CN207923419U - 一种平行光检测装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种平行光检测装置及系统，其中，该检测装置包括：反射部件、移动部件和检测部件；反射部件安装在移动部件上，且移动部件带动反射部件进行移动；反射部件，用于在移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至检测部件；预设角度为反射部件的入射光束与出射光束的夹角；检测部件，用于接收反射部件传输的各个子待测光束，输出对各个子待测光束进行成像和光电转换处理后的光斑质心坐标。本实用新型提供的平行光检测装置及系统，采用反射部件对入射的待测光束按照预设角度进行扫描采样，实现大视场角下的平行光检测，适用性更佳，且结构简单，成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及平行光检测技术领域，具体而言，涉及一种平行光检测装置及系统。
背景技术
平行光被广泛应用于系统标定和光学检测等各个领域中，而平行光的产生和检测是两个最为关键的技术。其中，上述平行光的产生可以通过平行光管实现，该平行光管是一种用于将由光源入射的光转变成待测光束的装置，可用来模拟无穷远目标。另外，上述平行光的检测可以采用哈特曼波前传感器进行检测。
相关技术提供了一种基于哈特曼波前传感器的平行光检测装置，该检测装置包括缩束匹配单元、以及由微透镜阵列和电荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)靶面构成的哈特曼波前传感器，其通过上述哈特曼波前传感器检测得到平行光管入射的待测光束的离焦、倾斜等信息以便根据该信息判断待测光束是否是平行光。
发明人在研究中发现，上述平行光检测装置受限于微透镜阵列的制作工艺使得检测的视场角较小，适用性较差，且为了匹配该微透镜阵列需要相应的缩束匹配单元，结构复杂，成本较高。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种平行光检测装置及系统，采用反射部件依次扫描采样入射光束的方式实现大视场角下的平行光检测，适用性更佳，且结构简单，成本较低。
第一方面，本实用新型提供了一种平行光检测装置，包括：反射部件、移动部件和检测部件；所述反射部件安装在所述移动部件上，且所述移动部件带动所述反射部件进行移动；
所述反射部件，用于在所述移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至所述检测部件；所述预设角度为所述反射部件的入射光束与出射光束的夹角；
所述检测部件，用于接收所述反射部件传输的各个子待测光束，输出对各个子待测光束进行成像和光电转换处理后的光斑质心坐标。
结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述检测部件包括检测面；
所述移动部件带动所述反射部件在垂直于所述检测面的方向上进行移动。
结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述检测部件包括聚焦透镜和光电传感器；
所述聚焦透镜，用于接收所述反射部件传输的各个子待测光束，根据光学原理对所述各个子待测光束分别进行聚焦成像处理，得到聚焦光斑信号；
所述光电传感器，用于接收所述聚焦光斑信号，对所述聚焦光斑信号进行光电转换处理，得到电信号，所述电信号对应于所述光斑质心坐标。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述光电传感器包括CCD传感器和PSD传感器中的任意一种。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述检测部件还包括信号调节器；所述信号调节器包括放大电路、滤波电路和模数转换电路；所述放大电路、所述滤波电路和所述模数转换电路依次相连；
所述放大电路，用于接收所述光电传感器转换处理后的电信号，输出对所述电信号进行放大处理后的电信号；
所述滤波电路，用于接收所述放大电路放大处理后的电信号，输出对所述电信号进行滤波处理后的电信号；
所述模数转换电路，用于接收所述滤波电路滤波处理后的电信号，输出对所述电信号进行模数转换处理后的光斑质心坐标。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括导轨和拖拽部件；所述拖拽部件与所述移动部件连接，所述移动部件安装在所述导轨上，所述导轨设置于所述检测面的垂直方向上；
