CN110793468B - 一种光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法，该光学元件位置检测装置包括：第一测试单元，用于产生第一光束，第一光束经待测光学元件或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束；第一聚焦透镜，位于第二光束的光路上，用于聚焦第二光束；第一检测单元，位于第一聚焦透镜的焦面上，用于接收第二光束，根据第二光束在第一检测单元上形成的光斑的位置变化，输出第一检测信号；数据处理单元，与第一检测单元电连接，用于根据第一检测信号，计算待测光学元件的角度变化量。本发明实施例可以光学元件角度偏差进行检测和精确计算，有利于精确地对光学元件进行位置控制，减少光学元件漂移误差对光学系统产生影响。

Description

一种光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法

技术领域

本发明实施例涉及光学，尤其涉及一种光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法。

背景技术

在光学系统中，由于光学元件为可动的，所以需要有可动机构来调整光学元件，为了保证可动元件运动到目标位置，需要对可动镜片的位置角度变化进行监控，如果光学元件的位置由于环境的变化发生漂移，根据光学元件位置测量系统测试到的光学元件位置变化量与调整量之间的对应关系，可以实现闭环控制镜片的位置保持不变。

图1是现有的镜片监控装置的结构示意图，如图1所示，传统的监控方案为在可动机构的控制电机1上安装编码器2，控制电机1与偏心轮3连接，光学元件4与机械件5通过转动中心6和弹簧7弹性连接，编码器2驱动控制电机1使偏心轮3移动至目标位置，进而调节光学元件4，但是因为机械件5与光学元件4之间存在弹性连接，偏心轮3运动到位也不能保证光学元件4的位置到达目标位置，即光学元件3的位置容易产生偏差。

发明内容

本发明提供一种光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法，以实现光学元件的位置检测。

第一方面，本发明实施例提供了一种光学元件位置检测装置，包括：

第一测试单元，用于产生第一光束，所述第一光束经待测光学元件或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束；

第一聚焦透镜，位于所述第二光束的光路上，用于聚焦所述第二光束；

第一检测单元，位于所述第一聚焦透镜的焦面上，用于接收所述第二光束，根据所述第二光束在所述第一检测单元上形成的光斑的位置变化，输出第一检测信号；

数据处理单元，与所述第一检测单元电连接，用于根据所述第一检测信号，计算所述待测光学元件的角度变化量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光学元件位置控制装置，包括如第一方面任意所述的光学元件位置检测装置，还包括：

控制单元，与所述光学元件位置检测装置电连接，用于接收所述光学元件位置检测装置的输出的所述待测光学元件的角度变化量和平移变化量，输出控制信号；

电机，与所述控制单元电连接，与所述待测光学元件机械连接，用于根据所述控制信号，调节所述待测光学元件的位置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种光学元件位置检测方法，包括：

利用测试单元投射第一光束至待测光学元件或待测光学元件的反射底座上，所述第一光束经待测光学元件或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束；

聚焦所述第二光束至焦面，形成光斑；

检测所述第二光束形成的光斑的位置变化，输出第一检测信号；

根据所述第一检测信号，计算所述待测光学元件的角度变化量。

本发明提供的光学元件位置检测装置、控制装置及检测方法，通过设置第一测试单元，产生测试用的第一光束，并在待测光学元件或待测光学元件的反射底座上反射形成第二光束，然后通过聚焦透镜将第二光束聚焦至第一检测单元上形成光斑，利用第一检测单元检测光斑的位置变化，进而产生第一检测信号，继而通过数据处理单元计算出待测光学元件的角度变化量，本发明实施例可以对光学元件角度偏差进行检测和精确计算，有利于精确地对光学元件进行位置控制，减少光学元件漂移误差对光学系统产生影响。

附图说明

图1是现有的镜片监控装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光学元件位置检测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的角度变化的计算原理图；

图4是本发明实施例提供的平移变化的计算原理图；

图5是本发明实施例对反射镜角度变化的模拟和计算示意图；

图6是本发明实施例对反射镜角度变化的模拟和计算示意图；

图7是本发明实施例提供的光学元件平移变化的示意图；

图8是本发明实施例提供的光学元件角度变化的示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种光学元件的位置检测装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一种光学元件位置检测装置的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种光学元件位置检测装置的结构示意图；

