标反射体，16、通光小孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图2，本发明实施例包括：
一种利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，包括光源1、扩束准直镜2、第一折叠腔反射镜3、第二折叠腔反射镜8、卡塞次反射镜5、卡塞主反射镜4、光电探测器11依次组成的卡塞-格林折叠腔光路系统，紧贴第二折叠腔反射镜8 一侧与卡塞次反射镜5之间的折光棱镜7，第二折叠腔反射镜8的中心设有一透光区域，卡塞次反射镜5为中心透光、边缘反光的反射-透射复合透镜；光源发射的光线经过卡塞-格林折叠腔光路系统发射-接收形成外部目标监测信号光束10，光源1发射的部分光线透过第二折叠腔反射镜8的透光区域被折光棱镜7折射形成光源监控标定用内参考光束12，光源监控标定用内参考光束经折光棱镜7折光后，与外部目标监测信号光束的光轴共轴。在卡塞次反射镜5与折光棱镜7之间还设有外光-内光切换板6，用于切换光源监控标定用内参考光束12与外部目标监测信号光束10，实现光学监测仪器的使用与监控标定校准。
所述光源1为任意种类任意波长的发射光源。第一折叠腔反射镜3与第二折叠腔反射镜8均为凹面镜，其中，第二折叠腔反射镜8为边缘镀有光反射膜的凹面镜，中心处的透光区域为通光小孔16或镀有光学增透膜的透光区域。如图5和图6所示，第二折叠腔反射镜8中心处为通光小孔。结合图3和图4，卡塞次反射镜5为凸面镜，中心区域不镀膜或镀有光学增透膜，边缘镀有光反射膜。优选的，折光棱镜7采用三棱镜，请参阅图7，其一透光直角边与斜边镀有光学增透膜。
结合图8，从光源1发出的光能经扩束准直镜2扩束准直后，光束到达第一折叠腔反射镜3经反射到达第二折叠腔反射镜8再被反射输出，形成外部目标监测信号光束 10，光束到达被监测目标后，光能被目标反射体15反射或散射返回，形成被测目标的外监测光9并被卡塞主反射镜4、卡塞次反射镜5接收并会聚到光电探测器11上，形成外监测目标光电信号，由数据系统进行处理输出，此为外部监测光接收通道的光路系统。结合图9，由于第二折叠腔反射镜8中心开有通光小孔16，部分监测光透过通光小孔16形成了光源监控标定用内参考光束12，内光束经折光棱镜7转折方向后到达卡塞次反射镜5，被卡塞次反射镜5聚焦会聚到同一光电探测器11上，形成光源监控标定用内参考光信号，由同一个数据系统进行处理，此为内参考光通道的光路系统。内、外光束切换由机械装置带动外光-内光切换板6完成。
具体实施时，根据仪器设备技术指标要求，确定系统监测光源波长及功率，根据被监测目标光学特征计算反射、散射光信号强度，设计卡塞-格林接收系统主、次反射镜光学口径，计算第一折叠腔反射镜3、第二折叠腔反射镜8、反射-透射复合透镜的透射反射光面积。在一较佳实施例中，被监测目标距离50M，监测用光源1的波长为420nm，输出功率为50mw，内参考光设计提取光源输出功率的5％即2.5mw。第一折叠腔反射镜3的直径为第二折叠腔反射镜8的中心开一直径为的通光小孔，卡塞 -格林折叠腔光路系统中卡塞主反射镜4的口径为卡塞次反射镜5的口径为次镜中心范围内镀光学增透膜，其余镀全反射铝膜，形成中心透光边缘反光的反射-透射复合透镜。三棱镜7设计高为25mm，顶角25°，长直角边与斜边镀光学增透膜。
然后进行光学系统共轴调整：将三棱镜7固定于第二折叠腔反射镜8平面小孔中心位置上，将光源1、扩束准直透镜2、第一折叠腔反射镜3、第二折叠腔反射镜8、内光外光切换板6及卡塞主反射镜4、卡塞次反射镜5、光电探测器11依次安置在底板相应位置，将目标反射体15——光反射镜安置于30M外台架上，并使之与卡塞-格林望远系统光学同轴。将内光外光切换板6切换到外光位置，接通系统光源，调节光出射方向、调节扩束准直镜2、第一折叠腔反射镜3、第二折叠腔反射镜8使发射光源平行并均匀照射到目标反射体15光反射镜上，从卡塞-望远系统接收目标反射镜信号光，重复细调上述各光学元器件，使卡塞-格林系统接收会聚的目标信号光最强，固定上述各光学元器件。遮挡光反射镜，将内光外光切换板6切换到内光位置，第二折叠腔反射镜8的小孔透光，仔细重复调节三棱镜的方向位置，使通过反射-透射复合透镜中心并会聚到光电探测器11的内参考光信号最强，固定各组光学元器件，使光路系统处于最佳状态。
