CN109477760A - 用于补偿反射器相对于光源的不正确对准的光学装置 - Google Patents

Abstract

在光学装置(1)的情况下，其具有光源(2)，光源在第一光轴(4)的方向上发射光束(3)，其中，第一光轴(4)的空间取向相对于光源(2)的机械结构(5)限定；其具有用于光束(3)的第一反射器(6)，第一反射器布置在距光源(2)一定距离处；并且其具有第二反射器(12)，用于由第一反射器(6)反射的光束(3')，第一反射器(6)是后向反射器(7)，其与第一光轴(4)横向偏移布置，使得它在第二光轴(11)的方向上反射光束(3)，第二光轴在横向偏移的横向方向上具有相对于第一光轴(4)的横向偏移的两倍的平行偏移。第二反射器(12)固定在光源(2)的机械结构(5)上，并在第三光轴(13)的方向上将由第一反射器(6)反射的光束(3)反射回第一反射器(6)，其中，第三光轴(13)相对于第二光轴(11)在固定的横向方向上平行偏移固定量(14)。因此，光束(3)由第一反射器(6)沿第四光轴(15)的方向反射，第四光轴(15)相对于第一光轴(4)与固定的横向方向相反地平行偏移固定量(14)。

Description

用于补偿反射器相对于光源的不正确对准的光学装置

技术领域

本发明涉及一种光学装置，其具有光源，该光源在光轴方向上发射光束，其中光轴相对于光源的机械结构限定；具有用于光束的第一反射器，第一反射器与光源隔开一定距离布置；第二反射器，用于由第一反射器反射的光束。

光学装置可以是激光谐振器的一部分。它也可以构成激光干涉仪或激光光谱仪的一部分。

背景技术

当激光谐振器被设计为在限定激光谐振器的反射器之间具有大的光学距离以便实现期望的光束质量时，挑战之一是如何稳定反射器的取向，使得由它们反射的激光束反射到自身上。在许多情况下，没有刚性机械结构，与包括激光材料的光源相距一定距离布置的反射器可以在其位置和取向方面以足够的刚度固定到该刚性机械结构上。对于激光干涉仪，出现了类似的问题，如果将激光束反射回自身的反射器可以在激光束的方向上移动并且因此不能刚性地固定到机械结构上，则会进一步放大该问题。其中在测量区段的一侧上布置反射器的激光光谱仪也需要反射器的稳定取向，使得反射的激光束保持期望的方向、例如朝向检测器。

后向反射器原则上将入射光反射回相应的光源。然而，当作为后向反射器的三棱镜反射入射激光束时，反射的激光束与入射的激光束具有平行偏移。这里，平行偏移的量取决于三棱镜的主轴相对于入射激光的光轴之间的横向偏移以及三棱镜的主轴与入射激光束的光轴之间的角度。在用作后向反射器的猫眼中，如果猫眼的主轴相对于入射激光束的光轴倾斜，则在入射的激光束和反射的激光束之间发生额外的角度误差。

来自Zhiguang Xu等人：无调节猫眼He-Ne激光器及其出色的稳定性，OpticsExpress，在2005年7月11日的第14号，第13卷，第5565-5573页中，已知使用猫眼作为反射器，其在一侧限定激光腔。

从EP 2 604 999 A1中已知一种用于吸收光谱原位确定气态测量介质的至少一种化学和/或物理参数的气体测量装置。气体测量装置包括作为辐射源的激光器，用于将由激光器发射的辐射耦合到测量介质中的处理窗口；以及通过其检测与测量介质相互作用之后的辐射的至少一个检测器。处理窗口设计为弯月形透镜，其具有凸表面和凹表面。此外，提供了后向反射器，其将耦合到测量介质中的辐射偏转回到处理窗口。后向反射器设计为猫眼、三棱镜、三面镜或平面镜。检测器和激光器可以一起布置在处理窗口的一侧，其中后向反射器布置在处理窗口的另一侧，位于测量介质的后面。对于检测器，还可以提供具有第二弯月形透镜的第二处理窗口。后向反射器没有密封地布置，并且测量介质或冲洗气体在其周围清洗。