图12是本发明实施例对透镜位置变化的模拟和计算示意图；

图13是本发明实施例提供的另一种对透镜位置变化的模拟和计算示意图；

图14是本发明实施例提供的另一种光学元件位置检测装置的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的又一种光学元件位置检测装置的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的一种光学元件位置控制装置结构示意图；

图17是本发明实施例提供的一种光学元件位置检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图2为本发明实施例提供的一种光学元件位置检测装置的结构示意图，参考图2，该光学元件位置检测装置包括：第一测试单元11，用于产生第一光束101，第一光束101经待测光学元件10或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束102；第一聚焦透镜21，位于第二光束102的光路上，用于聚焦第二光束102；第一检测单元31，位于第一聚焦透镜21的焦面上，用于接收第二光束102，根据第二光束102在第一检测单元31上形成的光斑的位置变化，输出第一检测信号；数据处理单元40，与第一检测单元31电连接，用于根据第一检测信号，计算待测光学元件10的角度变化量。

本发明提供的光学元件位置检测装置，通过设置第一测试单元，产生测试用的第一光束，并在待测光学元件或待测光学元件的反射底座上反射形成第二光束，然后通过聚焦透镜将第二光束聚焦至第一检测单元上形成光斑，利用第一检测单元检测光斑的位置变化，进而产生第一检测信号，继而通过数据处理单元计算出待测光学元件的角度变化量，本发明实施例可以对光学元件角度偏差进行检测和精确计算，有利于精确地对光学元件进行位置控制，减少光学元件漂移误差对光学系统产生的影响。

需要说明的是，第一聚焦透镜21不限于单个的透镜，即除了单个透镜实现的聚焦透镜外，本领域技术人员可以根据实际的工况，设计透镜组来实现聚焦透镜的作用，此处不做限制。

其中，光学元件10的位置变化可包括由光学元件的平移产生的平移变化量和由光学元件的偏转产生的角度变化量，第二光束102会因光学元件10的位置变化而产生变化，因此可根据第二光束102的变化量计算光学元件10的位置变化量，图3是本发明实施例提供的角度变化的计算原理图，图4是本发明实施例提供的平移变化的计算原理图，下面参考图3和图4，对于角度变化量和平移变化量的计算原理进行介绍，首先如图3所示，1-1为反射面，1-2为法线，1-3为入射光，1-4为反射光，1-5为接受反射光光斑质心位置的探测器，入射光1-3的入射角为θ1，反射面1-1与探测面1-5之间的距离为H1，当反射面角度变化Δθ1时，反射面变为1-1’，法线变为1-2’，反射光变为1-4’，反射光1-4的光斑质心位置在检测单元1-5上的质心变化为ΔL1，则ΔL1＝H1*[tan(θ1+Δθ1)-tan(θ1)]，即通过检测单元1-5上的质心变化量即可计算反射面1-1角度变化量Δθ1。参考图4所示，2-1为反射面，2-2为法线，2-3为入射光，2-4为反射光，2-5为接受反射光质心位置的检测单元，入射光2-3的入射角为θ2，反射面2-1与检测单元2-5之间的距离为H2，当反射面2-3沿法线方向平移ΔH2时，反射面变为2-1’，法线变为2-2’，反射光变为2-4’，光束质心位置在探测器2-5上的质心变化为ΔL2，则ΔL2＝2*ΔH2*tan(θ2)，即可通过检测单元2-5上的质心变化ΔL2计算反射面2-1的平移量ΔH2。