所述拖拽部件，用于拖拽所述移动部件以带动所述反射部件在所述导轨上移动。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括导轨和步进电机；所述移动部件安装在所述导轨上，所述导轨设置于所述检测面的垂直方向上；
所述步进电机，用于控制所述移动部件带动所述反射部件在所述导轨上移动。
结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述反射部件包括五棱镜或平面镜中的任意一种。
第二方面，本实用新型还提供了一种平行光检测系统，包括第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第七种可能的实施方式中的任一项可能的实施方式所述的平行光检测装置，还包括平行光管；
所述平行光管，用于产生待测光束，并将所述待测光束传输至所述平行光检测装置以便所述平行光检测装置根据光斑质心坐标判断所述待测光束是否为平行光束。
结合第二方面，本实用新型提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括终端设备；所述终端设备与所述平行光检测装置连接。
本实用新型提供的平行光检测装置，包括反射部件、移动部件和检测部件；反射部件安装在移动部件上，且移动部件带动反射部件进行移动；反射部件在移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至检测部件；预设角度为反射部件的入射光束与出射光束的夹角；检测部件接收反射部件传输的各个子待测光束，输出对各个子待测光束进行成像和光电转换处理后的光斑质心坐标。本实用新型提供的平行光检测装置及系统，采用反射部件对入射的待测光束按照预设角度进行扫描采样，实现大视场角下的平行光检测，适用性更佳，且结构简单，成本较低。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，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示出了相关技术中基于哈特曼传感器的平行光检测装置的结构示意图；
图2示出了本实用新型实施例所提供的一种平行光检测系统的模块组成示意图；
图3示出了本实用新型实施例所提供的一种平行光检测装置的应用结构示意图；
图4示出了本实用新型实施例所提供的另一种平行光检测装置的应用结构示意图。
主要元件符号说明：
2、平行光检测装置；3、平行光管；4、终端设备；11、聚光镜；12、小孔光阑；13、准直物镜；14、微透镜阵列；15、CCD靶面；211、五棱镜；231、聚焦透镜；232、光电传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参见图1，相关技术提供了一种平行光检测装置，该平行光检测装置包括缩束匹配单元和哈特曼波前传感器，其中，上述缩束匹配单元包括聚光镜11、小孔光阑12和准直物镜13，上述哈特曼波前传感器包括微透镜阵列14和电荷耦合元件(CCD，Charge-coupledDevice)靶面15。具体的工作原理如下：准直物镜13的焦点处装有一个小孔光阑12，光源通过滤光片、聚光镜11照明小孔光栏。在准直物镜13与被测系统之间放有微透镜阵列14,这样由准直物镜13出射的平行光经过微透镜阵列14后被分割成许多具有不同方位和不同入射高的细光束，再射向CCD靶面15。如果CCD靶面15存在像差，则不同入射高的细光束将聚焦于不同的焦点位置，从而实现平行光检测。然而，上述平行光检测装置由于受限于微透镜阵列14的制作工艺使得检测的视场角较小，适用性较差，且为了匹配该微透镜阵列14需要相应的缩束匹配单元，结构复杂，成本较高。
有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种平行光检测装置及系统，实现大视场角下的平行光检测，适用性更佳，且结构简单，成本较低。