后向反射器的位置或方向变化对于由激光器发射的光束的空间取向相对于反射回检测器的光束的空间取向有影响。

从US 4 383 762 A中已知一种具有刚性摆的用于傅立叶光谱的双光束干涉仪。在刚性摆上，安装了角度镜形式的可移动后向反射器。由于刚性摆，后向反射器移动的能力限于平面。沿第一光轴入射的光束由后向反射器沿第二光轴方向反射，第二光轴具有与第一光轴平行的偏移。在第二光轴上，布置有正交定向的平面镜，其将第二光轴上的光束反射回到摆上的后向反射器。然后，该摆二次反射光束，特别是与第一光轴上的原始入射方向相反。

发明内容

本发明的目的

本发明的基本目的是提供一种光学装置，其中布置在距光源一定距离处并反射来自光源的光束的反射器的位置和优选地还有取向对来自光学装置的光束的光轴位置没有影响。

解决方案

通过一种光学装置实现本发明的目的。提出了根据本发明的光学装置的优选实施例。提出了根据本发明的光学装置在激光谐振器、激光干涉仪和激光光谱仪中的应用。

发明的简要说明

在根据本发明的具有光源的光学装置中，所述光源在光轴的方向上发射光束，其中光轴的空间取向相对于光源的机械结构限定，其具有第一反射器和第二反射器，第一反射器布置在距光源一定距离处，第二反射器用于由第一反射器反射的光束，第一反射器是后向反射器，其与第一光轴横向偏移地布置而使得它在第二光轴方向上反射光束，该第二光轴在横向偏移的横向方向上具有相对于第一光轴的横向偏移的两倍的平行偏移。第二反射器固定在光源的机械结构上，并将第一反射器反射的光束沿第三光轴的方向反射回第一反射器，其中第三光轴相对于第二光轴在固定的横向方向上平行偏移固定量。由此，光束在第四光轴的方向上由第一反射器反射，第四光轴相对于第一光轴与固定横向方向相反地平行偏移固定量。

在本发明中，第一反射器是后向反射器，其具有与由光源发射的光束的第一光轴的横向偏移。这里，不仅假定后向反射器不将光束反射到自身上而且在反射的光束的第二光轴相对于光源发射的光束的第一光轴之间具有平行偏移的事实，而且为了将光束反射到固定到光源的机械结构的第二反射器上而有针对性地利用该事实，所述第二反射器的取向因此相对于第一光轴限定。

第二反射器被设计成使得其将由第一反射器在第三光轴的方向上反射的光束反射回到第一反射器，该第三光轴与第二光轴在固定的横向方向上平行偏移固定量。这是某些反射器的已知特性，为此目的，必须相对于第一光轴以限定的方式取向，使得它们也相对于第二光轴具有这种取向。在本发明中，由第二反射器反射回后向反射器的光束不会由后向反射器在第一光轴方向上朝向光源反射，而是在第四光轴的方向上反射，第四光轴与固定的横向方向相反地与第一光轴平行偏移固定量，其中固定量和横向方向由第二反射器及其到光源的机械结构上的固定来预定。由此，第四光轴相对于第一光轴的空间取向完全由第二反射器及其到光源的机械结构的固定来预定。

后向反射器反射由第二反射器反射的光束的方向与后向反射器距光源的距离和后向反射器与第一光轴的横向偏移大小无关。即使后向反射器是猫眼也是如此。

在本发明的实际实施中，要避免的理论情况不适用，即由第二反射器引入的第二光轴和第三光轴之间的平行偏移的固定量和固定的横向方向仅补偿由后向反射器引入的第一和第二光轴之间的平行偏移，这将导致第一和第三光轴重合。然而，为了限制必要的尺寸，即后向反射器的有效横截面，优选的是，第二和第三光轴之间的平行偏移的固定量和固定的横向方向部分地补偿了由后向反射器引入的第一和第二光轴之间的平行偏移。特别地，后向反射器与第一光轴的横向偏移与由第二反射器引起的第四光轴相对于第一光轴的平行偏移之间的角度可以在10°和70°之间或在20°和50°之间。另外，平行偏移的固定量可以是后向反射器的横向偏移乘以该角度的余弦的1至3倍或1.5至2.5倍、即大约2倍。应理解，这些指示特别涉及后向反射器相对于第一光轴的基本取向。然而，这些指示也可以在后向反射器相对于第一光轴的预期位置变化的整个范围内得到遵守。