本发明实施例对实际应用情景下的反射镜的位置检测进行了理论模拟和计算，图5是本发明实施例对反射镜角度变化的模拟和计算示意图，参考图5，其中左图中的入射光束和反射光束为光学系统中的正常工作光束，而第一测试单元11出射的第一光束101和反射光束102所在的入射面与正常工作光束的入射面不在同一平面，因而不会干扰工作光束的正常工作。当反射镜10在Rx维度和Ry维度进行变化时，即反射镜10绕x轴转动和绕y轴转动时，第一检测单元31中光斑质心的变化如表1所示，当第一光束101以45°入射反射镜10，反射镜10与第一检测单元31的距离为57.16mm，当反射镜10在Rx和Ry维度角度变化0.5°时，在第一检测单元31引起的理论质心位置变化量为1.007mm，表2是本发明实施例提供的当反射镜10在Rx维度和Ry维度进行变化时，检测单元光斑质心变化量的仿真计算结果，该仿真计算结果与理论计算误差为2％，由表可知，当反射镜10绕x轴顺时针转动Δθ时，第一检测单元31上光斑质心变化量只体现在y值上，因此可通过y值的变化量推导反射镜10绕x轴的角度变化量。同理，由x值的变化量也可推导计算获得反射镜10绕y轴的角度变化量。

表1

表2

可以理解的是，反射镜对光束的反射，可以是反射镜的正面，也可以是反面，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。本发明实施例对反射镜反面反射测试光束同样进行了位置检测的理论仿真和计算，图6是本发明实施例对反射镜角度变化的模拟和计算示意图，参考图6，第一测试单元11出射第一光束101，经反射镜10的反面进行反射，形成第二光束102，当反射镜10在Rx维度和Ry维度进行变化时，第一检测单元31中光斑质心的变化如表3所示，当第一光束101以45°入射反射镜10，反射镜10与第一检测单元31的距离为48.76mm，当反射镜10在Rx和Ry维度角度变化0.5°时，在第一检测单元31引起的理论质心位置变化量为0.858571mm，表4是本发明实施例提供的当反射镜10在Rx维度和Ry维度进行变化时，检测单元质心变化量的仿真计算结果，该仿真计算结果与理论计算误差为3％，由表可知，当反射镜10绕x轴顺时针转动Δθ时，第一检测单元31上光斑质心变化量同样只体现在y值上，因此可通过y值的变化量推导反射镜10绕x轴的角度变化量。同样地，由x值的变化量也可推导计算获得反射镜10绕y轴的角度变化量。

表3

表4

需要说明的是，理论上通过上述原理便可计算光学元件的角度变化量和平移变化量，但在探测器1-5或2-5上检测到质心变化时，并不能区分该质心变化的来源，即不能区分该质心变化是由光学元件的角度变化产生的还是平移产生的，故本发明实施例在第二光束的光路上设置了第一聚焦透镜，图7是本发明实施例提供的光学元件平移变化的示意图，参考图7，在第二光束102的光路上，通过设置第一聚焦透镜21，即可保证当光学元件10平移时，第二光束102的变化同样为平移，即平移变化后的第二光束102’与平移变化前的第二光束102的平行，在通过第一聚焦透镜21时，平移变化后的第二光束102’形成的光斑位置与平移变化前的第二光束102的光斑位置相同；图8是本发明实施例提供的光学元件角度变化的示意图，参考图8，当光学元件10的位置变化包含角度变化时，该角度变化则会导致第二光束102的传播方向发生变化，因此，角度变化后的第二光束102’经过第一聚焦透镜21后，形成的光斑位置便发生了变化，因此，通过该光斑位置变化即可得出光学元件10发生的角度变化量。

进一步地，为了更全面地检测光学元件的位置变化，获得光学元件的平移变化量，本实施例还提供了一种光学元件位置检测装置，图9是本发明实施例提供的另一种光学元件的位置检测装置的结构示意图，参考图9，该光学元件位置检测装置中还包括第一分束镜61，位于第二光束102的光路上，用于将第二光束102分束为第三光束103和第四光束104，第四光束104沿第二光束102的传播方向传播，通过第一聚焦透镜21聚焦于第一检测单元31上；第二检测单元32，位于第三光束103的光路上，用于接收第三光束103，根据第三光束103在第二检测单元32上形成的光斑的位置变化，输出第二检测信号；数据处理单元40还与第二检测单元32电连接，用于根据第一检测信号和第二检测信号，计算待测光学元件10的平移变化量。