为了更好的说明本实用新型实施例所提供的平行光检测装置，现首先对本实用新型实施例提供的平行光检测系统进行阐述。参见图2，本实用新型实施例提供了一种平行光检测系统，该检测系统包括平行光检测装置2和终端设备4，其中，上述平行光检测装置2包括反射部件、移动部件和检测部件；反射部件安装在移动部件上，且移动部件带动反射部件进行移动；反射部件在移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至检测部件；预设角度为反射部件的入射光束与出射光束的夹角；检测部件接收反射部件传输的各个子待测光束，输出对各个子待测光束进行成像和光电转换处理后的光斑质心坐标。上述终端设备4则能够接收平行光检测装置2输出的光斑质心坐标，可以显示，还可以进行后续的分析和处理，实用性更佳。另外，上述检测系统还包括平行光管3用于产生待测光束。
接下来对本实用新型实施例提供的平行光检测装置2进行说明。
本实用新型实施例提供了一种平行光检测装置2，该平行光检测装置2包括反射部件、移动部件和检测部件；反射部件安装在移动部件上，且移动部件带动反射部件进行移动；
反射部件，用于在移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至检测部件；预设角度为反射部件的入射光束与出射光束的夹角；
检测部件，用于接收反射部件传输的各个子待测光束，输出对各个子待测光束进行成像和光电转换处理后的光斑质心坐标。
本实用新型提供的平行光检测装置2，与相关技术中的平行光检测装置受限于微透镜阵列的制作工艺使得检测的视场角较小，适用性较差，且结构复杂，成本较高相比，其通过移动部件带动反射部件按照预设轨迹进行移动，反射部件则能够在上述移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至检测部件以便于检测部件根据对各个子待测光束进行成像和光电转换处理后的光斑质心坐标判断上述待测光束是否为平行光，其采用反射部件对入射的待测光束按照预设角度进行扫描采样，实现大视场角下的平行光检测，适用性更佳，且结构简单，成本较低。
具体的，本实用新型实施例供的平行光检测装置2将反射部件安装在移动部件上，且随着移动部件的移动进行移动。另外，上述反射部件能够通过其转向功能对入射的待测光束进行转向，并且能够将转向后的待测光束进行局部扫描采样，直至完成整个待测光束的扫描，在上述反射部件扫描的过程中，检测部件中的聚焦透镜会把待测光束光斑会聚到光电传感器上以得到对应的光斑质心坐标。本实用新型实施例通过光斑质心坐标的偏移量即可判断出待测光束是否为平行光束，还可以根据上述光斑质心坐标对待测光束进行拟合复原，从而分析波面的情况和参数，如PV、RMS、离焦量、被测平行光管焦点前后移动量等。
为了更好的实现上述转向功能，本实用新型实施例中的反射部件可以是五棱镜，还可以是平面镜。考虑到五棱镜能够使得光线折转90度的特性，参见图3和图4，本实用新型实施例优选的选用五棱镜211作为反射部件，采用五棱镜211折转特性能够使得待测光束精确转向，从而便于依次扫描各波面采样点。
进一步的，考虑到移动部件带动反射部件的运行轨迹将进一步影响检测部件的检测效果，本实用新型实施例可以采用多种轨迹运行方式进行待测光束的扫描采样，如采用直线方式、斜线方式、曲线方式等等。对于斜线方式和曲线方式，本实用新型实施例可以通过发射待测光束的器件对应的坐标系与检测部件的检测面对应的坐标系之间的转换关系进行平行光检测；对于直线方式，本实用新型实施例中的检测部件直接接收上述五棱镜211折转后的光束即可进行平行光检测。另外，考虑到采用直线方式时所需的检测部件尺寸是最小的，因此，本实用新型实施例优选的采用直线方式，与之对应的是，上述移动部件将带动反射部件在垂直于检测面的方向上进行移动。
进一步的，本实用新型实施例中的被测光波可以通过如下方式进行获取，即是，平行光管3的光源经过物镜产生对应的待测光束，由图3可知，发光点处于物镜焦点位置(十字标识)时，发光点发出的光束经平行光管3的物镜后为平形光束，此时，当位于移动部件上的五棱镜211对平行光管3光束扫描时，在光电传感器232上的平行光管3的发光点像将没有移动；由图4可知，发光点离开物镜焦点位置时，发光点发出的光束经平行光管3的物镜后不再是平形光束，此时，在光电传感器232上的平行光管3的发光点像将存在明显的移动。
进一步的，参见图3和图4，本实用新型实施例中的检测部件包括聚焦透镜231和光电传感器232；聚焦透镜231接收反射部件传输的各个子待测光束，根据光学原理对各个子待测光束分别进行聚焦成像处理，得到聚焦光斑信号；光电传感器232接收聚焦光斑信号，对聚焦光斑信号进行光电转换处理，得到电信号，电信号对应于光斑质心坐标。
具体的，上述聚焦透镜231接收反射部件传输的各个子待测光束，根据光学原理对各个子待测光束进行处理，得到聚焦光斑信号，而光电传感器232则接收上述聚焦光斑信号，将对应的光强信号转化为电信号，得到待测光束对应的光斑质心坐标。
