CN114136589B - 光轴标记和对准装置 - Google Patents

Abstract

一种光轴标记和对准装置，包括准直光源、角锥棱镜、分光镜和近远场观察系统。准直光源经角锥棱镜内部反射，反射光表征准直光束的光轴，经角锥棱镜入射面反射光束表征角锥姿态。本发明通过角锥棱镜标记基准光轴的位置和指向，通过近远场观察系统确定入射光轴与基准光轴间的角度偏差以及入射光束位置与角锥顶点之间的横向平移偏差。

Description

光轴标记和对准装置

技术领域

本发明涉及光束指向控制，特别是一种光轴标记和对准装置。

背景技术

光学元件或系统工作特性在很多情况下对入射光束位置、夹角密切相关。微小的指向偏差经过长程传输后就会导致在光束作用目标面上偏离目标。在透镜表面微小的平移偏差也会导致在光束作用目标面上偏离目标。随着光学工程技术发展，在一些特殊的应用场合需要严格控制光束入射光束的位置和姿态。例如离轴抛物面镜，微小的角度偏差就会导致入射平行光束的汇聚焦点斯特列尔比严重下降。

角锥棱镜，又称回射镜，具有三个互相垂直的反射面，角锥棱镜的光学特性为从底面以任意方向入射于棱镜的光线，经三个反射镜顺序反射以后，出射光线以与入射光线平行的方向射出，即出射光线相对于入射光线旋转了180°。

发明内容

本发明的目的是提出一种光轴标记和对准装置，该装置通过角锥棱镜标记基准光轴的位置和指向，通过近远场观察系统确定入射光轴与基准光轴间的角度偏差以及入射光束位置与角锥顶点之间的横向平移偏差。

为实现上述目标，本发明的技术解决方案如下：

一种光轴标记和对准装置，其特点在于：包括沿同一光路设置的光源模块和分光镜；所述的光源模块用于发射准直光源，所述的分光镜的第一分光面相对所述的准直光源的透射光路上设有角锥棱镜，所述的分光镜的第二分光面相对角锥棱镜(3)的反射光路上设有近远场观察系统。

进一步，准直光源透射分光镜后成为入射光束入射角锥棱镜，一部分光经角锥棱镜表面反射成为第一返回光束，经分光镜反射进入近远场观察系统，另一部分光透过角锥棱镜表面成为角锥棱镜内部入射光束，并经角锥内表面反射后成为角锥棱镜内部回射光束，透过角锥棱镜表面成为第二返回光束，并经分光镜反射进入近远场观察系统。所述第一返回光束传输方向与入射光束的反方向关于角锥表面法线方向对称。所述第二返回光束传输方向与入射光束的方向相反。所述近远场观察系统用于观察第一返回光束和第二返回光束经分光镜后的角度偏差，以及观察所述角锥棱镜内部入射光束与角锥棱镜顶点之间的偏差。该角度偏差与所述角锥表面法线方向和所述入射光束之间的角度偏差的两倍相等。所述近远场观察系统直接观察到所述角锥内部入射光束位置与角锥棱镜顶点之间的横向平移偏差。

分光镜对所述准直光源可部分或者全部透过，对所述第一返回光束和第二返回光束可部分或者全部反射。所述角锥棱镜表面对所入射光束可部分反射部分透过，对经所述角锥内表面反射的回射光束可部分或者全部透过。所述角锥内表面将入射其中任意位置的光束多次反射后沿反方向回射。近远场观察系统可对不同方向入射进入所述近远场观察系统的光束进行区分。近远场观察系统可直接观察到所述角锥棱镜内部入射光束位置与角锥棱镜顶点之间的横向平移偏差。

本发明的技术效果如下：

通过角锥棱镜标记基准光轴的位置和指向，近远场观察系统确定入射光轴与基准光轴间的角度偏差和位置偏差，结构紧凑简单，确保入射光束沿目标光轴传输。

通过巧妙的设计，既可反映入射光束与光轴的角度偏差，又可反映入射光束与光轴标记的横向位移偏差。

附图说明

图1是本发明光轴标记和对准装置的示意图

图中：

1-准直光源；101-入射光束；102-第一返回光束；103-角锥棱镜内部入射光束；104-角锥棱镜内部回射光束；105-第二返回光束；2-分光镜；3-角锥棱镜；301-角锥棱镜表面；3011-角锥表面法线方向；302-角锥内表面；303-角锥顶点；4-近远场观察系统；

