CN207280728U - 一种标定平行光管焦面位置的装置 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种标定平行光管焦面位置的装置，该专利基于分光镜(Beam Splitter)的分光功能，将光束分析仪与光纤端面等距离的固定到分光镜(Beam Splitter)两侧，从而组合成一个固定收发一体的焦面模块。将该焦面模块放置于平行光管焦面附近，利用平面镜辅助来整体调节收发一体的焦面模块，使得反射镜回波光斑最小，此时光纤端面与光束分析仪光敏面均处于平行光管焦面位置。该专利适用于任何平行光管的焦面定标，操作简单，价格低廉，同时平行光管与焦面模块组合后也可用于整机的光轴配准、发散角测试等领域。

Description

一种标定平行光管焦面位置的装置

技术领域

本专利属于光学检测技术领域，尤其涉及一种标定平行光管焦面位置的装置，装置结构简单、成本低廉，匹配到电脑固定的测试软件操作简单、方便、快捷，特别适用于各种情况下平行光管焦面位置的标定；本专利也可对主被动光学系统收发同轴的光轴配准领域有更好的应用。

背景技术

激光遥感系统是一种主动式的现代光电遥感设备,是传统的无线电或微波雷达(radar)向光学频段的延伸。在航空航天遥感上，激光以其高空间分辨率、高灵敏度、单色性好、全天候等优良特性而备受青睐，在地球科学和行星科学领域有着广泛的应用。国内外发展的激光遥感系统主要包括激光高度计、激光测距机、激光雷达等。由于所用探测波长的缩短和方向性的加强,系统的空间、时间分辨能力都得到了很大的提高，在军事、航天、大地测绘、工程建筑等方面都有着广泛的应用和深入的研究。

对激光遥感系统来说，光轴配准度是仪器的关键技术指标之一，光轴配准度的变化将直接影响到系统的探测能力，这就要求能有标准的仪器或设备能对其进行测试，并及时标定出变化情况。而随着各种光学仪器应用范围的扩大和应用需求的提高，对光学仪器的稳定性、光轴配准精度的要求也越来越高，也对光学仪器的地面定标及性能测试提出了更高的要求。而在实际工程应用中，平行光管被广泛应用于各种光学指标的检测，包括光轴测试及标定，在高精度的配准测试中对平行光管焦面的准确标定至关重要。

平行光管作为一种常规的光学指标检测设备，焦面的准确标定直接影响光轴的检测精度。本专利基于分光镜(Beam Splitter)的分光功能，将光束分析仪与光纤端面等距离的固定到分光镜(Beam Splitter)两侧，从而组合成一个固定收发一体的焦面模块。将该焦面模块放置于平行光管焦面附近，利用平面镜辅助来整体调节收发一体的焦面模块，使得反射镜回波光斑最小，此时光纤端面与光束分析仪光敏面均处于平行光管焦面位置。本专利适用于任何环境下的平行光管的焦面定标，而且操作简单、价格低廉，同时平行光管与焦面模块组合后也可用于整机的光轴配准、发散角测试等领域。

发明内容

本专利的目的是提供一种标定平行光管焦面位置的装置。该专利基于分光镜(Beam Splitter)的分光功能，将光束分析仪与光纤端面等距离的固定到分光镜(BeamSplitter)两侧，从而组合成一个固定收发一体的焦面模块。再利用平面镜辅助来整体调节收发一体的焦面模块,将该收发一体的焦面模块放置于平行光管焦面附近，调节平面镜使得反射回波光斑成像于光束分析仪上,通过沿焦面前后调节收发一体的焦面模块使得成像光斑最小，此时光纤端面与光束分析仪光敏面均处于平行光管焦面位置。该专利适用于任何平行光管的焦面定标，操作简单，价格低廉，同时平行光管与焦面模块组合后也可用于整机的光轴配准、发散角测试等领域

本专利方法的检测装置如附图1所示：该专利装置由被测平行光管1、收发一体的焦面模块2、角锥棱镜3、平面反射镜4组成。所述的收发一体的焦面模块2由分光镜2-1、带有电脑的光束分析仪2-2、可更换光纤的激光器2-3组成；其中所述的带有电脑的光束分析仪2-2与可更换光纤的激光器2-3等距离固定于分光镜2-1的两侧，所述的带有电脑的光束分析仪2-2用于接收经过平行光管会聚的信号，所述的可更换光纤的激光器2-3引入光信号，光信号经过被测平行光管1后产生发射的平行光，用于产生平行光源；带有电脑的光束分析仪2-2中电脑用于观测成像光斑在光束分析仪上的位置。

所述的收发一体的焦面模块2放置于平行光管1焦面上，平面反射镜4放置在平行光管1前，调节平面反射镜4方位、俯仰角度，使得可更换光纤的激光器2-3出射光经过平行光管1准直后，再经过平面反射镜4自准直带有电脑的光束分析仪2-2的光敏面上；