其中，本实用新型实施例中的光电传感器232可以是电荷耦合元件(CCD，ChargeCoupled Device)传感器，还可以是位置敏感检测(PSD，Position Sensitive detector)传感器。考虑到CCD器件具有光照灵敏度高、噪音低等优点，本实用新型实施例所提供的光电传感器232优选的采用CCD传感器，且CCD传感器的靶面设置于上述聚焦透镜231的焦面处，根据成像镜头的光学特质，CCD传感器靶面处将聚焦各个子待测光束形成的光斑。
另外，每个子待测光束在聚焦透镜231的焦面只呈现一个光点，能量更为集中，信噪比较高，得到的光强分布稳定性好且直接得到了待测光束对应的光斑质心坐标，操作简单，且成本较低、小型化，实用性更强，更能满足用户的需求。
值得说明的是，本实用新型实施例提出的五棱镜法扫描子波前获得的数据是离散的斜率数据,需要通过重构、获得整个连续待测光束来评价其像质。波面拟合实质上就是把携带测量表面信息的离散点采样数据拟合成与实际波面尽可能一致的数学上的波面函数，通过该波面函数去进一步分析待测光束。
进一步的，本实用新型实施例提供的平行光检测装置2中的检测部件还包括信号调节器，该信号调节器通过放大电路对光电传感器232转换处理后的电信号进行放大处理，滤波电路对上述放大后的电信号进行过滤处理，模数转换电路对上述过滤处理后的电信号进行模数转换处理，得到光斑质心坐标。
进一步的，为了更好的实现移动部件带动反射部件移动，本实用新型实施例可以通过如下两种方式具体的进行实现：
第一种情况，本实用新型实施例提供的平行光检测装置2包括导轨和拖拽部件，可以采用人工方式拖拽移动部件带动反射部件在设置于检测面的垂直方向的导轨上移动，其中，上述拖拽部件可以是拖拽绳。
第二种情况，本实用新型实施例提供的平行光检测装置2包括导轨和步进电机，可以采用自动的方式控制动部件带动反射部件在设置于检测面的垂直方向的导轨上移动。
其中，上述导轨优选的采用精密直导轨。
进一步的，本实用新型实施例提供的平行光检测装置2还可以包括光栅尺及其数显设备，通过串口线将接入终端设备4，用于实时记录和传输五棱镜211所在导轨上每个采样点的位置坐标，以便于更加精确的进行检测。
本实用新型提供的平行光检测装置2，与相关技术中的平行光检测装置受限于微透镜阵列的制作工艺使得检测的视场角较小，适用性较差，且结构复杂，成本较高相比，其通过移动部件带动反射部件按照预设轨迹进行移动，反射部件则能够在上述移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至检测部件以便于检测部件根据对各个子待测光束进行成像和光电转换处理后的光斑质心坐标判断上述待测光束是否为平行光，其采用反射部件对入射的待测光束按照预设角度进行扫描采样，实现大视场角下的平行光检测，适用性更佳，且结构简单，成本较低。
基于上述平行光检测装置2，本实用新型实施例还提供了一种平行光检测系统，结合图2至图4，该检测系统还包括由发光光源和物镜组成的平行光管3，该平行光管3能够产生待测光束，并将待测光束传输至平行光检测装置2以便平行光检测装置2根据光斑质心坐标判断待测光束是否为平行光束。
另外，上述检测系统还包括终端设备4，该终端设备4能够接收平行光检测装置2输出的光斑质心坐标，可以显示，还可以进行后续的分析和处理，实用性更佳。
其中，上述终端设备4可以是手机、笔记本、个人计算机中的任意一种，在此不做具体阐述。
本实用新型实施例提供的平行光检测装置及系统还能够带来如下技术效果：
(1)在计算机监视器上可实时(25Hz)显示测量光斑，便于检测装置与被测平行光管的对准调整；
(2)在检测装置中采用了步进电机控制的平移台，实现了位移调整自动化，最大平移量为300毫米；
(3)通过电控平移台的快速扫描，观察计算机监视器上测量光斑的偏移情况，可实现被测平行光管的平行性初步调整；
(4)在完成初步调整后，通过检测装置快速扫描数据分析功能，可给出待测光束扫描位置的波前剖面线，画出二维曲线，计算出PV、RMS、离焦量、被测平行光管焦点前后移动量等数据；
(5)通过检测装置的慢速扫描功能，可实现对被测平行光管高精确度测量。在慢速扫描功能中包括：低精度、中精度、高精度(ф3mm、ф6mm、ф12mm)逐步扫描功能，以实现不同空间采样频率的测量，还可以给出待测光束扫描位置的波前剖面线，画出二维曲线，计算出PV、RMS、离焦量、被测平行光管焦点前后移动量等数据；
