CN116858504A - 光轴监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光电探测领域，旨在解决如何提升多波段光轴监测的精度的问题，提供光轴监测系统。光轴监测系统包括发光件、凸透镜组、凹透镜组和滤光镜组。发光件用于提供待检测光线。凸透镜组与发光件间隔设置。凹透镜组设于凸透镜组远离发光件的一侧，凸透镜组能够汇聚发光件的光线使其射向凹透镜组。滤光镜组包括第一分光镜，第一分光镜设于凹透镜组远离凸透镜组的一侧，光线经过第一分光镜以分成至少两个波段的光轴，以用于同时监测至少两个波段的光轴。光轴监测系统调整光线的光轴穿过凸透镜组的中心线，并且凸透镜组的焦距比较短，有利于减小凸透镜组与凹透镜组之间的位置误差，以达到提高光轴监测系统同时监测至少两个波段光轴的精度的效果。

Description

光轴监测系统

技术领域

本申请涉及光电探测领域，具体而言，涉及光轴监测系统。

背景技术

光轴监测系统需要同时监测多个波段（可见光波段到近红外波段）的光轴，现有技术中，采用离轴反射式系统对多个波段的光轴进行同时监测。

现有的离轴反射式系统，离轴反射式系统中的主、次镜离轴角在设计时，离轴角较大，主、次镜之间的距离较长，在主、次镜的径向和轴向位置发生变化时，系统波象差及光轴会发生较大变化，致使系统的检测精度下降。如何解决上述技术问题，是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

本申请提供光轴监测系统，以解决如何提升多波段光轴监测的精度的问题。

本申请的实施例提供一种光轴监测系统，包括发光件、凸透镜组、凹透镜组和滤光镜组。发光件用于提供待检测光线。凸透镜组与所述发光件间隔设置。凹透镜组设于所述凸透镜组远离所述发光件的一侧，所述凸透镜组能够汇聚所述发光件的光线使其射向所述凹透镜组。滤光镜组包括第一分光镜，所述第一分光镜设于所述凹透镜组远离所述凸透镜组的一侧，所述光线经过所述第一分光镜以分成至少两个波段的光轴，以用于同时监测至少两个波段的光轴。所述凸透镜组包括第一凸透镜、第一凹透镜和凸面镜，所述第一凸透镜的一侧朝向所述发光件、另一侧连接所述第一凹透镜，所述第一凹透镜与所述凸面镜间隔设置，所述凸面镜的朝向所述第一凹透镜。所述凸透镜组还包括第二凸透镜和第二凹透镜，所述第二凸透镜的焦距小于所述第一凸透镜，所述第二凹透镜的焦距小于所述第一凹透镜，所述第二凸透镜的一侧朝向所述凸面镜、另一侧连接所述第二凹透镜，所述第二凹透镜与所述凹透镜组间隔设置。所述光轴监测系统还包括第二反射镜，所述第二反射镜设于所述凸面镜与所述第二凸透镜之间，所述第二反射镜用于反射所述凸面镜发出的光线使其进入所述第二凸透镜，以使凸面镜与第二凸透镜不在一条直线上。

相较于现有技术，本实施例提供的光轴监测系统，首先凸透镜组汇聚发光件的光线，通过观察凸透镜的焦点，调整光线的光轴穿过凸透镜组的中心线，并且凸透镜组的焦距比较短，有利于减小凸透镜组与凹透镜组之间的位置误差，提升放置凹透镜组的位置精度，凸透镜组使光线的光轴穿过凹透镜组的中心线，因此提升光线的光轴穿过凸透镜组的中心线及凹透镜组的中心线的位置精度，然后光线经过第一分光镜分成至少两个波段的光轴，以用于同时监测至少两个波段的光轴，以达到提高光轴监测系统同时监测至少两个波段光轴的精度的效果。

在一种可能的实施方式中，所述光轴监测系统还包括第一反射镜，所述发光件与所述凸透镜组设于所述第一反射镜的一侧，所述第一反射镜用于反射所述发光件发出的光线使其进入所述凸透镜组。

在一种可能的实施方式中，所述滤光镜组还包括第二分光镜，所述第二分光镜与所述第一分光镜相对设置，所述第二分光镜用于与所述第一分光镜配合以使所述光线分成多个波段的光轴。