由可更换光纤的激光器2-3在平行光管1焦点处发出的光经过分光镜2-1后进入到平行光管1内后出行平行光到角锥棱镜3原路返回到平行光管1在经过分光镜2-1反射到带有电脑的光束分析仪2-2上。

所述的收发一体的焦面模块2由分光镜2-1、带有电脑的光束分析仪2-2和可更换光纤的激光器2-3组成；

所述的带有电脑的光束分析仪2-2与可更换光纤的激光器2-3等距离固定于分光镜2-1的两侧，所述的带有电脑的光束分析仪2-2用于接收经过平行光管会聚的信号，所述的可更换光纤的激光器2-3引入光信号，光信号经过被测平行光管1后产生发射的平行光，用于产生平行光源；带有电脑的光束分析仪2-2的电脑用于观测成像光斑在光束分析仪上的位置。

所述的分光镜2-1的光谱范围需要覆盖光纤激光器的波长；所述的分光镜2-1对使用波长的分光比介于4：6与6：4之间，通光面面形偏差RMS值小于λ/10@632.8nm。

所述的角锥棱镜3的回转精度小于3″。

所述的平面反射镜4表面镀金属膜，其面形偏差RMS值小于λ/10@632.8nm，平面反射镜4的口径不小于平行光管口径。

本专利装置中,利用平面反射镜4及收发一体的焦面模块2可以辅助平行光管的焦面标定该方法由以下步骤组成：

1)收发一体的焦面模块2装配

●利用设计好的结构将用于接收信号的带有电脑的光束分析仪2-2与可更换光纤的激光器2-3初步固定于分光镜2-1两侧，初步完成收发一体的焦面模块2的调节；

●将初步完成的收发一体的焦面模块2放置于平行光管1焦面附近,开启可更换光纤的激光器2-3，并将角锥棱镜3放在平行光管1前方,通过带有电脑的光束分析仪2-2来观察角锥棱镜3的回转光斑在带有电脑的光束分析仪2-2上位置；

●将角锥棱镜3放在平行光管1前方的不同位置,观察角锥棱镜3的回转光斑在带有电脑的光束分析仪2-2位置是否变化,如果位置发生变化,则调整可更换光纤的激光器2-3的光纤端面到分光镜2-1中心的距离

●通过反复调节,最终使得角锥棱镜3在平行光管1的不同出口位置时回波光斑位置不变,此时可更换光纤的激光器2-3的光纤端面与带有电脑的光束分析仪2-2的光敏面等距的分布于分光镜2-1两侧,完成收发一体的焦面模块2的调节。系统的最大变化量为Δ，则系统的收发同轴精度为：

其中：参数u为像点在光束分析仪上改变的相对位置(单位um)，f为平行光管的焦距(单位m)。

2)平行光管1的焦面标定

●将调解完成的收发一体的焦面模块2初步放置于平行光管1的焦面附近；

●再将平面反射镜4放置在平行光管1前，调节平面反射镜4方位、俯仰角度，使得可更换光纤的激光器2-3出射光经过平行光管准直后，再经过平面反射镜4自准直到带有电脑的光束分析仪2-2的光敏面上；

●在平行光管1的焦面附近调节收发一体的焦面模块2前后位置，通过带有电脑的光束分析仪2-2的电脑来观察光斑大小，直至调节至光斑最小为止，固定收发一体的焦面模块2，此时可更换光纤的激光器2-3的光纤端面与带有电脑的光束分析仪2-2的光敏面均处于是被测平行光管1的焦面位置。

该专利的特点主要体现在：

1)该专利的收发一体的焦面模块自检方法简单、测量精度高、成本低廉。

2)该专利的收发一体的焦面模块制作方法操作简单、易学，配合电脑软件操作简单、易懂。

3)可以通过更换单模光纤的波长来实现对不同系统的检测，本专利也可以通过平行光管来测量基准镜之间的关系，也可以提供环境试验的器件的变化量。

附图说明

图1为该专利的示意图。

图2为收发一体的焦面模块2的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本专利方法的实施实例进行详细的描述。

本专利中所采用的主要器件描述如下：

1)平行光管1：采用普通加工的反射式平行光管，望远镜口径为400mm，望远镜焦距为4m，抛物面面型要求RMS优于1/20λ@632.8nm。

2)收发一体的焦面模块2:分光镜2-1采用Thorlabs公司带结构的型号为BS017的非偏振分光棱镜，其主要性能参数：工作波段为700-1100nm，分光比为1：1，通光口径为20mm；带有电脑的光束分析仪2-2中光束分析仪采用美国Spiricon公司型号为SP620的光束分析仪，其主要性能参数：工作波段190nm-1100nm，像素大小4.4um*4.4um，像素个数1600*1200；电脑为普通笔记本电脑；可更换光纤的激光器2-3中光纤法兰采用Thorlabs公司的普通光纤法兰；单模光纤采用Thorlabs公司型号为SM600的单模光纤，其主要性能参数：工作波段为600-800nm；光纤模场直径为4.6um@680nm，包层芯径125±1um，截至波长为550±50nm；光纤激光器采用Thorlabs公司型号为LPS-PM635-FC的激光二极管，其主要性能参数：激光波长为635nm，光功率可调范围1uw-10mw。