将第二光束102分束为第三光束103和第四光束104，第四光束104通过第一聚焦透镜21后聚焦至第一检测装置31上，即第四光束104作为测试光束可以由第一检测单元31进行光学元件10的角度变化量的测算，而第三光束103作为测试光束，其在第二检测单元32上的光斑位置变化量包含了光学元件10的角度变化量和平移变化量，显然在通过第四光束104获得角度变化量的前提下，可通过一定的换算，去除光学元件10的角度变化量，即通过数据处理单元40可计算得光学元件10的平移变化量。由此，通过两路测试光和对应的两个检测单元，即实现了光学元件10的位置变化测量，其中包括光学元件的角度变化量和平移变化量，从而可以全面地监控光学元件的位置，也有利于精确地控制光学元件。

本发明实施例还提供了一种光学元件位置检测装置，图10是本发明实施例提供的又一种光学元件位置检测装置的结构示意图，参考图10，该光学元件位置检测装置包括第一测试单元11、第一聚焦透镜21、第一检测单元31和数据处理单元40，如上，数据处理单元40与第一检测单元31电连接，用于根据第一检测信号，计算待测光学元件10的角度变化量。此外，该位置检测装置还包括：第二测试单元12，用于产生第五光束105，第五光束105经待测光学元件10或待测光学元件的反射底座反射，形成第六光束106；第三检测单元33，用于接收第六光束106，并根据第六光束106在第三检测单元32上形成的光斑的位置变化，输出第三检测信号；数据处理单元40还与第三检测单元33电连接，还用于根据第一检测信号和第三检测信号，计算待测光学元件10的平移变化量。

第一光束101和第二光束102形成第一光入射面，第五光束105和第六光束106形成第二光入射面，第一光入射面与第二光入射面存在第一夹角；可选地，第一夹角为90度。参考图10，根据坐标系可知，左图和右图分别代表从不同角度观察该光学元件位置检测装置的结构示意图，其中，第一光束101和第二光束102所在的第一光入射面为xy平面，第五光束105和第六光束106所在的第二光入射面为yz平面，即第一光入射面和第二光入射面并非为同一平面，且呈一定夹角。由此，第一光束101和第二光束102的测试光路与第五光束105和第六光束106的测试光束相互之间不存在干扰，测试更加准确，并且保证了第一测试单元11和第二测试单元12之间、第一检测单元31和第三测试单元33之间的空隙，可以更方便地设置各功能单元。

本发明实施例提供的光学元件位置检测装置不仅可适用于反射镜，还适用于透镜，即待测光学元件可为反射镜和透镜，而当待测光学元件为透镜时，为了不干扰和影响透镜的正常工作，可将透镜固定设置于反射底座上，反射底座用于反射第一光束，形成第二光束。图11是本发明实施例提供的一种光学元件位置检测装置的结构示意图，参考图11，光学元件为透镜，而透镜10设置于具有反射功能的反射底座50上，由第一测试单元11出射的第一光束101经反射底座50反射形成第二光束102，进一步地，通过第一聚焦透镜21后聚焦至第一检测单元31上，第一检测单元31通过检测第二光束102形成的光斑的位置变化，进而产生对应的第一检测信号，第一检测信号传输到数据处理单元40后，数据处理单元40经数据处理，即得到反射底座50的角度变化量，也即可获得固定在反射底座50上的透镜10的角度变化量。其中，反射底座50的反射功能可通过镀具有反射能力的材料实现。需要说明的是，为了实现反射的效果，透镜还可以设计为带有反射外边，即可利用反射外边实现反射底座的作用。

对于采用反射底座的透镜的位置变化检测，本发明实施例同样进行了理论模拟和计算，图12是本发明实施例对透镜位置变化的模拟和计算示意图，参考图12，根据坐标系可以看出，左图和右图的区别在于，第一光束101和第二光束102位于yz平面，第五光束105和第六光束106位于xy平面，在立体空间中，第一光束101和第五光束105之间相互不干扰，且第二光束102和第六光束106中均包含有透镜10的位置变化信息。当透镜10在Rx维度、Ry维度以及Z维度进行变化时，即绕x轴转动、绕y轴转动以及沿Z轴平移时，第一检测单元31和第三检测单元33中光斑质心的变化如表5所示，当第一光束101和第五光束105以45°入设透镜10，透镜10与第一检测单元31和第三检测单元33距离为120.57mm，当透镜10在Rx和Rz角度变化0.5°，在第一检测单元31和第三检测单元33上引起的理论质心位置变化量为2.122872683mm，Z变化0.5mm时，在第一检测单元31和第三检测单元33上引起的理论质心位置变化量为1mm。表6是本发明实施例提供的当透镜10在Rx维度、Ry维度以及Z维度进行变化时，检测单元光斑质心变化量的仿真计算结果，因为照射在透镜反射镜座上的位置不同，存在一定的倍率误差，此误差可以离线校准。