第二反射器可以是反射镜装置或棱镜装置，其具有反射光束的三个平坦表面，光束在表面上连续反射。这里，平坦表面中的一个可以相对于第一光轴正交定向，而另外两个平坦表面相对于一个平坦表面的表面法线轴向对称地布置，并且其中所有三个平坦表面的表面法线落在一个平面中。在这种情况下，光束首先撞击另外两个平坦表面中的一个，然后撞击平坦表面中的一个，最后撞击另外两个平坦表面中的另一个，在那里它被反射。在本发明的另一个实施例变型中，反射光束的三个平坦表面中的一个平坦表面相对于第一光轴以45°的角度延伸，它使光束偏转90°，而另外两个平坦表面通过两次连续反射使光束偏转附加的90°。

在第四光轴上，可以布置第三反射器，其将由后向反射器反射的光束反射回第四光轴的方向并且其固定到光源的机械结构。该第三反射器可以将光束反射回到后向反射器、特别是在第四光轴的方向上，并且为此目的，它可以是相对于第一光轴正交定向的平面镜。然后光束通过后向反射器返回到第二反射器，并从那里返回到后向反射器，最后返回到第一光轴上的光源。以这种方式，可以形成折叠的激光谐振器，其中光源包括泵浦激光材料。与第二反射器一样，第三反射器可以固定到光源的机械结构上。因为，就像第二反射器一样，它通常不与光源隔开一定距离，所以这种固定没有问题。

替代设计为平面镜，第三反射器也可以设计为凸面镜，其围绕第四轴上的中心弯曲。这种凸面镜作为激光谐振器的末端元件并不罕见，以便限制光束的光束发散，即激光谐振器中的激光束的光束发散。

第三反射器也可以设计成类似于第二反射器，即，它可以将光束沿第五光轴的方向反射回第一反射器，其中第五光轴在附加的固定横向方向上与第四光轴平行偏移附加的固定量。由此，光束由第一反射器沿第六光轴的方向反射，该第六光轴除了与固定的横向方向相反的固定量之外，还与附加的固定横向方向相反地与第一光轴平行偏移附加的固定量。

根据本发明的光学装置的第一反射器、即后向反射器特别可以是或至少包括三棱镜或三面镜。这种三棱镜或三面镜作为后向反射器也可以相对于第一光轴以其主轴倾斜，而不会导致由后向反射器第二次反射的光束相对于第一光轴的位置变化。然后，光轴(后向反射器在该光轴的方向上二次反射来自光源的光束)与后向反射器的位置和取向整体解耦。

在根据本发明的发明装置的替代实施例中，其与根据本发明的光学装置的实施例的不同之处在于，关于由第二反射器反射的激光束的重新反射，这种重新的反射不是通过第一反射器而是通过与其刚性连接的附加的后向反射器发生的。第一反射器和附加的反射器的刚性相对布置在此特别地使得两个后向反射器具有横向于第三光轴的固定距离并且固定距离以固定角度或平行于第一横向方向在第二和第三光轴之间延伸。在作为后向反射器的三棱镜中，相关距离是三棱镜的顶点之间的距离的分量，其垂直于第三光轴延伸。

即使两个后向反射器的主轴不彼此平行地延伸，在本发明的光学装置的替代实施例中，光束在第四光轴方向上被耦合到第一反射器的后向反射器反射，第四光轴在固定的横向方向上与第一光轴平行偏移附加的固定量。除了取决于第二和第三光轴之间的平行偏移的固定量之外，该附加的固定量取决于第一反射器和刚性耦合到其上的第二反射器之间的固定距离以及固定距离和固定的横向方向之间存在的任何固定角度。特别地，重要的是，后向反射器的固定距离可选地乘以固定距离和固定横向方向之间存在的任何角度的余弦，与第二和第三光轴之间的横向偏移的固定量之间，存在差异。没有这种差异，并且在固定距离和固定横向方向之间没有角度，则固定量和附加的固定量是相同的，并且两个横向偏移沿相同方向延伸。随着固定距离的减小，附加的固定量减小，特别是相对于固定量的差异的两倍。以相同的方式，附加的固定量随着固定距离的增加而增加。

在本发明装置的该替代实施例中，第二反射器引入具有非零固定量的横向偏移，因此它不是平面镜。第一后向反射器和第二后向反射器优选地都是三棱镜或三面镜。有利地，它们具有相同的尺寸。它们可以是相同的设计。本发明的第一个所述实施例的所有其它特征、特别是第二后向反射器的设计，也可以在根据本发明的光学装置的该替代实施例中实现。

