CN203324555U

CN203324555U - 一种光源与小孔光阑的同轴对准装置

Info

Publication number: CN203324555U
Application number: CN2013203884683U
Authority: CN
Inventors: 耿旭辉; 关亚风; 刘洪鹏; 吴大朋
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-06-28

Abstract

本实用新型提供了一种光源与小孔光阑的同轴对准装置，具体为过盈配合式固定方式，特点是：圆柱形筒径向上，圆柱形光源卡环和圆柱形光源压环的外侧表面都与圆柱形筒的内侧表面过盈配合，光源的外侧表面与同轴孔的内侧表面过盈配合。圆柱形筒的轴向上，圆柱形筒的底板内表面与圆柱形光源卡环物理接触，光源的出光端面与圆柱形筒的底板内表面距离越近越好但不物理接触，光源的远离出光端面的一端与圆柱形光源压环物理接触。整个装置设计的目的是使光源与小孔光阑很好地同轴对准。本同轴对准装置设计简单、紧凑、无需调节，过盈配合后即可实现自动同轴对准。与尾部螺旋压紧式和侧部螺旋压紧式相比，能够使光源和小孔光阑得到更好的同轴对准效果，从而得到更高的耦合效率。

Description

一种光源与小孔光阑的同轴对准装置

技术领域

本实用新型涉及一种光源与小孔光阑的同轴对准装置，用来使光源与小孔光阑更好地自动同轴对准，从而得到更高的耦合效率。

背景技术

小孔光阑一般为中心带孔的圆形金属薄片，用于在光学系统中对光源的发射光进行限束，其中心小孔与光源或透镜的中心轴同轴对准。小孔光阑可分为分立式和集成式。分立式小孔光阑一般为中心带孔的圆形薄片，在圆形薄片的中心直接钻孔制得。在光学系统中使用分立式小孔光阑需要调节它与光源和光学组件的同轴对准。一般给光源、光学组件和小孔光阑都加上三维顶丝或三维调整架，根据光功率检测、光路追迹、或者成像光学等光学原理反复调节光路，使光源、光学组件和小孔光阑达到同轴对准，其调节过程较繁琐。集成式小孔光阑一般为底板中心带孔的圆柱形筒。将光源和光学组件放入其同轴筒中，使光源和光学组件与底板上的同轴中心孔自动对准，无需调节。一般有两种方式将光源和光学组件固定在圆柱形筒里，即尾部螺旋压紧式和侧部螺旋压紧式。尾部螺旋压紧式是在圆柱形筒的尾部加工一个内螺纹，使用一个与之匹配的外螺纹螺帽，将塞入筒内的组件从筒的尾部用螺旋压紧。侧部螺旋压紧式是在圆柱形筒的侧面加工多个螺纹孔，将组件塞入筒内后，使用相应的螺钉从筒的侧部拧入，将每个组件压紧固定。但是，因为组件的外表面与圆柱形筒的内表面是间隙配合，光源与光源卡环也是间隙配合，它们可以在筒内自由滑动，所以无论是尾部螺旋压紧式还是侧部螺旋压紧式都会导致光源和光学组件与小孔光阑的同轴对准出现偏差、耦合效率降低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种光源与小孔光阑的同轴对准装置，具体为过盈配合式固定方式，特点是：圆柱形筒的径向上，圆柱形光源卡环和圆柱形光源压环的外侧表面都与圆柱形筒的内侧表面过盈配合，光源的外侧表面与同轴孔的内侧表面过盈配合。圆柱形筒的轴向上，圆柱形筒的底板内表面与圆柱形光源卡环物理接触，光源的出光端面与圆柱形筒的底板内表面距离越近越好但不物理接触，光源的远离出光端面的一端与圆柱形光源压环物理接触。

本实用新型的技术方案是：

一种光源与小孔光阑的同轴对准装置，其特征在于：上端开口、下端密闭的圆柱形筒的底板中心设有与圆柱形筒同轴的通孔，作为小孔光阑；圆柱形筒内由底板往上依次设有圆柱形光源卡环和圆柱形光源压环；圆柱形光源卡环和圆柱形光源压环为内部带有圆形通孔的圆环状结构；圆柱形光源卡环内部的通孔与外部的圆环体同轴，其通孔即为同轴孔；小孔光阑与同轴孔同轴；光源置于同轴孔内，其出光端面面向小孔光阑且处于小孔光阑的轴线上。

所述圆柱形筒的径向上，圆柱形光源卡环的外侧表面与圆柱形筒的内侧表面过盈配合；光源的外侧表面与同轴孔的内侧表面过盈配合；圆柱形光源压环的外侧表面与圆柱形筒的内侧表面过盈配合。