表5

表6

除图12所示的入射方式外，本发明实施例还提供了另一种入射方式的理论模拟和计算，图13是本发明实施例提供的另一种对透镜位置变化的模拟和计算示意图，参考图13，同样地，第一光束101和第五光束105分别位于不同的平面，即相互之间不干扰。当透镜10在Rx维度、Ry维度以及Z维度进行变化时，即绕x轴转动、绕y轴转动以及沿Z轴平移时，第一检测单元31和第三检测单元33中光斑质心的变化如表7所示，当第一光束101和第五光束105以45°入设透镜10，透镜10与第一检测单元31和第三检测单元33距离为120.57mm，当透镜10在Rx和Rz角度变化0.5°，在第一检测单元31和第三检测单元33上引起的理论质心位置变化量为2.122872683mm，Z变化0.5mm时，在第一检测单元31和第三检测单元33上引起的理论质心位置变化量为1mm。表8是本发明实施例提供的当透镜10在Rx维度、Ry维度以及Z维度进行变化时，检测单元光斑质心变化量的仿真计算结果。因为照射在透镜反射镜座上的位置不同，存在一定的倍率误差，此误差可以离线校准。

表7

表8

由上述对透镜模拟和计算可得，当透镜10绕x轴顺时针转动Δθ时，第一检测单元31上光斑质心变化量同样只体现在z值上，因此可通过z值的变化量推导反射镜10绕x轴的角度变化量。同样地，由x值的变化量也可推导计算获得反射镜10绕y轴的角度变化量。而对于沿z轴的平移变化，可通过在第二光束102或第六光束106的光路上设置聚焦透镜，通过透镜聚焦光斑至第一检测单元31或第三检测单元33上，进而排除光斑质心变化中含有的透镜10平移变化量。

更进一步地，测试单元出射测试光束时，测试单元的位置可能会发生变化，而此时测试光束的方向和位置因此也会发生变化，而测试光束的方向和位置同样会导致检测单元上光束光斑的质心变化，因此在进行光学元件位置的测量的过程中，容易引入由测试单元位置变化产生的误差，为了消除该误差，本发明实施例还提供了一种光学元件位置检测装置的结构示意图，参考图14，该位置检测装置包括第一测试单元11、第一聚焦透镜21、第一检测单元31和数据处理单元40，如上，数据处理单元40与第一检测单元31电连接，用于根据第一检测信号，计算待测光学元件10的角度变化量。该位置检测装置还包括：第二分束镜62，位于第一光束101的光路上，用于将第一光束101分束，形成第七光束107和第八光束108，第七光束107经待测光学元件或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束102；第二聚焦透镜22，位于第八光束108的光路上，用于聚焦第八光束108；第四检测单元34，位于第二聚焦透镜22的焦面，用于接收第八光束108，并根据第八光束108在第四检测单元上形成的光斑的位置变化，输出第四检测信号；数据处理单元40还与第四检测单元34电连接，还用于根据第四检测信号，计算第一测试单元11的角度变化量，根据第一检测信号和第一测试单元11的角度变化量，计算待测光学元件10的角度变化量。

其中，由第一光束101分束形成的第八光束108通过第二聚焦透镜22聚焦至第四检测单元34上，第四检测单元34根据其上形成的光斑的质心位置变化，即可生成对应地第四检测信号，从而数据处理单元40根据第四检测单元34可计算出第一测试单元11的角度变化量。在已知第一测试单元11的角度变化量的基础上，数据处理单元40可以根据第一检测单元31输出的第一检测信号计算出总的第二光束102的角度变化量，也即第一测试单元11和光学元件10的角度变化量的和，通过换算并减去第一测试单元11的角度变化量，即可获得光学元件10的角度变化量。