如已经指出的，光源可以包括泵浦激光材料，并且光束因此可以是激光束。特别地，根据本发明的光学装置可以是具有激光谐振器的激光器的一部分，其中第一反射器和第二反射器以及可选地耦合到第一反射器的后向反射器是激光谐振器的一部分，并且光源的激光材料布置在激光谐振器中。

此外，根据本发明的光学装置可以是激光干涉仪的一部分，其中由第一反射器和第二反射器以及可选地由耦合到第一反射器的后向反射器反射的光束与与之相干的光束叠加，在其光学路径中仅布置有固定到光源的机械结构的光学元件。

此外，根据本发明的光学装置可以是激光光谱仪的一部分，其中光源、第二反射器和固定到光源的机械结构的检测器布置在第一侧上，并且第一反射器和可选地连接到第一反射器的后向反射器布置在测量区域的第二侧上，该第二侧面对第一侧，使得光束由第一反射器和第二反射器以及可选地由耦合到第一反射器的后向反射器反射，在其撞击检测器之前通过测量区域至少四次。

激光光谱仪与EP 2 604 999 A1中已知的气体测量装置不同，其具有光学装置和检测器，

-其中光学装置包括

-包括激光材料并在第一光轴方向上发射光束的光源，其中光束是激光束，并且其中限定第一光轴相对于光源的机械结构的空间取向，和

用于光束的第一反射器，其布置在距光源一定距离处，

-其中第一反射器是后向反射器，其以与第一光轴横向偏移布置，

使得其在第二光轴的方向上反射光束，第二光轴在横向偏移的横向方向上与第一光轴平行偏移，

其中检测器固定在光源的机械结构上，和

其中光源和检测器布置在测量体积的第一侧上，并且第一反射器布置在测量区域的第二侧上，第二侧面对第一侧，使得由第一反射器反射的光束在其撞击检测器之前穿过测量区域，特别是光学装置的第二反射器固定在光源的机械结构上，并将由第一反射器反射的光束反射到第三光轴的方向上，第三光轴在固定的横向方向上与第二光轴平行偏移固定量，从而

-反射回到第一反射器，使得光束再次由第一反射器反射，并且此时在第四光轴的方向上反射，第四光轴与固定的横向方向相反地与第一光轴平行偏移固定量，

-或者反射到附加的后向反射器，其与第一反射器刚性连接并且定向成使得光束由附加的后向反射器在第四光轴的方向上反射，第四光轴在固定的横向方向上与第一光轴平行偏移附加的固定量，以这样的方式，使得由第一反射器和第二反射器反射的光束在其撞击检测器之前通过测量区域至少四次。

在根据本发明的光学装置的所有上述用途中，光轴在后向反射器第二次反射光束的方向上的位置稳定性相比后向反射器的任何位置和取向变化是一个很大的优势。

根据本发明的光学装置也可以是距离测量装置的一部分，其中光源、第二反射器和固定到光源的机械结构的检测器布置在待测量距离的一端，第一反射器布置在待测量距离的另一端，使得由第一反射器和第二反射器反射的光束在其撞击检测器之前至少覆盖该距离四次。因此，与第一反射器上的光束的单次反射相比，光束的行进路径加倍，这简化了它的实际测量，并且即使在第一反射器的位置和取向改变的情况下，光束也可靠地撞击检测器。

本发明的有利改进由权利要求、说明书和附图得出。在说明书中提及的特征和若干特征的组合的优点仅仅是示例，并且可以替代地或累积地有效，而不必通过本发明的实施例实现这些优点。在没有由此修改所附权利要求的主题的情况下，关于原始申请文件和专利的公开内容，以下内容成立：可以从附图中获得附加特征——特别是所表示的几个部件相互之间的几何形状和相对尺寸以及它们的相对布置和操作连接。本发明的不同实施例的特征或不同权利要求的特征的组合也可以偏离权利要求的所选参考，并且在此提出。这还涉及在单独的附图或其描述中表示的特征。这些特征还可以与不同权利要求的特征组合。以相同的方式，对于本发明的附加实施例，可以省略权利要求中提到的特征。

就特征的数量而言，应该理解，对于权利要求和说明书中提到的特征，确切地存在该数量或者存在比所提到的数量更大的数量，而不需要明确使用状语的表达“至少”。因此，例如，当提到棱镜时，这应该被理解为意味着存在恰好一个棱镜或者存在两个棱镜或更多棱镜。权利要求中提到的特征也可以通过其它特征来完成，或者它们可以是相应产品展示的唯一特征。