所述圆柱形筒的轴向上，圆柱形光源卡环放置在圆柱形筒的底部，与圆柱形筒的底板内表面的圆形边缘物理接触；光源的出光端面与圆柱形筒的底板内表面距离越近越好，但不物理接触，距离一般为0.05mm-0.5mm；光源的远离出光端面的一端与圆柱形光源压环物理接触。

所述过盈配合可通过特殊工具挤压进去，或利用热涨冷缩原理实现。

所述光源为发光二极管、光纤激光器或其它光纤光源，其外侧表面一般为圆柱形。

所述圆柱形筒的底板也可拉伸为倒圆锥台形凹槽、半球形凹槽或有中心轴的多面形凹槽，在其中心设有与圆柱形筒同轴的小孔光阑。

所述圆柱形筒的底板与圆柱形光源卡环之间可设有滤光片。

本实用新型具有如下优点：

1、简单、紧凑、无需调节，组件之间过盈配合后即可使组件之间、光源与小孔光阑之间自动同轴对准。

2、与尾部螺纹压紧式和侧部螺纹压紧式相比，能够使光源和小孔光阑得到更好的同轴对准效果，得到更高的耦合效率。

附图说明

图1为装置结构示意图。图中：1为圆柱形筒，2为小孔光阑，3为圆柱形光源卡环，4为圆柱形光源压环，5为圆柱形光源卡环的同轴孔，6为光源。

图2为实施例1的紧配合式结构示意图。图中，1为圆柱形筒，2为小孔光阑，3为滤光片，4为圆柱形发光二极管卡环，5为圆柱形发光二极管卡环的同轴孔，6为发光二极管，7为圆柱形发光二极管压环，8为硅光电池。

图3为实施例1的尾部螺旋压紧式结构示意图。图中，1为圆柱形筒，2为小孔光阑，3为滤光片，4为圆柱形发光二极管卡环，5为圆柱形发光二极管卡环的同轴孔，6为发光二极管，7为圆柱形发光二极管压环，8为硅光电池，9为圆柱形筒的尾部螺纹孔，10为尾部压紧螺帽。

图4为实施例1的侧部螺旋压紧式结构示意图。图中，1为圆柱形筒，2为小孔光阑，3为滤光片，4为圆柱形发光二极管卡环，5为圆柱形发光二极管卡环的同轴孔，6为发光二极管，7为圆柱形发光二极管压环，8为硅光电池，9为圆柱形筒的侧部螺纹孔，10为侧部压紧螺钉。

具体实施方式

一种光源与小孔光阑的同轴对准装置，其特征在于：上端开口、下端密闭的圆柱形筒1的底板中心设有与圆柱形筒1同轴的通孔，作为小孔光阑2；圆柱形筒1内由底板往上依次设有圆柱形光源卡环3和圆柱形光源压环4；圆柱形光源卡环3和圆柱形光源压环4为内部带有圆形通孔的圆环状结构；圆柱形光源卡环3内部的通孔与外部的圆环体同轴，其通孔即为同轴孔5；小孔光阑2与同轴孔5同轴；光源6置于同轴孔5内，其出光端面面向小孔光阑2且处于小孔光阑2的轴线上。圆柱形筒1的径向上，圆柱形光源卡环3的外侧表面与圆柱形筒1的内侧表面过盈配合；光源6的外侧表面与同轴孔5的内侧表面过盈配合；圆柱形光源压环4的外侧表面与圆柱形筒1的内侧表面过盈配合。圆柱形筒1的轴向上，圆柱形光源卡环3放置在圆柱形筒1的底部，与圆柱形筒1的底板内表面的圆形边缘物理接触；光源6的出光端面与圆柱形筒1的底板内表面距离越近越好，但不物理接触，距离一般为0.05mm-0.5mm；光源6的远离出光端面的一端与圆柱形光源压环4物理接触。