在一种可能的实施方式中，所述发光件、所述凸透镜组、所述凹透镜组和所述第一分光镜设于第一水平面，所述第二分光镜设于第二水平面，所述第一水平面与所述第二水平面间隔设置。

在一种可能的实施方式中，所述光轴监测系统还包括第一监测件和第二监测件，所述第一监测件和第二监测件分别设于所述第一分光镜的两侧，所述第一监测件用于检测位于所述第一分光镜一侧的光轴，所述第二监测件用于检测位于所述第一分光镜另一侧的光轴。

在一种可能的实施方式中，所述光轴监测系统还包括第三反射镜，所述第一监测件与所述第一分光镜设于所述第三反射镜的一侧，所述第三反射镜用于反射自所述第一分光镜射出的光线使其进入所述第一监测件。

在一种可能的实施方式中，所述光轴监测系统还包括第四反射镜，所述第二监测件与所述第一分光镜设于所述第四反射镜的一侧，所述第四反射镜用于反射自所述第一分光镜射出的光线使其进入所述第二监测件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例的光轴监测系统的立体示意图；

图2为图1的光轴监测系统的正面示意图；

图3为图2的光轴监测系统沿着A-A线的剖视图；

图4为图2的光轴监测系统沿着B-B线的剖视图；

图5为图2的光轴监测系统沿着C-C线的剖视图。

主要元件符号说明：

1、光轴监测系统；11、发光件；12、凸透镜组；121、第一凸透镜；122、第一凹透镜；123、凸面镜；124、第二凸透镜；125、第二凹透镜；13、凹透镜组；14、滤光镜组；141、第一分光镜；142、第二分光镜；143、第三反射镜；144、第四反射镜；145、第五反射镜；15、第一反射镜；16、第二反射镜；17、第一水平面；18、第二水平面；3、第一监测件；31、第一探测器；32、第一衰减转盘；4、第二监测件；41、第二探测器；42、第二衰减转盘；43、第三探测器；44、第三衰减转盘；2、光线；21、第一光轴；22、第二光轴；23、第三光轴；24、第四光轴。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例

请参阅图1至图5，本实施例提供一种光轴监测系统1，包括发光件11、凸透镜组12、凹透镜组13和滤光镜组14。发光件11用于提供待检测光线2。凸透镜组12与发光件11间隔设置。凹透镜组13设于凸透镜组12远离发光件11的一侧，凸透镜组12能够汇聚发光件11的光线2使其射向凹透镜组13。滤光镜组14包括第一分光镜141，第一分光镜141设于凹透镜组13远离凸透镜组12的一侧，光线2经过第一分光镜141以分成至少两个波段的光轴，以用于同时监测至少两个波段的光轴。

本实施例提供的光轴监测系统1，首先凸透镜组12汇聚发光件11的光线2，通过观察凸透镜的焦点，调整光线2的光轴穿过凸透镜组12的中心线，并且凸透镜组12的焦距比较短，有利于减小凸透镜组12与凹透镜组13之间的位置误差，提升放置凹透镜组13的位置精度，凸透镜组12使光线2的光轴穿过凹透镜组13的中心线，因此提升光线2的光轴穿过凸透镜组12的中心线及凹透镜组13的中心线的位置精度，然后光线2经过第一分光镜141分成至少两个波段的光轴，以用于同时监测至少两个波段的光轴，以提高光轴监测系统1同时监测至少两个波段光轴的精度。

发光件11为孔径光阑，孔径光阑的直径为120mm。发光件11与凸透镜组12的入光面相对放置，并且两者之间的距离为10mm。

凹透镜组13，凸透镜组12的出光面与凹透镜组13的入光面相对放置，并且两者之间的距离范围在5mm至15mm之间。凹透镜组13的折射率的范围在1.65至2之间、阿贝数的范围在35至60之间的玻璃；可采用的玻璃有：H-LAK3、LAK6、LAK52、LAK53、H-LAF3、H-LAF4、等镧系或重镧系玻璃。