权利要求中包含的附图标记不代表对由权利要求保护的主题的范围的限制。它们仅用于使权利要求更容易理解的目的。

附图说明

下面，参考附图中表示的优选实施例更详细地解释和描述本发明。

图1是根据本发明的光学装置的实施例的第一侧视图。

图2是根据图1的实施例中的光学装置在垂直于图1的观察方向的观察方向上的第二侧视图。

图3以垂直于图1和2的观察方向的轴向观察方向示出了根据图1和2的光学装置的实施例的视图。

图4示出了第一实施例中的根据图1至3的光学装置的第二反射器。

图5示出了第二实施例中的第二反射器，其与根据图4的实施例同等效果。

图6示出了第三实施例中的第二反射器。

图7示出了第四实施例中的第二反射器，其与根据图6的实施例同等效果。

图8示出了第五实施例中的第二反射器。

图9示出了在相对于图8旋转之后的第五实施例中的第二反射器。

图10示出了第六实施例中的第二反射器，其与根据图8和9的实施例同等效果。

图11示出了根据图3的根据本发明的光学装置的设计为后向反射器的第一反射器在垂直方向上的位移的影响。

图12示出了根据图3的后向反射器在水平方向上的位移的影响。

图13示出了后向反射器绕其主轴旋转的效果。

图14示出了后向反射器的主轴倾斜的影响。

图15是根据本发明的激光干涉仪的视图。

图16是根据本发明的激光光谱仪的视图。

图17是根据本发明的光学装置的替代实施例的侧视图。

具体实施方式

图1至3中所示的光学装置1包括光源2，光源2在第一光轴4的方向上发射光束3。这里，第一光轴4相对于光源2的机械结构5有固定的空间取向。此外，光学装置1包括后向反射器7形式的第一反射器6。具体地，后向反射器7在此设计为三棱镜8。后向反射器7布置成相对于其主轴9具有与第一光轴4的横向偏移的量10。后向反射器7在第二光轴11的方向上反射光束3，第二光轴11在横向方向上与第一光轴4具有双倍量10的平行偏移。由后向反射器7反射的光束3在图中设有附图标记3'。反射光束3'撞击光学装置1的第二反射器12。第二反射器12设计成使其在第三光轴13的方向上反射其侧面的反射光束3'，第三光轴13与第二光轴11在固定的横向方向上平行偏移固定量14。在图1和图2这两个图中，固定量14仅看起来具有不同的尺寸，因为它相对于图1和2的观察方向以不同的角度在固定的横向方向上延伸。由反射器12反射的光束3在图中设有附图标记3”。在光轴13上，反射的光束3”再次到达后向反射器7，由此它在第四光轴15的方向上反射。第四光轴15与第一光轴4具有平行偏移，该平行偏移具有与第三光轴13与第二光轴11相同的固定量14，但是与固定的横向方向相反。由后向反射器7沿光轴15再次反射的光束3在图中设有附图标记3”'。

第四光轴15相对于第一光轴4的固定位置关系仅基于第二反射器12相对于光源2的机械结构5的固定取向。第一反射器6相对于光源2的固定位置或取向对此不是先决条件。这将在下面参考图8至10更详细地解释。第二反射器12相对于光源2的机械结构5的固定取向是通过将第二反射器12固定16到机械结构5实现的，其中固定不必总是刚性的。替代地，这里可以存在设定装置，以便相对于第一光轴4根据需要定向反射器12。另外，取决于反射器12的实施例，反射器12相对于机械结构5的某些位置和取向变化是无关的，即它们不仅对光轴11和13之间的横向偏移的固定量14没有影响，而且对于其横向于光轴11的方向没有影响。

为了限制后向反射器7的必要尺寸，使得由第二反射器12反射的光束3”再次撞击后向反射器7，由第二反射器引入的第二光轴11和第三光轴13之间的平行偏移折叠固定量14，并且由后向反射器7引入的第一光轴4和第二光轴11之间的平行偏移折叠双倍量10，使得它们不会完全但部分地相互补偿。后向反射器7与第一光轴4的量10的横向偏移，与由第二反射器12产生的第四光轴15与第一光轴4的具有固定量14的平行偏移之间的角度29，在此为锐角且大约为30°。这里，第四光轴15与第一光轴4的平行偏移的固定量14大约为后向反射器的横向偏移的量10乘以角度29的余弦值的2倍。因此，在图3中，第一光轴4位于第三光轴13上方的某一垂直距离处，第四光轴15布置在第二光轴11的上方相同的垂直距离处。

