CN113885220A - 一种组合光学器件安装底座校轴装置及校轴方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合光学器件安装底座校轴装置，设置于光学平台上，其特征在于：包括平行光管，其发出平行光束；光探测器，其设置于平行光管内；调整机构，其设置于平行光管出光方向，通过调整机构调整底座的方位和倾斜度；底座，其设置于调整机构上；平面反射镜，其竖直设置于底座上，平面反射镜的迎光面与平行光管的出光方向相对；角锥棱镜，其设置于平行光管出光方向。并公开了一种使用上述装置的校轴方法。采用本发明的一种组合光学器件安装底座校轴装置及校轴方法，可将组合光学器件的安装底座与输入光束的光轴调整至一致。

Description

一种组合光学器件安装底座校轴装置及校轴方法
技术领域
本发明涉及一种组合光学器件安装底座校轴装置及校轴方法，属于光学底座校轴技术领域。
背景技术
由多块镜子构成的组合光学器件如扩束器、缩束器等的安装调试过程中需要对其底座进行精确校轴，其目的是保证组合光学器件的安装调试底座与理想输入光束的光轴在三维空间上严格平行，从而避免其光学组件在调试过程中出现轴差而导致的像质恶化。
角锥棱镜是由三个相互垂直的工作面组成的四面体，其中三个相互垂直的反射面具有等腰三角形的特性，而底面是一个等边三角形的入射面，具有入射光线和反射光线的作用。它是依据临界角原理制造的内部全反射棱镜。角锥棱镜的重要特性是无论入射光线从底工作面，以任意方向进入角锥棱镜的光线，经过三个相互垂直工作面依次反射之后，仍从底工作面射出时，出射光线方向与入射光线方向始终保持平行，即出射光线相对于入射光线旋转180°。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种组合光学器件安装底座校轴装置及校轴方法，本发明可将组合光学器件的安装底座与输入光束的光轴调整至一致。
本发明采用的技术方案如下：
一种组合光学器件安装底座校轴装置，设置于光学平台上，包括平行光管，其发出平行光束；
光探测器，其设置于平行光管内；
调整机构，其设置于平行光管出光方向，通过调整机构调整底座的方位和倾斜度；
底座，其设置于调整机构上；
平面反射镜，其竖直设置于底座上，平面反射镜的迎光面与平行光管的出光方向相对；
角锥棱镜，其设置于平行光管出光方向。
在本发明中，平行光管用于发出平行光束；光探测器用于接收反射光束并记录反射光束的位置；调整机构调整底座的方位和倾斜度；调整机构调整底座的方位和倾斜度，使得底座与平行光管发出的光束平行；角锥棱镜，使得平行光管发出的光束经过角锥棱镜反射后原路返回平行光管内；平面反射镜竖直设置于底座上，使得当底座与平行光管光轴重合后，平面反射镜的反射光束与入射光束重合。
在本发明中，平行光管的发射光束经过角锥棱镜被角锥棱镜反射后，反射光束原路返回进入平行光管，首先测得反射光束在平行光管内光探测器中光斑的位置；取走角锥棱镜和/或安装好平面反射镜，通过调整机构调整底座使得平面反射镜的反射光束光斑在光探测器中的位置，与角锥棱镜的反射光束光斑位置重合；由于角锥棱镜性质使得反射光与输入光束始终平行，通过调整底座位置使得平面反射镜的反射光束与角锥棱镜的反射光束重合，因为平面反射镜垂直于底座，此时底座必然与输入光束的光轴平行；因此通过本发明的底座校轴装置能够将组合光学器件的安装底座与理想输入光束的光轴精确调整至一致，从而消除由此引起的轴差，保证系统像质。
作为优选，所述调整机构包括第一升降台和第二升降台，位于底座的两端。
在上述方案中，通过第一升降台和第二升降台，使得底座能够稳定的放置在调整机构上，并且通过调整第一升降台和/或第二升降台的高低和方位，方便调整使得平面反射镜的反射光束在光探测器上的光斑，与角锥棱镜的反射光束在光探测器上的光斑重合。
作为优选，所述调整机构为X架。
在上述方案中，X架是一种简单，方便调节的调整机构，方便调节其高低和方位。
作为优选，所述调整机构可移动。
在上述方案中，调整机构可以通过移动方位，调整底座的方位。
作为优选，所述平面反射镜为方形平面反射镜。
作为优选，所述平面反射镜的底部设置放置部。
在上述方案中，设置放置部便于将平面反射镜直接放置于底座上。
作为优选，所述平面反射镜的尺寸小于平行光管发射光束的尺寸。
在上述方案中，平面反射镜只反射平面反射镜尺寸大小的反射光束，并在平行光管内的光探测器上形成光斑。