进一步地，为了计算光学元件的平移变化量，且避免第一测试单元的平移对光学元件平移变化的干扰，本发明实施例在图9所示的光学元件位置检测装置的基础上，还提供了一种光学元件位置检测装置，图15是本发明实施例提供的又一种光学元件位置检测装置的结构示意图，参考图9和图15，该位置检测装置还包括：第三分束镜63，位于第八光束108的光路上，用于将第八光束108分束，形成第九光束109和第十光束1010，第十光束1010沿第八光束108的传播方向传播，通过第二聚焦透镜22聚焦于第四检测单元34上；第五检测单元35，用于接收第九光束109，并根据第九光束109在第五检测单元35上形成的光斑的位置变化，输出第五检测信号；数据处理单元40还与第五检测单元35电连接，还用于根据第四检测信号和第五检测信号，计算第一测试单元11的角度变化量和平移变化量，根据第一检测信号、第二检测信号以及第一测试单元的角度变化量和平移变化量，计算待测光学元件10的角度变化量和平移变化量。

同理，通过第五检测单元35可采集出第一测试单元11的角度和平移的变化量的和的信息，通过第二透镜22和第三检测单元34可采集出第一测试单元11的角度变化量，进而通过数据处理单元40可以确定第一测试单元11的角度变化量和平移变化量；同样地，第二检测单元32可采集出第二光束102的角度和平移变化量总的信息，其中包含第一测试单元11和光学元件10的角度和平移变化量，第一检测单元31则可采集出第二光束102的角度变化量，其中包含第一测试单元11和光学元件10的角度变化量，因此，数据处理单元40可计算获得第二光束102的角度变化量和平移变化量，继而在已知第一测试单元11的角度变化量和平移变化量的基础上，可以计算获得光学元件10的角度变化量和平移变化量。

本发明实施例的检测单元可采用位置感应检测器进行光斑质心位置的检测，并根据光斑质心位置的变化量计算光束的角度和平移变化量，具体地，在光斑相对标准质心发生变化时，位置感应检测器会根据该变化量输出对应的电流或电压信号，当光斑质心位移较大时，对应地电流或电压信号较大。其中，需要说明的是，根据质心位置变化的方向即可判断对应的光学元件的角度变化维度，继续参考表1和表2可知，当光学元件绕x轴转动时，其对应的质心变化体现在Y值上，当光学元件绕Y轴转动时，其对应的质心变化体现于X值，因此，可根据对应的质心变化的方向，判断出光学元件的变化维度，并且计算出在该维度上的角度变化量的大小。

可选地，继续参考图10和图15，第一检测单元31与标准第二光束102垂直，第二检测单元32与标准第三光束垂直，第三检测单元33与变化前的第六光束垂直，第四检测单元34与标准第八光束垂直，第五检测单元35与标准第九光束垂直。

其中标准第二光束、标准第三光束、标准第六光束、标准第八光束以及标准第九光束分别表示待测光学元件未发生位置变化时，其对应的入射各检测单元的光束，设置各对应的检测单元与标准光束垂直，即光学元件未发生变化时，各检测单元上的光斑质心为标准光斑质心，其能量最高，也最集中，当光学元件发生位置变化时，各光束的光斑质心位置变化量均以标准光斑质心为标准，保证了光斑质心位置变化量的计算标准相同，从而有助于更精确地计算光学元件的位置变化量。

图16是本发明实施例提供的一种光学元件位置控制装置结构示意图，参考图16，该该位置控制装置包括本发明实施例提供的任意一种光学元件位置检测装置，还包括：控制单元70，与光学元件位置检测装置电连接，用于接收光学元件位置检测装置的输出的待测光学元件10的角度变化量和平移变化量，输出控制信号；电机80，与控制单元70电连接，与待测光学元件10机械连接，用于根据控制信号，调节待测光学元件的位置。