第一分光镜141为平板镜片，根据光轴监测系统1检测波段的需求，可以更换不同的平板镜片。凹透镜组13的出光面与第一分光镜141的入光面相对放置，并且两者之间的距离范围在300mm至500mm之间。

在一种可能的实施方式中，光轴监测系统1还包括第一反射镜15，发光件11与凸透镜组12设于第一反射镜15的一侧，第一反射镜15用于反射发光件11发出的光线2使其进入凸透镜组12。

在本实施例中，第一反射镜15为平面镜，光线2通过第一反射镜15改变传播方向，从而使发光件11与凸透镜组12不在一条直线上，以避免发光件11与凸透镜组12排列的长度太长，因此减小光轴监测系统1的总长度，有利于提升光轴监测系统1的位置精度。

请结合图2和图3所示，在一种可能的实施方式中，凸透镜组12包括第一凸透镜121、第一凹透镜122和凸面镜123，第一凸透镜121的一侧朝向发光件11、另一侧连接第一凹透镜122，第一凹透镜122与凸面镜123间隔设置，凸面镜123的朝向第一凹透镜122。

在本实施例中，第一凸透镜121采用双凸透镜，在其他实施例中，第一凸透镜121采用弯月形透镜，第一凸透镜121能够起到汇聚光线2的作用即可，本实施例不以第一凸透镜121的形状为限制。第一凸透镜121的输出面与第一凹透镜122的输入面通过粘接胶合在一起。第一凸透镜121采用折射率的范围在1.65至2之间，阿贝数的范围在35至60之间的玻璃。可采用的玻璃有：H-LAF4、H-LAF6、H-LAF10、H-LAF50、H-LAF52、H-LAF53、H-ZLAF3、H-ZLAF4等镧系或重镧系玻璃。

第一凹透镜122采用双凹或者弯形透镜，本实施例不以第一凹透镜122的形状为限制。第一凹透镜122采用折射率的范围在1.7至2之间，阿贝数的范围在18至40之间的玻璃。可采用的玻璃有：可采用的玻璃有：H-ZF7、H-ZF13、H-ZF52、H-ZF62、H-ZF71、H-ZF88等重火石玻璃。

第一凹透镜122的输出面与凸面镜123的输入面相对放置，并且两者之间的距离范围在1mm至8mm之间。

凸面镜123采用双凸或者单面凸透镜，本实施例不以凸面镜123的形状为限制。凸面镜123折射率的范围在1.65至2之间、阿贝数的范围在35-60之间的玻璃；可采用的玻璃有：H-LAK3、LAK53、H-LAF3、H-LAF4、H-LAF6、H-LAF55、H-ZLAF3、H-ZLAF4、H-ZLAF53等镧系或重镧系玻璃。

在一种可能的实施方式中，凸透镜组12还包括第二凸透镜124和第二凹透镜125，第二凸透镜124的焦距小于第一凸透镜121，第二凹透镜125的焦距小于第一凹透镜122，第二凸透镜124的一侧朝向凸面镜123、另一侧连接第二凹透镜125，第二凹透镜125与凹透镜组13间隔设置。

在本实施例中，凸面镜123的出光面与第二凸透镜124的输入面相对放置，并且两者之间的距离范围在100mm至200mm之间。

第二凸透镜124的折射率的范围在1.65至2之间、阿贝数的范围在35-60之间的玻璃；可采用的玻璃有：H-LAK3、LAK6、LAK52、LAK53、H-LAF3等镧系或重镧系玻璃。

第二凹透镜125的折射率的范围在1.6至1.8之间、阿贝数的范围在30-60之间的玻璃；可采用的玻璃有：H-ZF7、H-ZF62、H-ZF71、H-ZF88等重火石玻璃。

第二凸透镜124的出光面与第二凹透镜125的输入面通过粘接胶合在一起。

在一种可能的实施方式中，光轴监测系统1还包括第二反射镜16，第二反射镜16设于凸面镜123与第二凸透镜124之间，第二反射镜16用于反射凸面镜123发出的光线2使其进入第二凸透镜124。

在本实施例中，第二反射镜16为平面镜，光线2通过第二反射镜16改变传播方向，从而使凸面镜123与第二凸透镜124不在一条直线上，以避免凸面镜123与第二凸透镜124排列的长度太长，因此减小光轴监测系统1的总长度，有利于提升光轴监测系统1的位置精度。

