CN109164553A - 激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统及方法，包括经纬仪、反射镜及若干光楔，其中，待补偿等腰梯形棱镜位于反射镜与经纬仪之间，各光楔位于待补偿等腰梯形棱镜的一侧或者两侧，该系统及方法能够实现等腰梯形棱镜误差的补偿，并且具有补偿精度高、稳定性好、制作周期短、产量高、成本低及能够适用批量化工业应用的特点。

Description

激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统及方法

技术领域

本发明属于激光微孔加工领域，涉及一种激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统及方法。

背景技术

激光微孔加工的一种重要实现方式是把激光器出射的光束通过等腰梯形棱镜的变换，结合精密机械旋转运动，引导激光会聚点按照规定轨迹对材料发生作用，从而实现对工件的高精度微孔加工。随着工业技术的发展，如汽车排放标准的提高、电子产品的高密度集成等，对激光微孔加工提出了更高的要求，需要孔径更小，精度更高，而影响微孔加工精度的一个核心问题就是等腰梯形棱镜的加工精度，它是影响微孔加工最小孔径、孔径精度及孔型质量的关键因素，从而对等腰梯形棱镜的加工精度提高到一个苛刻的程度，常规的光学机床加工已很难满足精度要求，大多通过高级光学技师手工磨制。

另外，光学机床精度直接决定了光学元件的加工精度，只能通过工装、工艺做有限的提高，而要达到接近无误差的理想等腰梯形棱镜状态基本不可能。

手工磨制等腰梯形棱镜虽然可以达到很高的精度，但是稳定性差、周期长、产量低、价格贵，不适合批量化的工业应用。因此需要开发出一种新的能够实现等腰梯形棱镜误差补偿的系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统及方法，该系统及方法能够实现等腰梯形棱镜误差的补偿，并且具有补偿精度高、稳定性好、制作周期短、产量高、成本低及能够适用批量化工业应用的特点。

为达到上述目的，本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统包括经纬仪、反射镜及若干光楔，其中，经纬仪的光轴与反射镜的反光面垂直，待补偿等腰梯形棱镜与光楔组成有机整体，调校完成后，可等效为理想的等腰梯形棱镜。

光楔的数量为两块，两块光楔分别为位于经纬仪与待补偿等腰梯形棱镜之间以及待补偿等腰梯形棱镜与反射镜之间。

光楔的数量为两块，两块光楔均位于经纬仪与待补偿等腰梯形棱镜之间或者待补偿等腰梯形棱镜与反射镜之间。

所述光楔的数目为三块，三块光楔组成光学补偿单元，所述光学补偿单元位于经纬仪与待补偿等腰梯形棱镜之间或者待补偿等腰梯形棱镜与反射镜之间。

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法包括以下步骤：选取任一光楔为调节光楔，再沿该光楔的光轴旋转该光楔，同时通过经纬仪观察待补偿等腰梯形棱镜与两个光楔组合的角度偏差，直至经纬仪中显示的该角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜及两个光楔。

两个光楔的楔角范围均为0°-30°。

设光束通过待补偿等腰梯形棱镜时的偏转角度为Δγ，两个光楔的楔角分别为α和β，两个光楔的折射率均为n，则有

arcsin[n sin(α+β)]-α-β<Δγ<arcsin(n sin|α-β|)-|α-β|。

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法包括以下步骤：选取任一光楔为调节光楔，再沿该光楔的楔角方向摆动该光楔，同时通过经纬仪观察待补偿等腰梯形棱镜与三个光楔组合的角度偏差，直至经纬仪中显示的角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜及三个光楔。

三个光楔的楔角范围均为0°-30°。

三个光楔的摆动角度范围为0°-30°。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统及方法在具体操作时，沿光轴旋转其中一个光楔，使得经纬仪观察到的待补偿等腰梯形棱镜与各光楔组合的角度偏差为零，以实现待补偿等腰梯形棱镜误差的补偿，使得等效等腰梯形棱镜应用于激光微孔加工时不再受限于等腰梯形棱镜的加工精度，以提高等腰梯形棱镜工业化应用的可靠性、稳定性、时效性，并使其批量化及低成本化。在实际应用时，利用经光楔补偿后的等腰梯形棱镜可以加工出孔径更小、精度更高、质量更好的微孔，能够有效的促进激光微孔加工领域的发展。

附图说明

图1为实施例一的原理图；

图2为实施例二的原理图；

图3为实施例三的原理图；

图4为实施例四的原理图；

图5为实施例五的原理图；

图6为实施例四和实施例五中三个光楔3的楔角分布图。

其中，1为经纬仪、2为待补偿等腰梯形棱镜、3为光楔、4为反射镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统包括经纬仪1、反射镜4及若干光楔3，其中，待补偿等腰梯形棱镜2位于反射镜4与经纬仪1之间，各光楔3位于待补偿等腰梯形棱镜2的一侧或者两侧。

实施例一

参考图1，所述光楔3的数量为两块，两块光楔3分别为位于经纬仪1与待补偿等腰梯形棱镜2之间以及待补偿等腰梯形棱镜2与反射镜4之间。

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法基于该激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，包括以下步骤：选取任一光楔3为调节光楔，再沿该光楔3的光轴旋转该光楔3，同时通过经纬仪1观察待补偿等腰梯形棱镜2与两个光楔3组合的角度偏差，直至经纬仪1中显示的该角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜2及两个光楔3。