作为优选，所述角锥棱镜的尺寸小于平行光管发射光束的尺寸。
在上述方案中，平行光管发出的光束通过角锥棱镜，只会反射角锥棱镜入射面大小的反射光束，在平行光管内的光探测器上形成光斑。
作为优选，角锥棱镜入射面的尺寸与平面反射镜的尺寸相当。
在上述方案中，角锥棱镜和平面反射镜在光探测器上形成的光斑大小相当，使两者重合。
作为优选，所述角锥棱镜设置在支架上。
在上述方案中，设置支架方便移动角锥棱镜。
作为优选，所述角锥棱镜可移动位置。
在上述方案中，可以通过移动角锥棱镜，将其放置在所需的位置上。
一种组合光学器件安装底座校轴方法，包括以下步骤：
步骤a：使角锥棱镜面对平行光管，打开平行光管，平行光管的发射光束经过角锥棱镜反射返回平行光管内，记录反射光束在光探测器中光斑的位置；
步骤b：使平面反射镜面对平行光管，平行光管的发射光束经过平面反射镜反射返回平行光管，通过调整机构调整底座高低和方位，使得平面反射镜的反射光束在光探测器中光斑的位置，与角锥棱镜的反射光束在光探测器中光斑的位置重合；
步骤c：固定调整机构以及底座的位置，完成组合光学器件安装底座校轴过程。
在本发明，步骤a中，平行光管的发射光束经过角锥棱镜反射，反射光束原路返回，基于角锥棱镜的光学特性，得到光轴平行于输入光束光轴的反射光束，并利用光探测器对其进行定位；然后步骤b，通过调整机构调整底座，使得平面反射镜的反射光束光斑与角锥棱镜的反射光束光斑重合，即代表平面反射镜的反射光束光轴与输入光束光轴平行，由于平面反射镜与底座垂直，因此此时底座与输入光束的光轴平行，达到校轴目的，校轴完成后不再挪动调整机构和底座的位置。
作为优选，包括以下步骤：
步骤a：将角锥棱镜放置于底座的后端，使角锥棱镜面对平行光管，打开平行光管，平行光管的发射光束经过角锥棱镜反射返回平行光管内，记录反射光束在光探测器中光斑的位置；
步骤b：将平面反射镜竖直放置于底座上，使平面反射镜面对平行光管，平行光管的发射光束经过平面反射镜反射返回平行光管，通过调整机构调整底座高低和方位，使得平面反射镜的反射光束在光探测器中光斑的位置，与角锥棱镜的反射光束在光探测器中光斑的位置重合；
步骤c：固定调整机构以及底座的位置，完成组合光学器件安装底座校轴过程。
作为优选，包括以下步骤：
步骤a：将角锥棱镜放置于底座的前端，使角锥棱镜面对平行光管，打开平行光管，平行光管的发射光束经过角锥棱镜反射返回平行光管内，记录反射光束在光探测器中光斑的位置，然后移走角锥棱镜；
步骤b：将平面反射镜竖直放置于底座上或提前放置，使平面反射镜面对平行光管，平行光管的发射光束经过平面反射镜反射返回平行光管，通过调整机构调整底座高低和方位，使得平面反射镜的反射光束在光探测器中光斑的位置，与角锥棱镜的反射光束在光探测器中光斑的位置重合；
步骤c：固定调整机构以及底座的位置，完成组合光学器件安装底座校轴过程。
在上述方案中，可以根据需要，选择角锥棱镜的设置位置，达到组合光学器件的安装底座校轴目的。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、装置简单，使用方便，校轴精度高；
2、可用于组合光学器件安装调试过程中对底座的校轴；
3、可将组合光学器件的安装底座与理想输入光束的光轴精确调整至一致。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是组合光学器件安装底座校轴装置示意图；
图2a、图2b是一种校轴方法示意图；
图3a、图3b是另一种校轴方法示意图。
图中标记：1-平行光管、11-光探测器、2-调整机构、21-第一升降台、22-第二升降台、3-底座、4-平面反射镜、5-角锥棱镜、51-支架、6-光学平台。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，本实施例的一种组合光学器件安装底座校轴装置，设置于光学平台6上，包括平行光管1，其发出平行光束；
光探测器11，其设置于平行光管1内，用于接收反射光束并记录反射光束的位置；
调整机构2，其设置于平行光管1出光方向，通过调整机构2调整底座3的方位和倾斜度，使得底座3与平行光管1发出的光束平行；
底座3，其设置于调整机构2上；
平面反射镜4，其竖直设置于底座3上，平面反射镜4的迎光面与平行光管1的出光方向相对，通过平面反射镜4与角锥棱镜5的配合，达到校轴的目的；