在一种可能的实施方式中，滤光镜组14还包括第二分光镜142，第二分光镜142与第一分光镜141相对设置，第二分光镜142用于与第一分光镜141配合以使光线2分成多个波段的光轴。

在一种可能的实施方式中，发光件11、凸透镜组12、凹透镜组13和第一分光镜141设于第一水平面17，第二分光镜142设于第二水平面18，第一水平面17与第二水平面18间隔设置。如此设置以减小光轴监测系统1的总长度，有利于提升光轴监测系统1的位置精度。

在一种可能的实施方式中，光轴监测系统1还包括第一监测件3和第二监测件4，第一监测件3和第二监测件4分别设于第一分光镜141的两侧，第一监测件3用于检测位于第一分光镜141一侧的光轴，第二监测件4用于检测位于第一分光镜141另一侧的光轴。

在本实施例中，第一分光镜141把光线2分成第一光轴21和第二光轴22，第一光轴21进入第一监测件3，第二光轴22进入第二分光镜142，第二分光镜142再把第二光轴22分成第三光轴23和第四光轴24。

第一分光镜141对波段为632.8nm的光线2的反射率与透过率的比率为50％：50％;第一分光镜141对波段为808nm的光线2的反射率与透过率的比率为50％：50％;第一分光镜141对波段为1100nm的光线2的反射率与透过率的比率为50％：50％;第一分光镜141对波段为1750nm的光线2的反射率与透过率的比率为50％：50％。

第二分光镜142对波段为632.8nm的光线2的反射率≥99％；第二分光镜142对波段为808nm的光线2的反射率≥99％；第二分光镜142对波段为1100nm的光线2的透过率≥99％；第二分光镜142对波段为1750nm的光线2的透过率≥99％。

第一监测件3包括第一探测器31和第一衰减转盘32。第一衰减转盘32包括四个通道，分别为632.8nm通道、808nm通道、1100nm通道和1750nm通道，第一衰减转盘32的截面为圆形，并且被等分为四个通道。根据第一监测件3需要监测的波段，转动第一衰减转盘32以选择相应的通道使相应波段的光线2进入第一监测件3。

第一分光镜141的输出面与第一探测器31的输入面之间的光轴距离范围在50mm至100mm之间。第一探测器31的像素为1280×1024，像元为5um，第一探测器31根据光轴监测系统1可以更换不同的型号规格，本实施例不以此为限制。

第二监测件4包括第二探测器41、第二衰减转盘42、第三探测器43和第三衰减转盘44。

第二衰减转盘42包括四个通道，分别为632.8nm高功率通道、632.8nm低功率通道、808nm高功率通道和808nm低功率通道，第二衰减转盘42的截面为圆形，并且被等分为四个通道。第三光轴23穿过第二衰减转盘42并且进入第二监测件4,根据第二监测件4需要监测的波段，转动第二衰减转盘42以选择相应的通道使相应波段的光线2进入第二监测件4。

第三衰减转盘44包括四个通道，分别为1100nm高功率通道、1100nm低功率通道、1750nm高功率通道和1750nm低功率通道，第三衰减转盘44的截面为圆形，并且被等分为四个通道。第四光轴24穿过第三衰减转盘44并且进入第三监测件,根据第三监测件需要监测的波段，转动第三衰减转盘44以选择相应的通道使相应波段的光线2进入第三监测件。

在一种可能的实施方式中，光轴监测系统1还包括第三反射镜143、第四反射镜144和第五反射镜145。第一监测件3与第一分光镜141设于第三反射镜143的一侧，第三反射镜143用于反射自第一分光镜141射出的光线2使其进入第一监测件3。

第二衰减转盘42、第二探测器41与第二分光镜142设于第四反射镜144的一侧，第四反射镜144用于反射第三光轴23使其依次进入第二衰减转盘42和第二探测器41。

第三探测器43、第三衰减转盘44与第二分光镜142设于第五反射镜145的一侧，第五反射镜145用于反射第四光轴24使其依次进入第三衰减转盘44和第三探测器43。

第一反射镜15、第二反射镜16、第三反射镜143、第四反射镜144和第五反射镜145对632.8nm、808nm、1100nm和1750nm的反射率大于等于90％。