如图1和2所示，在第四光轴15上，可以例如以凸面镜28的形式布置第三反射器27，其围绕第四光轴上的点弯曲，例如在一侧限制激光谐振器，其中在光源2中泵浦激光材料。这里，第三反射器27也可以以不同于图1和2中所示的另一种方式固定到光源2的机械结构5上。

图4示出了棱镜17形式的第二光学反射器12的第一实施例，其具有反射光束3的三个平坦表面18、19和20。这里，一个平坦表面19相对于光轴11和13正交定向，并且另外两个平坦表面18和20相对于平坦表面19的表面法线21轴向对称地布置，其中所有三个平坦表面18至20的表面法线落在图4的平面中。由此，由反射器12在第三光轴13的方向上反射的光束3”具有与在第二光轴11的方向上入射的光束3'的平行偏移，该平行偏移在相同的横向方向上总是具有相同的固定量14。图4用较弱的线表示光束3'的向上位移。这导致反射的光束3”的向上位移具有相同的量。在光束3'在图4的观察方向上的位移的情况下，由反射器12反射的光束3”也在完全相同的方向上移位。

图5示出了与根据图4的反射器12等效的反射器12，其中反射光束3的平坦表面18至20形成在三个平面镜22上。

图6中所示的实施例是附加棱镜33。在棱镜33的入口处，光束3被折射平坦表面34偏转，然后由相对于光轴11和13正交取向的反射平坦表面19反射。当光束3再次离开棱镜33时，它被附加的折射平坦表面35偏转，使得由第二反射器12反射的光束3”平行于入射光束3'延伸。这里，两个折射光学表面34和35直接相互邻接。以这种方式，光束3'可以照射到反射器12的光轴11的法线区域特别大。

图7示出了与根据图6的反射器12等效的反射器12，其中反射光束3的平坦表面19形成在平面镜22上，平面镜22在光轴11和13的方向上与棱镜33分离。

图8中所示的反射器12的实施例是附加棱镜23。就像在根据图4的棱镜17上一样，在棱镜23上形成三个平坦表面18至20，它们一个接一个反射光束3。平坦表面20在此相对于光轴11和13以45°的角度定向，并使光束3偏转90°。另外两个平坦表面18和19一起也使光束3偏转90°。总的来说，这里与入射光束3'的第二光轴11的精确空间取向无关，反射光束3”总是在相同的横向方向上与入射光束3'平行偏移相同的固定量14。

图9示出了根据图8的棱镜23的不改变入射光束3'和由反射器12反射的光束3”之间的平行偏移的固定量14的枢转。即使在棱镜23平行和垂直于图9的平面移动的情况下，固定量14仍保持固定。然而，棱镜13围绕光轴11和13的旋转改变了具有固定量14的平行偏移的方向，因此是不可容许的。这意味着，在进行设定之后，反射器12必须固定在根据图1至图3的光源2的机械结构5上，至少不可围绕光轴11和13以及与其平行的第一光轴4旋转。

图10示出了反射器12的实施例，其等效于根据图8和9的实施例，但是由平面镜22构成。

图11(a)以与图3相同的观察方向示出了根据图1至3的光学装置1。这里，图8(a)中的箭头24表示后向反射器7的向下移位，这在图11(b)中实现。由此，第二光轴11实际上移位，因此第三光轴13也进一步向下移位。然而，由于第四光轴15相应地相对于第二光轴11和第三光轴13向上移动，所以第四光轴15再次位于与第一光轴4相同的高度并且具有与第一光轴4的、与水平横向方向相反的具有相同固定量14的平行偏移，其中第三光轴13具有与第二光轴11的具有固定量14的平行偏移。

因此，图12示出了后向反射器7在图9(a)的图中所示的箭头25的方向上向右水平移动的效果。由此，第二光轴11也向右移位。然而，这由后向反射器7在第三光轴13和第四光轴15之间补偿，使得第四光轴15也具有与第一光轴4的、与水平横向方向相反的具有相同固定量14的平行偏移，其中，第三光轴13具有与第二光轴11的具有固定量14的平行偏移。