本发明将折叠腔光路中靠近卡塞-格林接收镜的第二折叠腔反射镜8中心开一小孔，紧贴小孔放置一光学三棱镜，并且将卡塞-格林系统次反射镜设计成反射-透射复合透镜，利用光学三棱镜折光原理，将卡塞-格林接收光路中心盲区遮挡失效的光，用作系统光源特性监控标定用的内参考光，与卡塞-格林折叠腔组成内部参考光与外部监测光共轴的单一同轴光学发射-接收系统，由同一套光学与光电系统接收并数据处理，统一并优化了仪器光路电路设计，提高了仪器设备的集成度与可靠性，简化了仪器设备安装调试过程，缩小减轻了仪器设备体积重量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，包括光源、扩束准直镜、第一折叠腔反射镜、第二折叠腔反射镜、卡塞次反射镜、卡塞主反射镜、光电探测器依次组成的卡塞-格林折叠腔光路系统，其特征在于，紧贴第二折叠腔反射镜一侧与卡塞次反射镜之间设有折光棱镜，第二折叠腔反射镜的中心设有一透光区域，卡塞次反射镜为中心透光、边缘反光的反射-透射复合透镜；
光源发射的光线经过卡塞-格林折叠腔光路系统发射-接收后形成外部目标监测信号光束，透过第二折叠腔反射镜透光区域的部分光线被折光棱镜折射形成光源监控标定用内参考光束，光源监控标定用内参考光束经折光棱镜折光后，与外部目标监测信号光束的光轴共轴。
2.根据权利要求1所述的利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，其特征在于，在卡塞次反射镜与折光棱镜之间还设有外光-内光切换板，用于光源监控标定用内参考光束与外部目标监测信号光束的切换。
3.根据权利要求1或2所述的利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，其特征在于，卡塞次反射镜为中心区域不镀膜或镀有光学增透膜、边缘镀有光反射膜的凸面镜。
4.根据权利要求1或2所述的利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，其特征在于，第二折叠腔反射镜为边缘镀有光反射膜的凹面镜。
5.根据权利要求1或2所述的利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，其特征在于，第二折叠腔反射镜的透光区域为通光小孔或镀有光学增透膜的透光区域。
6.根据权利要求1或2所述的利用折光棱镜与复合次镜的同轴卡塞-格林折叠腔光路系统，其特征在于，折光棱镜采用三棱镜，其一通光直角边与斜边镀有光学增透膜。
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Application publication date: 20170915 Assignee: Anhui Xingtai Financial Leasing Co.,Ltd. Assignor: ANHUI QINGYU PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Contract record no.: X2023980034904 Denomination of invention: Coaxial Cassette Green Folding Cavity Optical Path System Using Refractive Prism and Composite Secondary Mirror Granted publication date: 20190614 License type: Exclusive License Record date: 20230423 |
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Denomination of invention: Coaxial Cassette Green Folding Cavity Optical Path System Using Refractive Prism and Composite Secondary Mirror Effective date of registration: 20230425 Granted publication date: 20190614 Pledgee: Anhui Xingtai Financial Leasing Co.,Ltd. Pledgor: ANHUI QINGYU PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980039098 |