(6)该检测装置还能对待测光束的光强变化情况进行测量，给出待测光束扫描位置的光强随位置变化曲线。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种平行光检测装置，其特征在于，包括：反射部件、移动部件和检测部件；所述反射部件安装在所述移动部件上，且所述移动部件带动所述反射部件进行移动；所述检测部件包括聚焦透镜和光电传感器；
所述反射部件，用于在所述移动部件的带动下按照预设角度对入射的待测光束进行扫描采样，将扫描采样后的各个子待测光束依次传输至所述检测部件；所述预设角度为所述反射部件的入射光束与出射光束的夹角；
所述检测部件，用于根据所述聚焦透镜接收所述反射部件传输的各个子待测光束，根据光学原理对所述各个子待测光束分别进行聚焦成像处理，得到聚焦光斑信号，根据所述光电传感器接收所述聚焦光斑信号，输出对所述聚焦光斑信号进行光电转换处理后的电信号，所述电信号对应于所述光斑质心坐标。
2.根据权利要求1所述的平行光检测装置，其特征在于，所述检测部件包括检测面；
所述移动部件带动所述反射部件在垂直于所述检测面的方向上进行移动。
3.根据权利要求1所述的平行光检测装置，其特征在于，所述光电传感器包括CCD传感器和PSD传感器中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的平行光检测装置，其特征在于，所述检测部件还包括信号调节器；所述信号调节器包括放大电路、滤波电路和模数转换电路；所述放大电路、所述滤波电路和所述模数转换电路依次相连；
所述放大电路，用于接收所述光电传感器转换处理后的电信号，输出对所述电信号进行放大处理后的电信号；
所述滤波电路，用于接收所述放大电路放大处理后的电信号，输出对所述电信号进行滤波处理后的电信号；
所述模数转换电路，用于接收所述滤波电路滤波处理后的电信号，输出对所述电信号进行模数转换处理后的光斑质心坐标。
5.根据权利要求2所述的平行光检测装置，其特征在于，还包括导轨和拖拽部件；所述拖拽部件与所述移动部件连接，所述移动部件安装在所述导轨上，所述导轨设置于所述检测面的垂直方向上；
所述拖拽部件，用于拖拽所述移动部件以带动所述反射部件在所述导轨上移动。
6.根据权利要求2所述的平行光检测装置，其特征在于，还包括导轨和步进电机；所述移动部件安装在所述导轨上，所述导轨设置于所述检测面的垂直方向上；
所述步进电机，用于控制所述移动部件带动所述反射部件在所述导轨上移动。
7.根据权利要求1所述的平行光检测装置，其特征在于，所述反射部件包括五棱镜或平面镜中的任意一种。
8.一种平行光检测系统，包括权利要求1至7中任一项所述的平行光检测装置，其特征在于，还包括平行光管；
所述平行光管，用于产生待测光束，并将所述待测光束传输至所述平行光检测装置以便所述平行光检测装置根据光斑质心坐标判断所述待测光束是否为平行光束。
9.根据权利要求8所述的平行光检测系统，其特征在于，还包括终端设备；所述终端设备与所述平行光检测装置连接。
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| CN201721197929.3U CN207923419U (zh) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 一种平行光检测装置及系统 |
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Publications (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110824165A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-21 | 江苏大学 | 基于微流控芯片和手机的肺癌肿瘤标志物检测装置及方法 |
| CN110824165B (zh) * | 2019-10-28 | 2022-12-16 | 江苏大学 | 基于微流控芯片和手机的肺癌肿瘤标志物检测装置及方法 |
| CN113959469A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-01-21 | 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 | 一种电子内调焦平行光管 |
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