图13示出了后向反射器7围绕其主轴9在图10(a)中的图中所示的旋转箭头26的方向上旋转的效果。该旋转对第二光轴11相对于第一光轴4的空间取向没有影响。

图14示出了主轴9相对于第一光轴4倾斜角度31的效果。该角度31具有改变两个光轴4和11之间的平行偏移的效果。然而，这相应地通过光轴13和15之间的平行偏移来补偿。

总之，图11至14示出了设计为三棱镜8的后向反射器7的位置和取向与第四光轴15相对于第一光轴4的空间取向无关。通过线性组合在图11至14中分别表示的位置和取向变化可以表示后向反射器的任何所需位置和取向变化。

图15示出了根据本发明的激光干涉仪34，其具有根据本发明的光学装置1。这里，来自光源2的激光束35用分束器36分成光束3和与之相干的光束37。借助于附加的分束器38，由第一反射器6沿第四光轴15反射的光束3”'和与其相干的光束37叠加，其中产生两个互补的干涉信号39和40，由两个检测器41和42获得。分束器38刚性连接到光源2的机械结构5。检测器41和42可以但不必连接到机械结构5。随着反射器6与光源2之间的距离变化，两个互补的干涉信号39和40改变，从而允许精确获取该距离的变化。然而，第一反射器6的位置取向的其它变化由光学装置1补偿。

图16示出了根据本发明的激光光谱仪52，其中光源2、反射器12和检测器43在测量区域45的一侧布置在共同壳体44中，而第一反射器6位于测量区域45的相对侧。测量区域这里由壁46限定。光束3通过窗口47和48进入测量区域45四次并再次离开所述测量区域，并最终可靠地到达相对于光源2的机械结构5固定的检测器43，与后向反射器6的当前位置和取向无关。

图17示出了光学装置1的替代实施例，其中由如图4中的棱镜17形式的第二反射器12反射的光束3”不再被第一反射器6反射，而是由与其刚性连接的后向反射器49反射，为了说明两个后向反射器7和49的刚性连接，图17中的图中示出了固定件32。后向反射器49也设计为三棱镜，并且在这里，特别地，具体地说，与第一反射器6完全相同。两个后向反射器7和49相对于第三光轴13横向地布置在固定距离50处。由于两个三棱镜8的主轴9这里彼此平行地延伸，这里固定距离50也存在于两个后向反射器7和49的主轴之间。固定距离50相对于第二光轴11和第三光轴13之间的具有固定量14的横向偏移具有固定角度或平行于其延伸。这意味着具有两个后向反射器7和49的单元不可围绕光轴4、11、13和15中的一个旋转，因为在那种情况下，距离50与具有固定量14的横向偏移之间的角度然后会改变。另外，在光学装置1的该实施例中，第一光轴4和第四光轴15之间的横向偏移实际上包括附加的固定量51。然而，如果距离50乘以固定距离50与具有相同量14的横向偏移之间存在的任何角度的余弦等于固定量14，则该附加的固定量51仅等于固定量14。此外，只有当固定距离15和具有固定量14的横向偏移彼此平行延伸时，具有附加的固定量51的横向偏移精确地在具有固定量14的横向偏移的方向上延伸。在光学装置1的该替代实施例中，与根据前述附图的实施例相比，第一光轴4和第四光轴15之间的横向偏移另外具有与第二光轴11和第三光轴13之间的横向偏移相同的方向。另外的特征在于，来自光源2的光束3也穿过棱镜17。

附图标记列表

1 光学装置

2 光源

3 光束

3' 反射的光束

3” 反射的光束

3”' 反射的光束

4 第一光轴

5 光源的机械结构

6 第一反射器

7 后向反射器

8 三棱镜

9 主轴

10 量

11 第二光轴

12 第二反射器

13 第三光轴

14 固定量

15 第四光轴

16 固定

17 棱镜

18 平坦表面

19 平坦表面

20 平坦表面

21 表面法线

22 平面镜

23 棱镜

24 箭头

25 箭头

26 旋转箭头

27 第三反射器

28 凸面镜

29 角度

30 角度

31 角度

32 固定

33 棱镜

34 激光干涉仪

35 激光束

36 分束器

37 相干光束

38 分束器

39 干涉信号

40 干涉信号

41 检测器

42 检测器

43 检测器

44 壳体

45 测量区域

46 壁

47 窗口

48 窗口

49 耦合后向反射器

50 距离

51 附加的固定量

52 激光光谱仪

Claims (15)