本发明提供的光学元件位置控制装置，通过在位置检测装置中设置第一测试单元，产生测试用的第一光束，并在待测光学元件或待测光学元件的反射底座上反射形成第二光束，然后通过聚焦透镜将第二光束聚焦至第一检测单元上形成光斑，利用第一检测单元检测光斑的位置变化，进而产生第一检测信号，继而通过数据处理单元计算出待测光学元件的角度变化量，并且由控制单元对电机进行控制，根据位置检测装置反馈的光学元件的的位置变化，从而精确调整光学元件的位置。本发明实施例可以对光学元件角度偏差进行检测和精确计算，有利于精确地对光学元件进行位置控制，减少光学元件漂移误差对光学系统产生的影响。

本发明实施例还提供了一种光学元件位置检测方法，图17是本发明实施例提供的一种光学元件位置检测方法的流程图，参考图2和图17，该检测方法包括：

S110、利用第一测试单元11投射第一光束至待测光学元件10或待测光学元件的反射底座上，第一光束101经待测光学元件10或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束102；

S120、聚焦第二光束102至焦面，形成光斑；

S130、检测第二光束102形成的光斑的位置变化，输出第一检测信号；

S140、根据第一检测信号，计算待测光学元件10的角度变化量。

本发明提供的光学元件位置检测方法，利用第一光束在待测光学元件或待测光学元件的反射底座上反射形成第二光束，然后通过聚焦第二光束形成光斑，检测光斑的位置变化，其中光斑的位置变化携带有光学元件的位置变化信息，进而通过数据处理单元计算出待测光学元件的角度变化量。本发明实施例可以对光学元件角度偏差进行检测和精确计算，有利于精确地对光学元件进行位置控制，减少光学元件漂移误差对光学系统产生的影响。

可选地，参考图10，该光学元件位置检测方法还包括：

S210、投射第五光束105至待测光学元件10或待测光学元件的反射底座上，第五光束105经待测光学元件10或待测光学元件的反射底座反射，形成第六光束106，其中，第一光束101和第二光束102形成第一光入射面，第五光束105和第六光束106形成第二光入射面，第一光入射面与第二光入射面存在第一夹角；

S220、检测第六光束106形成的光斑的位置变化，输出第三检测信号；

S230、根据待测光学元件10的角度变化量和第三检测信号，计算待测光学元件10的平移变化量。

通过另外设置的第五光束，经待测光学元件或待测光学元件的反射底座反射形成第六光束，再根据第六光束在第三检测单元上光斑的位置变化，其中光斑的位置变化包括有待测光学元件的角度变化量和平移变化量，可以除去由第一光束和第二光束计算获得的角度变化量，最终获得平移变化量，由此检测方法，可以更精确地获得待测光学元件的两种位置参数，有助于实现光学元件的精确控制和调节。

可选地，参考图14，该光学元件位置检测方法还包括：

S310、将第一光束101分束，形成第七光束107和第八光束108，第七光束107经待测光学元件10或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束102；

S320、聚焦第八光束108至焦面，形成光斑；

S330、检测第八光束108形成的光斑的位置变化，输出第四检测信号；

S340、根据第四检测信号，计算第一测试单元11的角度变化量，根据第一检测信号和第一测试单元11的角度变化量，计算待测光学元件10的角度变化量。

对于利用测试单元出射的测试光束进行光学元件位置检测，其测试单元出射测试光束时，测试单元的位置可能会发生变化，显然，此时测试光束的方向和位置因此也会发生变化，而测试光束的方向和位置同样会导致检测单元上光束光斑的质心变化，因此在进行光学元件位置的测量的过程中，容易引入由测试单元位置变化产生的误差，本发明实施例将第一光束分为第七光束和第八光束，利用第八光束检测测试单元的角度变化量，继而通过将第七光束中包含的测试单元的角度变化量去除，从而获得光学元件的角度变化量，由此可以防止测试单元的位置变化产生的干扰，消除测试单元位置变化产生的光学元件测量误差，保证光学元件的变化量的精确计算。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种光学元件位置检测装置，其特征在于，包括：

第一测试单元，用于产生第一光束；

第二分束镜，位于所述第一光束的光路上，用于将第一光束分束，形成第七光束和第八光束，所述第七光束经待测光学元件或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束；