角锥棱镜5，其设置于平行光管1出光方向，使得平行光管1发出的光束经过角锥棱镜5反射后原路返回平行光管1内。
本实施例中，平行光管1的发射光束经过角锥棱镜5被角锥棱镜5反射后，反射光束原路返回进入平行光管1，首先测得反射光束在平行光管1内光探测器11中光斑的位置；取走角锥棱镜5和/或安装好平面反射镜4，通过调整机构2调整底座3使得平面反射镜4的反射光束光斑在光探测器11中的位置，与角锥棱镜5的反射光束光斑位置重合；由于角锥棱镜5性质使得反射光与输入光束始终平行，通过调整底座3位置使得平面反射镜4的反射光束与角锥棱镜5的反射光束重合，因为平面反射镜4垂直于底座3，此时底座3必然与输入光束的光轴平行；因此通过本发明的底座3校轴装置能够将组合光学器件的安装底座3与理想输入光束的光轴精确调整至一致，从而消除由此引起的轴差，保证系统像质。
作为优选，调整机构2包括第一升降台21和第二升降台22，位于底座3的两端，通过第一升降台21和第二升降台22，使得底座3能够稳定的放置在调整机构2上，并且通过调整第一升降台21和/或第二升降台22的高低和方位，方便调整使得平面反射镜4的反射光束在光探测器11上的光斑，与角锥棱镜5的反射光束在光探测器11上的光斑重合。
作为优选，调整机构2为X架，X架是一种简单，方便调节的调整机构2，方便调节其高低和方位。
作为优选，所述调整机构2可移动，通过移动方位，调整底座的方位。
作为优选，平面反射镜4为方形平面反射镜。
作为优选，平面反射镜4的底部设置放置部，设置放置部便于将平面反射镜4直接放置于底座3上。
作为优选，平面反射镜4的尺寸小于平行光管1发射光束的尺寸，平面反射镜4只反射平面反射镜4尺寸大小的反射光束，并在平行光管1内的光探测器11上形成光斑。
作为优选，角锥棱镜5的尺寸小于平行光管1发射光束的尺寸，平行光管1发出的光束通过角锥棱镜5，只会反射角锥棱镜5入射面大小的反射光束，在平行光管1内的光探测器11上形成光斑。
作为优选，角锥棱镜5入射面的尺寸与平面反射镜4的尺寸相当，角锥棱镜5和平面反射镜4在光探测器11上形成的光斑大小相当，使两者重合。
作为优选，角锥棱镜5设置在支架51上，设置支架51方便移动角锥棱镜5。
作为优选，角锥棱镜5可移动位置，可以通过移动角锥棱镜5，将其放置在所需的位置上。
一种组合光学器件安装底座校轴方法，用于扩束器底座校轴，如图2a-图2b所示，包括以下步骤：
步骤a：将角锥棱镜5放置于底座3的后端，使角锥棱镜5面对平行光管1，打开平行光管1，平行光管1的发射光束经过角锥棱镜5反射返回平行光管1内，记录反射光束在光探测器11中光斑的位置，记为(X0，Y0)；
步骤b：将平面反射镜4竖直放置于底座3上，使平面反射镜4面对平行光管1，平行光管1的发射光束经过平面反射镜4反射返回平行光管1，通过调整机构2调整底座3高低和方位，调整平面反射镜4的反射光束在光探测器11中光斑的位置到(X0，Y0)；
步骤c：固定调整机构2以及底座3的位置，完成组合光学器件安装底座3校轴过程。
在另一实施例中，一种组合光学器件安装底座校轴方法，用于缩束器底座校轴，如图3a-图3b所示，包括以下步骤：
步骤a：将角锥棱镜5放置于底座3的前端，使角锥棱镜5面对平行光管1，打开平行光管1，平行光管1的发射光束经过角锥棱镜5反射返回平行光管1内，记录反射光束在光探测器11中光斑的位置，然后移走角锥棱镜5；
步骤b：提前将平面反射镜4竖直放置于底座3上，使平面反射镜4面对平行光管1，平行光管1的发射光束经过平面反射镜4反射返回平行光管1，通过调整机构2调整底座3高低和方位，调整平面反射镜4的反射光束在光探测器11中光斑的位置到(X0，Y0)；
步骤c：固定调整机构2以及底座3的位置，完成组合光学器件安装底座3校轴过程。
使用本发明的组合光学器件安装底座校轴方法，步骤a中，平行光管1的发射光束经过角锥棱镜5反射，反射光束原路返回，基于角锥棱镜5的光学特性，得到光轴平行于输入光束光轴的反射光束，并利用光探测器11对其进行定位；然后步骤b，通过调整机构2调整底座3，使得平面反射镜4的反射光束光斑与角锥棱镜5的反射光束光斑重合，即代表平面反射镜4的反射光束光轴与输入光束光轴平行，由于平面反射镜4与底座3垂直，因此此时底座3与输入光束的光轴平行，达到校轴目的，校轴完成后不再挪动调整机构2和底座3的位置。