1.一种光学装置(1)，其具有

-光源(2)，其在第一光轴(4)的方向上发射光束(3)，其中，第一光轴(4)的空间取向相对于光源(2)的机械结构(5)限定，

-用于光束(3)的第一反射器(6)，其布置在距光源(2)一定距离处，和

-用于由第一反射器(6)反射的光束(3)的第二反射器(12)，

其中，第一反射器(6)是后向反射器(7)，其与第一光轴(4)横向偏移布置，使得其在第二光轴(11)的方向上反射光束(3)，第二光轴(11)在横向偏移的横向方向上相对于第一光轴(4)具有平行偏移，

其特征在于，

固定在光源(2)的机械结构(5)上的第二反射器(12)将由第一反射器(6)反射的光束(3)沿第三光轴(13)的方向反射，第三光轴(13)在固定的横向方向上与第二光轴(11)平行偏移固定量(14)，从而

-反射回到第一反射器(6)，使得光束(3)由第一反射器(6)沿第四光轴(15)的方向反射，第四光轴(15)相对于第一光轴(4)与固定的横向方向相反地平行偏移固定量(14)，或

-反射到附加的后向反射器(49)，所述附加的后向反射器(49)与第一反射器(6)刚性连接并且定向成：使得光束(3)由附加的后向反射器(49)沿第四光轴(15)的方向反射，第四光轴(15)在固定的横向方向上相对于第一光轴(4)平行偏移附加的固定量(51)。

2.根据权利要求1所述的光学装置(1)，其特征在于，后向反射器(7)与第一光轴(4)的横向偏移和第四光轴(15)与第一光轴(2)的与固定的横向方向相反的平行偏移之间的角度(29)在10°和70°之间或在20°和50°之间。

3.根据权利要求2所述的光学装置(1)，其特征在于，固定量(14)是后向反射器的横向偏移乘以所述角度的余弦的1至3倍或1.5至2.5倍。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第二反射器(12)是具有反射光束(3)的三个平坦表面(18至20)的反射镜装置或棱镜(17、23)。

5.根据权利要求4所述的光学装置(1)，其特征在于，所述平坦表面中的一个平坦表面(19)相对于第一光轴(4)正交定向，并且另外两个平坦表面(18、20)相对于一个平坦表面(19)的表面法线(21)轴向对称地布置，其中，所有三个平坦表面(18至20)的表面法线落在一个平面中。

6.根据权利要求4所述的光学装置(1)，其特征在于，所述平坦表面中的一个平坦表面(20)相对于第一光轴(4)以45°的角度布置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，用于由第一反射器(6)在第四光轴(15)的方向上再次反射的光束(3)的第三反射器(27)固定在光源(2)的机械结构(5)上。

8.根据权利要求7所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第三反射器(27)沿第四光轴(15)的方向反射回第一反射器(6)。

9.根据权利要求8所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第三反射器(27)是相对于第一光轴(4)正交定向的平面镜(22)。

10.根据权利要求8所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第三反射器(27)是围绕第四光轴(15)上的中心弯曲的凸面镜(28)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第一反射器(6)和在存在的情况下的附加的后向反射器(49)还包括三棱镜(8)或三面镜。

12.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光源(2)包括激光材料，并且所述光束(3)是激光束。

13.一种激光器，其具有

-激光谐振器，和

-根据权利要求12的光学装置(1)，

其特征在于

-第一反射器(6)和第二反射器(12)是激光谐振器的一部分，和

-光源(2)的激光材料布置在激光谐振器中。

14.一种具有根据权利要求12的光学装置(1)的激光干涉仪(34)，其特征在于，由第一反射器(6)和由第二反射器(12)反射的光束与与之相干的光束叠加，在与之相干的光束的光路中，仅布置有固定在光源(2)的机械结构(5)上的光学元件。

15.一种激光光谱仪(52)，其具有根据权利要求12所述的光学装置(1)，其特征在于，光源(2)、第二反射器(12)和固定在光源(2)的机械结构(5)上的检测器(43)布置在测量区域(45)的第一侧，并且第一反射器(6)布置在测量区域(45)的面对第一侧的第二侧，使得由第一反射器(6)和由第二反射器(12)反射的光束在撞击检测器(43)之前通过测量区域(45)至少四次。