第一聚焦透镜，位于所述第二光束的光路上，用于聚焦所述第二光束；

第一检测单元，位于所述第一聚焦透镜的焦面上，用于接收所述第二光束，根据所述第二光束在所述第一检测单元上形成的光斑的位置变化，输出第一检测信号；

第二聚焦透镜，位于所述第八光束的光路上，用于聚焦所述第八光束；

第四检测单元，位于所述第二聚焦透镜的焦面，用于接收所述第八光束，并根据所述第八光束在所述第四检测单元上形成的光斑的位置变化，输出第四检测信号；

数据处理单元，分别与所述第一检测单元和所述第四检测单元电连接，用于根据所述第四检测信号，计算所述第一测试单元的角度变化量，并根据所述第一检测信号和所述第一测试单元的角度变化量，计算所述待测光学元件的角度变化量。

2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，还包括：

第一分束镜，位于所述第二光束的光路上，用于将所述第二光束分束为第三光束和第四光束，所述第四光束沿所述第二光束的传播方向传播，通过所述第一聚焦透镜聚焦于所述第一检测单元上；

第二检测单元，位于所述第三光束的光路上，用于接收所述第三光束，根据所述第三光束在所述第二检测单元上形成的光斑的位置变化，输出第二检测信号；

所述数据处理单元还与所述第二检测单元电连接，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号，计算所述待测光学元件的平移变化量。

3.根据权利要求2所述的位置检测装置，其特征在于，还包括：

第三分束镜，位于所述第八光束的光路上，用于将所述第八光束分束，形成第九光束和第十光束，所述第十光束沿所述第八光束的传播方向传播，通过所述第二聚焦透镜聚焦于所述第四检测单元上；

第五检测单元，用于接收第九光束，并根据所述第九光束在所述第五检测单元上形成的光斑的位置变化，输出第五检测信号；

所述数据处理单元还与所述第五检测单元电连接，还用于根据所述第四检测信号和第五检测信号，计算所述第一测试单元的角度变化量和平移变化量，根据所述第一检测信号、所述第二检测信号以及所述第一测试单元的角度变化量和平移变化量，计算所述待测光学元件的角度变化量和平移变化量。

4.根据权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，所述第一检测单元、所述第四检测单元和第五检测单元为位置感应检测器。

5.根据权利要求3任意所述的位置检测装置，其特征在于，所述第一检测单元与标准第二光束垂直，所述第四检测单元与标准第八光束垂直，所述第五检测单元与标准第九光束垂直；

其中，所述标准第二光束、所述标准第八光束以及所述标准第九光束分别表示待测光学元件未发生位置变化时，入射对应的所述第一检测单元、所述第四检测单元和所述第五检测单元的光束。

6.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述待测光学元件为反射镜或透镜。

7.根据权利要求6所述的位置检测装置，其特征在于，当所述待测光学元件为透镜时，所述透镜固定设置于反射底座上，所述反射底座用于反射所述第七光束，形成所述第二光束。

8.一种光学元件位置控制装置，其特征在于，包括如权利要求2-5任一所述的光学元件位置检测装置，还包括：

控制单元，与所述光学元件位置检测装置电连接，用于接收所述光学元件位置检测装置的输出的所述待测光学元件的角度变化量和平移变化量，输出控制信号；

电机，与所述控制单元电连接，与所述待测光学元件机械连接，用于根据所述控制信号，调节所述待测光学元件位置。

9.一种光学元件位置检测方法，其特征在于，包括：

利用第一测试单元投射第一光束；

将第一光束分束，形成第七光束和第八光束，所述第七光束经待测光学元件或待测光学元件的反射底座反射，形成第二光束；

聚焦所述第二光束至焦面，形成光斑；

检测所述第二光束形成的光斑的位置变化，输出第一检测信号；

聚焦所述第八光束至焦面，形成光斑；

检测所述第八光束形成的光斑的位置变化，输出第四检测信号；

根据所述第四检测信号，计算所述第一测试单元的角度变化量，根据所述第一检测信号和所述第一测试单元的角度变化量，计算所述待测光学元件的角度变化量。

Images