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1是本发明光轴标记和对准装置示意图，由图可见，本发明光轴标记和对准装置由准直光源1、分光镜2、角锥棱镜3、和近远场观察系统4。准直光源1经分光镜2透射后，作为入射光束101入射到角锥棱镜3。一部分光经角锥棱镜表面301反射成为第一返回光束102，经分光镜2反射后，进入近远场观察系统4。另一部分光透过角锥棱镜表面301成为角锥棱镜内部入射光束103，并经角锥内表面302反射后回射后成为角锥棱镜内部回射光束104，并透过角锥棱镜表面301成为第二返回光束105，经分光镜2反射后，进入近远场观察系统4。所述第一返回光束102传输方向与入射光束101的反方向关于角锥表面法线方向3011对称。所述第二返回光束105传输方向与入射光束101的方向相反。所述近远场观察系统4用于观察第一返回光束102和第二返回光束105经分光镜后的角度偏差，以及观察所述角锥内部入射光束103与角锥棱镜顶点303之间的偏差。该角度偏差与所述角锥表面法线方向3011和所述入射光束101之间的角度偏差的两倍相等。所述近远场观察系统4直接观察到所述角锥内部入射光束位置与角锥棱镜顶点303之间的横向平移偏差。

研究表明，本发明光轴标记和对准装置，通过角锥棱镜标记基准光轴的位置和指向，近远场观察系统确定入射光轴与基准光轴间的角度偏差和位置偏差，结构紧凑简单，可通过调节准直光源入射光束的平移和角度确保入射光束沿目标光轴传输。

Claims (5)

1.一种光轴标记和对准装置，其特征在于：包括沿同一光路设置的光源模块（1）和分光镜（2）；所述的光源模块（1）用于发射准直光源，所述的分光镜（2）的第一分光面相对所述的准直光源的透射光路上设有角锥棱镜（3），所述的分光镜（2）的第二分光面相对角锥棱镜（3）的反射光路上设有近远场观察系统（4）；

所述的准直光源经分光镜（2）透射后，作为入射光束（101）入射到所述的角锥棱镜（3），一部分光经角锥棱镜（3）的第一表面（301）反射后，作为第一返回光束（102），入射到所述的分光镜（2），经该分光镜（2）反射后，射入近远场观察系统（4），另一部分光经角锥棱镜（3）的第一表面（301）透射后成为角锥棱镜内部入射光束（103），经角锥棱镜（3）的第二表面、第三表面、第四表面（302）反射后成为角锥棱镜内部回射光束（104），再经第一表面（301）透射后，作为第二返回光束（105），入射到所述的分光镜（2），经该分光镜（2）后射入近远场观察系统（4）；

所述的近远场观察系统（4）用于观察经所述的角锥棱镜（3）第一表面（301）反射后的第一返回光束（102）与所述角锥棱镜内部回射光束（104）经所述的角锥棱镜（3）第一表面（301）透射后的第二返回光束（105）的角度偏差，以及所述角锥棱镜内部入射光束（103）与角锥棱镜顶点（303）之间的横向平移偏差。

2.根据权利要求1所述的光轴标记和对准装置，其特征在于：所述第二返回光束（105）传输方向与入射光束（101）传输方向相反，即第二返回光束（105）相对于入射光束（101）旋转了180°；所述的第一返回光束（102）传输方向与入射光束（101）传输方向相反，且关于所述的角锥棱镜（3）的第一表面（301）的法线方向（3011）对称。

3.根据权利要求 2所述的光轴标记和对准装置，其特征在于：所述的分光镜（2）对 准直光源可部分或者全部透过，对所述第一返回光束（102）和第二返回光束（105）可部分或者全部反射。

4.根据权利要求2或3所述的光轴标记和对准装置，其特征在于：所述的角锥棱镜的第一表面（301）对入射光束（101）可部分反射部分透过，对角锥棱镜内部回射光束（104）可部分或者全部透过。

5.根据权利要求1所述的光轴标记和对准装置，其特征在于所述的近远场观察系统（4）可对不同方向入射进入光束进行区分。