3)角锥棱镜3：采用Thorlabs公司型号为PS971的角锥棱镜，其主要性能参数：透光面表面面型优于λ/10@632.8nm；回转精度小于3″，通光口径为25.4mm，透光范围为400-1100。

4)平面镜4：采用定制的标准平面镜，其主要性能参数：其表面面型优于λ/40@632.8nm，表面镀银膜，平面镜的通光口径为400mm。

具体实施方式中，本专利装置的装校示意图如图1所示，具体步骤如下

1)收发一体的焦面模块2装配

●利用设计好的结构将用于接收信号的带有电脑的光束分析仪2-2与可更换光纤的激光器2-3初步固定于分光镜2-1两侧，初步完成收发一体的焦面模块2的调节；

●将初步完成的收发一体的焦面模块2放置于平行光管1焦面附近,开启可更换光纤的激光器2-3，并将角锥棱镜3放在平行光管1前方,通过带有电脑的光束分析仪2-2来观察角锥棱镜3的回转光斑在带有电脑的光束分析仪2-2上位置；

●将角锥棱镜3放在平行光管1前方的不同位置,观察角锥棱镜3的回转光斑在带有电脑的光束分析仪2-2位置是否变化,如果位置发生变化,则调整可更换光纤的激光器2-3的光纤端面到分光镜2-1中心的距离

●通过反复调节,最终使得角锥棱镜3在平行光管1的不同出口位置时回波光斑位置不变,此时可更换光纤的激光器2-3的光纤端面与带有电脑的光束分析仪2-2的光敏面等距的分布于分光镜2-1两侧,完成收发一体的焦面模块2的调节。系统的最大变化量为Δ，则系统的收发同轴精度为：

其中：参数u为像点在光束分析仪上改变的相对位置(单位um)，f为平行光管的焦距(单位m)。

2)平行光管1的焦面标定

●将调解完成的收发一体的焦面模块2初步放置于平行光管1的焦面附近；

●再将平面反射镜4放置在平行光管1前，调节平面反射镜4方位、俯仰角度，使得可更换光纤的激光器2-3出射光经过平行光管准直后，再经过平面反射镜4自准到带有电脑的光束分析仪2-2的光敏面上；

●在平行光管1的焦面附近调节收发一体的焦面模块2前后位置，通过带有电脑的光束分析仪2-2的电脑来观察光斑大小，直至调节至光斑最小为止，固定收发一体的焦面模块2，此时可更换光纤的激光器2-3的光纤端面与带有电脑的光束分析仪2-2的光敏面均处于是被测平行光管1的焦面位置。

Claims (5)

1.一种标定平行光管焦面位置的装置，由被测平行光管(1)、收发一体的焦面模块(2)、角锥棱镜(3)、平面反射镜(4)组成，其特征在于：

所述的收发一体的焦面模块(2)放置于平行光管(1)焦面上，平面反射镜(4)放置在平行光管(1)前，调节平面反射镜(4)方位、俯仰角度，使得可更换光纤的激光器(2-3)出射光经过平行光管(1)准直后，再经过平面反射镜(4)自准直带有电脑的光束分析仪(2-2)的光敏面上；

由可更换光纤的激光器(2-3)在平行光管(1)焦点处发出的光经过分光镜(2-1)后进入到平行光管(1)内后出行平行光到角锥棱镜(3)原路返回到平行光管(1)在经过分光镜(2-1)反射到带有电脑的光束分析仪(2-2)上。

2.根据权利要求1所述的一种标定平行光管焦面位置的装置，其特征在于：所述的收发一体的焦面模块(2)由分光镜(2-1)、带有电脑的光束分析仪(2-2)和可更换光纤的激光器(2-3)组成；

所述的带有电脑的光束分析仪(2-2)与可更换光纤的激光器(2-3)等距离固定于分光镜(2-1)的两侧，所述的带有电脑的光束分析仪(2-2)用于接收经过平行光管会聚的信号，所述的可更换光纤的激光器(2-3)引入光信号，光信号经过被测平行光管(1)后产生发射的平行光，用于产生平行光源；带有电脑的光束分析仪(2-2)的电脑用于观测成像光斑在光束分析仪上的位置。

3.根据权利要求2所述的一种标定平行光管焦面位置的装置，其特征在于：所述的分光镜(2-1)的光谱范围需要覆盖光纤激光器的波长；所述的分光镜(2-1)对使用波长的分光比介于4：6与6：4之间，通光面面形偏差RMS 值小于λ/10@632.8nm。

4.根据权利要求1所述的一种标定平行光管焦面位置的装置，其特征在于：所述的角锥棱镜(3)的回转精度小于3″。

5.根据权利要求1所述的一种标定平行光管焦面位置的装置，其特征在于：所述的平面反射镜(4)表面镀金属膜，其面形偏差RMS值小于λ/10@632.8nm，平面反射镜(4)的口径不小于平行光管口径。