综上所述，采用本发明的一种组合光学器件安装底座校轴装置及校轴方法，装置简单，使用方便，校轴精度高；可用于组合光学器件安装调试过程中对底座的校轴；通过本发明可将组合光学器件的安装底座与理想输入光束的光轴精确调整至一致。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种组合光学器件安装底座校轴装置，设置于光学平台(6)上，其特征在于：包括平行光管(1)，其发出平行光束；
光探测器(11)，其设置于平行光管(1)内；
调整机构(2)，其设置于平行光管(1)出光方向，通过调整机构(2)调整底座(3)的方位和倾斜度；
底座(3)，其设置于调整机构(2)上；
平面反射镜(4)，其竖直设置于底座(3)上，平面反射镜(4)的迎光面与平行光管(1)的出光方向相对；
角锥棱镜(5)，其设置于平行光管(1)出光方向。
2.如权利要求1所述的组合光学器件安装底座校轴装置，其特征在于：所述调整机构(2)包括第一升降台(21)和第二升降台(22)，位于底座(3)的两端。
3.如权利要求1所述的组合光学器件安装底座校轴装置，其特征在于：所述调整机构(2)为X架。
4.如权利要求1所述的组合光学器件安装底座校轴装置，其特征在于：所述平面反射镜(4)为方形平面反射镜(4)。
5.如权利要求1所述的组合光学器件安装底座校轴装置，其特征在于：所述平面反射镜(4)的底部设置放置部。
6.如权利要求1所述的组合光学器件安装底座校轴装置，其特征在于：所述角锥棱镜(5)设置在支架(51)上。
7.如权利要求1所述的组合光学器件安装底座校轴装置，其特征在于：所述角锥棱镜(5)可移动位置。
8.一种组合光学器件安装底座校轴方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：使角锥棱镜(5)面对平行光管(1)，打开平行光管(1)，平行光管(1)的发射光束经过角锥棱镜(5)反射返回平行光管(1)内，记录反射光束在光探测器(11)中光斑的位置；
步骤b：使平面反射镜(4)面对平行光管(1)，平行光管(1)的发射光束经过平面反射镜(4)反射返回平行光管(1)，通过调整机构(2)调整底座(3)高低和方位，使得平面反射镜(4)的反射光束在光探测器(11)中光斑的位置，与角锥棱镜(5)的反射光束在光探测器(11)中光斑的位置重合；
步骤c：固定调整机构(2)以及底座(3)的位置，完成组合光学器件安装底座(3)校轴过程。
9.如权利要求8所述的组合光学器件安装底座校轴方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：将角锥棱镜(5)放置于底座(3)的后端，使角锥棱镜(5)面对平行光管(1)，打开平行光管(1)，平行光管(1)的发射光束经过角锥棱镜(5)反射返回平行光管(1)内，记录反射光束在光探测器(11)中光斑的位置；
步骤b：将平面反射镜(4)竖直放置于底座(3)上，使平面反射镜(4)面对平行光管(1)，平行光管(1)的发射光束经过平面反射镜(4)反射返回平行光管(1)，通过调整机构(2)调整底座(3)高低和方位，使得平面反射镜(4)的反射光束在光探测器(11)中光斑的位置，与角锥棱镜(5)的反射光束在光探测器(11)中光斑的位置重合；
步骤c：固定调整机构(2)以及底座(3)的位置，完成组合光学器件安装底座(3)校轴过程。
10.如权利要求8所述的组合光学器件安装底座校轴方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：将角锥棱镜(5)放置于底座(3)的前端，使角锥棱镜(5)面对平行光管(1)，打开平行光管(1)，平行光管(1)的发射光束经过角锥棱镜(5)反射返回平行光管(1)内，记录反射光束在光探测器(11)中光斑的位置，然后移走角锥棱镜(5)；
步骤b：将平面反射镜(4)竖直放置于底座(3)上或提前放置，使平面反射镜(4)面对平行光管(1)，平行光管(1)的发射光束经过平面反射镜(4)反射返回平行光管(1)，通过调整机构(2)调整底座(3)高低和方位，使得平面反射镜(4)的反射光束在光探测器(11)中光斑的位置，与角锥棱镜(5)的反射光束在光探测器(11)中光斑的位置重合；
步骤c：固定调整机构(2)以及底座(3)的位置，完成组合光学器件安装底座(3)校轴过程。
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