实施例1

自搭建三套光学同轴对准装置，用来测试过盈配合式、尾部螺旋压紧式和侧部螺旋压紧式三种固定方式下发光二极管（LED）与小孔光阑的耦合效率。结构示意图分别如图2、图3和图4所示。一只蓝光LED（光谷公司，中国香港）作为光源。它的详细参数为：最大发射波长，470nm；带宽，25nm；耗电功率，20mA×3.2V；50%光功率角，30°；直径，3mm；环氧树脂长度，5mm；典型光强，8400mcd。带壳干涉滤光片（最大透过波长，470nm；带宽，20nm；直径，12mm；厚度，6mm；沈阳汇博光电技术有限公司，中国）用来消除LED的长波段。小孔光阑（直径，0.4mm）用来对LED光限束。硅光电池（最大吸收波长，850nm；半响应角，60°；光敏面积，2.65mm×2.65mm；欧司朗科技，德国）用来检测从小孔光阑出射的光强。圆柱形筒（材料，硬铝；外径，18mm；内径，12mm；长度，20mm）用来同轴放置LED压环、LED卡环和滤光片。圆柱形筒的轴向上，圆柱形筒的底端、滤光片和LED卡环彼此物理接触，LED出光端与滤光片距离0.1mm。圆柱形筒的径向上，对于过盈配合式，LED卡环和LED压环的外侧表面都与圆柱形筒的内侧表面过盈配合，LED的外侧表面与LED卡环同轴孔的内侧表面过盈配合，使用模具将它们压入圆柱形筒内。圆柱形筒的径向上，对于尾部螺旋压紧式和侧部螺旋压紧式，LED卡环的外侧表面和LED压环的外侧表面与圆柱形筒的内侧表面间隙配合，LED的外侧表面与LED卡环同轴孔的内侧表面间隙配合，使用螺旋分别从尾部和侧部将它们压紧。实验测得，过盈配合式下光电流为8.5A，尾部螺旋压紧式下光电流为7.5A，侧部螺旋压紧式下光电流为7.3A。可见，相比于尾部螺旋压紧式，过盈配合式的耦合效率提高了13.3%；相比于侧部螺旋压紧式，过盈配合式的耦合效率提高了16.4%。

实施例2

如实施例1所述的同轴对准装置，其光源改为光纤激光器，光纤芯径400m；数值孔径0.22。实验结果为：相比于尾部螺旋压紧式，过盈配合式的耦合效率提高了12.8%；相比于侧部螺旋压紧式，过盈配合式的耦合效率提高了15.7%。

实施例3

如实施例1所述的同轴对准装置，其光源改为LED光纤光源，光纤芯径400m；数值孔径0.37。实验结果为：相比于尾部螺旋压紧式，过盈配合式的耦合效率提高了14.2%；相比于侧部螺旋压紧式，过盈配合式的耦合效率提高了17.1%。

Claims

1.一种光源与小孔光阑的同轴对准装置，其特征在于：上端开口、下端密闭的圆柱形筒（1）的底板中心设有与圆柱形筒（1）同轴的通孔，作为小孔光阑（2）；圆柱形筒（1）内由底板往上依次设有圆柱形光源卡环（3）和圆柱形光源压环（4）；圆柱形光源卡环（3）和圆柱形光源压环（4）为内部带有圆形通孔的圆环状结构；圆柱形光源卡环（3）内部的通孔与外部的圆环体同轴，其通孔即为同轴孔（5）；小孔光阑（2）与同轴孔（5）同轴；光源（6）置于同轴孔（5）内，其出光端面面向小孔光阑（2）且处于小孔光阑（2）的轴线上。

2.根据权利要求1所述的同轴对准装置，其特征在于：所述圆柱形筒（1）的径向上，圆柱形光源卡环（3）的外侧表面与圆柱形筒（1）的内侧表面过盈配合；光源（6）的外侧表面与同轴孔（5）的内侧表面过盈配合；圆柱形光源压环（4）的外侧表面与圆柱形筒（1）的内侧表面过盈配合。

3.根据权利要求1所述的同轴对准装置，其特征在于：所述圆柱形筒（1）的轴向上，圆柱形光源卡环（3）放置在圆柱形筒（1）的底部，与圆柱形筒（1）的底板内表面的圆形边缘物理接触；光源（6）的出光端面与圆柱形筒（1）的底板内表面距离越近越好，但不物理接触，距离一般为0.05mm-0.5mm；光源（6）的远离出光端面的一端与圆柱形光源压环（4）物理接触。

4.根据权利要求2所述的同轴对准装置，其特征在于：所述过盈配合可通过特殊工具挤压进去，或利用热涨冷缩原理实现。

5.根据权利要求1所述的同轴对准装置，其特征在于：所述光源（6）为发光二极管、光纤激光器或其它光纤光源，其外侧表面一般为圆柱形。

6.根据权利要求1所述的同轴对准装置，其特征在于：所述圆柱形筒（1）的底板也可拉伸为倒圆锥台形凹槽、半球形凹槽或有中心轴的多面形凹槽，在其中心设有与圆柱形筒（1）同轴的小孔光阑（2）。

7.根据权利要求1所述的同轴对准装置，其特征在于：所述圆柱形筒（1）的底板与圆柱形光源卡环（3）之间可设有滤光片。