两个光楔3的楔角范围均为0°-30°。

当光束通过待补偿等腰梯形棱镜2时的偏转角度为Δγ，两个光楔3的楔角分别为α和β，两个光楔3的折射率均为n，则有

arcsin[n sin(α+β)]-α-β<Δγ<arcsin(n sin|α-β|)-|α-β|。

实施例二

参考图2，所述光楔3的数量为两块，两块光楔3均位于经纬仪1与待补偿等腰梯形棱镜2之间。

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法基于该激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，包括以下步骤：选取任一光楔3为调节光楔，再沿该光楔3的光轴旋转该光楔3，同时通过经纬仪1观察待补偿等腰梯形棱镜2与两个光楔3组合的角度偏差，直至经纬仪1中显示的该角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜2及两个光楔3。

两个光楔3的楔角范围均为0°-30°。

当光束通过待补偿等腰梯形棱镜2时的偏转角度为Δγ，两个光楔3的楔角分别为α和β，两个光楔3的折射率均为n，则有

arcsin[n sin(α+β)]-α-β<Δγ<arcsin(n sin|α-β|)-|α-β|。

实施例三

参考图3，所述光楔3的数量为两块，两块光楔3均位于待补偿等腰梯形棱镜2与反射镜4之间。

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法基于该激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，包括以下步骤：选取任一光楔3为调节光楔，再沿该光楔3的光轴旋转该光楔3，同时通过经纬仪1观察待补偿等腰梯形棱镜2与两个光楔3组合的角度偏差，直至经纬仪1中显示的该角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜2及两个光楔3。

两个光楔3的楔角范围均为0°-30°。

当光束通过待补偿等腰梯形棱镜2时的偏转角度为Δγ，两个光楔3的楔角分别为α和β，两个光楔3的折射率均为n，则有

arcsin[n sin(α+β)]-α-β<Δγ<arcsin(n sin|α-β|)-|α-β|。

实施例四

参考图4，所述光楔3的数目为三块，三块光楔3组成光学补偿单元，所述光学补偿单元位于经纬仪1与待补偿等腰梯形棱镜2之间，其中，三个光楔3的楔角均匀分布。

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法基于该激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，包括以下步骤：选取任一光楔3为调节光楔3，再沿该光楔3的楔角方向摆动该光楔3，同时通过经纬仪1观察待补偿等腰梯形棱镜2与三个光楔3组合的角度偏差，直至经纬仪1中显示的角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜2及三个光楔3。

三个光楔3的楔角范围均为0°-30°。

三个光楔3的摆动角度范围为0°-30°。

实施例五

参考图5，所述光楔3的数目为三块，三块光楔3组成光学补偿单元，所述光学补偿单元位于待补偿等腰梯形棱镜2与反射镜4之间。其中，三个光楔3的楔角均匀分布。

本发明所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法基于该激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，包括以下步骤：选取任一光楔3为调节光楔，再沿该光楔3的楔角方向摆动该光楔3，同时通过经纬仪1观察待补偿等腰梯形棱镜2与三个光楔3组合的角度偏差，直至经纬仪1中显示的角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜2及三个光楔3。

三个光楔3的楔角范围均为0°-30°。

三个光楔3的摆动角度范围为0°-30°。

上述实施例中的待补偿等腰梯形棱镜2包含普通等腰梯形棱镜、道威棱镜及等效等腰梯形棱镜光组。

Claims (10)

1.一种激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，其特征在于，包括经纬仪(1)、反射镜(4)及若干光楔(3)，其中，待补偿等腰梯形棱镜(2)位于反射镜(4)与经纬仪(1)之间，各光楔(3)位于待补偿等腰梯形棱镜(2)的一侧或者两侧。

2.根据权利要求1所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，其特征在于，光楔(3)的数量为两块，两块光楔(3)分别为位于经纬仪(1)与待补偿等腰梯形棱镜(2)之间以及待补偿等腰梯形棱镜(2)与反射镜(4)之间。

3.根据权利要求1所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，其特征在于，光楔(3)的数量为两块，两块光楔(3)均位于经纬仪(1)与待补偿等腰梯形棱镜(2)之间或者待补偿等腰梯形棱镜(2)与反射镜(4)之间。

4.根据权利要求1所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，其特征在于，所述光楔(3)的数目为三块，三块光楔(3)组成光学补偿单元，所述光学补偿单元位于经纬仪(1)与待补偿等腰梯形棱镜(2)之间或者待补偿等腰梯形棱镜(2)与反射镜(4)之间。

5.一种激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法，其特征在于，基于权利要求2或3所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，包括以下步骤：选取任一光楔(3)为调节光楔，再沿该光楔(3)的光轴旋转该光楔(3)，同时通过经纬仪(1)观察待补偿等腰梯形棱镜(2)与两个光楔(3)组合的角度偏差，直至经纬仪(1)中显示的该角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜(2)及两个光楔(3)。

6.根据权利要求5所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法，其特征在于，两个光楔(3)的楔角范围均为0°-30°。

7.根据权利要求5所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法，其特征在于，设光束通过待补偿等腰梯形棱镜(2)时的偏转角度为Δγ，两个光楔(3)的楔角分别为α和β，两个光楔(3)的折射率均为n，则有

arcsin[n sin(α+β)]-α-β<Δγ<arcsin(n sin|α-β|)-|α-β|。

8.一种激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法，其特征在于，基于权利要求4所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿系统，包括以下步骤：选取任一光楔(3)为调节光楔，再沿该光楔(3)的楔角方向摆动该光楔(3)，同时通过经纬仪(1)观察待补偿等腰梯形棱镜(2)与三个光楔(3)组合的角度偏差，直至经纬仪(1)中显示的角度偏差为零为止，然后固定待补偿等腰梯形棱镜(2)及三个光楔(3)。

9.根据权利要求8所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法，其特征在于，三个光楔(3)的楔角范围均为0°-30°。

10.根据权利要求8所述的激光旋扫光学器件等腰梯形棱镜的误差补偿方法，其特征在于，三个光楔(3)的摆动角度范围为0°-30°。