综上，本实施例的光轴监测系统1首先通过凸透镜组12汇聚发光件11的光线2，通过观察凸透镜的焦点，调整光线2的光轴穿过凸透镜组12的中心线，并且凸透镜组12的焦距比较短，有利于减小凸透镜组12与凹透镜组13之间的位置误差，提升放置凹透镜组13的位置精度，凸透镜组12使光线2的光轴穿过凹透镜组13的中心线，因此提升光线2的光轴穿过凸透镜组12的中心线及凹透镜组13的中心线的位置精度。光轴监测系统1在不同温度下，各个镜片的收缩及膨胀、各个监测件的收缩及膨胀，镜片材料折射率的增大或减小，对光轴的影响较小。经过仿真分析，当温度变化（-30℃~+60℃）时，光轴监控系统自身的光轴变化为水平方向变化-5.5urad（约1.13″）俯仰方向变化7.2urad（约1.48″）。然后光线2经过第一分光镜141分成至少两个波段的光轴，以用于同时监测至少两个波段的光轴，以提高光轴监测系统1同时监测至少两个波段光轴的精度。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光轴监测系统，其特征在于，包括：

发光件，用于提供待检测光线；

凸透镜组，与所述发光件间隔设置；

凹透镜组，设于所述凸透镜组远离所述发光件的一侧，所述凸透镜组能够汇聚所述发光件的光线使其射向所述凹透镜组；

滤光镜组，包括第一分光镜，所述第一分光镜设于所述凹透镜组远离所述凸透镜组的一侧，所述光线经过所述第一分光镜以分成至少两个波段的光轴，以用于同时监测至少两个波段的光轴;

所述凸透镜组包括第一凸透镜、第一凹透镜和凸面镜，所述第一凸透镜的一侧朝向所述发光件、另一侧连接所述第一凹透镜，所述第一凹透镜与所述凸面镜间隔设置，所述凸面镜的朝向所述第一凹透镜；

所述凸透镜组还包括第二凸透镜和第二凹透镜，所述第二凸透镜的焦距小于所述第一凸透镜，所述第二凹透镜的焦距小于所述第一凹透镜，所述第二凸透镜的一侧朝向所述凸面镜、另一侧连接所述第二凹透镜，所述第二凹透镜与所述凹透镜组间隔设置;

所述光轴监测系统还包括第二反射镜，所述第二反射镜设于所述凸面镜与所述第二凸透镜之间，所述第二反射镜用于反射所述凸面镜发出的光线使其进入所述第二凸透镜，以使凸面镜与第二凸透镜不在一条直线上。

2.根据权利要求1所述的光轴监测系统，其特征在于：

所述光轴监测系统还包括第一反射镜，所述发光件与所述凸透镜组设于所述第一反射镜的一侧，所述第一反射镜用于反射所述发光件发出的光线使其进入所述凸透镜组。

3.根据权利要求1所述的光轴监测系统，其特征在于：

所述滤光镜组还包括第二分光镜，所述第二分光镜与所述第一分光镜相对设置，所述第二分光镜用于与所述第一分光镜配合以使所述光线分成多个波段的光轴。

4.根据权利要求3所述的光轴监测系统，其特征在于：

所述发光件、所述凸透镜组、所述凹透镜组和所述第一分光镜设于第一水平面，所述第二分光镜设于第二水平面，所述第一水平面与所述第二水平面间隔设置。

5.根据权利要求1所述的光轴监测系统，其特征在于：

所述光轴监测系统还包括第一监测件和第二监测件，所述第一监测件和第二监测件分别设于所述第一分光镜的两侧，所述第一监测件用于检测位于所述第一分光镜一侧的光轴，所述第二监测件用于检测位于所述第一分光镜另一侧的光轴。

6.根据权利要求5所述的光轴监测系统，其特征在于：

所述光轴监测系统还包括第三反射镜，所述第一监测件与所述第一分光镜设于所述第三反射镜的一侧，所述第三反射镜用于反射自所述第一分光镜射出的光线使其进入所述第一监测件。