CN208110144U - 一种基于环形镜的红外光聚焦装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于环形镜的红外光聚焦装置，用于对入射红外光进行聚焦，包括：环形镜，其内环表面为呈锥环形的红外光反射表面，其内环主轴即为该红外光聚焦装置的主轴方向；环形镜支架，固定所述环形镜；锥形镜，设有与所述环形镜同轴的锥形反射表面；锥镜托，固定所述锥形镜；以及微调装置，与所述环形镜支架固连，该微调装置调节所述锥镜托各个方向上的位姿，入射红外光依次经所述锥形反射表面、所述环形镜的内环表面反射后聚焦。上述装置利用反射原理，可在广域波段进行色差校，而且其工作距离、数值孔径和能量利用率均比常规的折射镜大，该实用新型特别适合于红外光的聚焦领域。

Description

一种基于环形镜的红外光聚焦装置

技术领域

本实用新型属于红外显微成像领域，具体涉及一种红外光聚焦装置。

背景技术

红外显微成像技术常常用于对材料进行快速鉴别及微观结构判定，因其快速、无损、非破坏性的特点使其在材料行业、食品行业、医药行业等领域都得到了广泛的应用。在红外显微成像领域，传统的物镜采用的是基于光的折射原理设计而成的。例如，中国专利申请CN102565069A公开了一种集成电路红外显微无损检测仪，集成电路的辐射信息会依次通过红外准直透镜组、矩形光阑、红外显微镜头阵列、成像透镜、红外光学成像系统等各个模块，最终实现集成电路的红外显微无损检测。

需要说明的是，相对于基于反射原理的物镜，传统的基于光折射原理的物镜存在以下几个缺点：1)原理上有色差，因此它只能在较窄的波段范围内使用；2)对于折射系统，光能反射和吸收损失都较高，不利于对微弱目标进行探测；3)在远距离高分辨率的成像应用背景中，传统物镜的工作距离和数值孔径均不能满足要求。

实用新型内容

本实用新型针对现有的技术问题作出改进，即实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于环形镜的红外光聚焦装置，利用反射原理，消除了传统透镜受波长的限制、反射率高、难以对远距离的物体进行高分辨力成像的不足。

本实用新型的技术方案为：一种基于环形镜的红外光聚焦装置，用于对入射红外光进行聚焦，其特征在于，包括：环形镜，其内环表面为呈锥环形的红外光反射表面，其内环主轴即为该红外光聚焦装置的主轴方向；环形镜支架，固定所述环形镜；锥形镜，设有与所述环形镜同轴的锥形反射表面；锥镜托，固定所述锥形镜；以及微调装置，与所述环形镜支架固连，该微调装置调节所述锥镜托各个方向上的位姿，入射红外光依次经所述锥形反射表面、所述环形镜的内环表面反射后聚焦。

进一步，所述微调装置大致位于所述环形镜的内环中心轴上，且通过至少一根透光支柱固定安装于所述环形镜支架上。

进一步，所述透光支柱为3根沿环向等角度间距布置的蓝宝石材质的支柱。

进一步，所述微调装置包括至少3根斜拉簧、微调座、球形支撑、垫板、至少一根纵调螺钉和至少一根横调螺钉，所述斜拉簧在主轴垂直平面上的投影沿环向等角度间距布置，且其端部分别连接所述锥镜托和所述微调座，所述垫板固连于所述微调座上，所述球形支撑夹持于所述垫板和所述锥镜托之间，所述横调螺钉沿径向活动安装于所述微调座上且其一端部抵于所述锥镜托以实现对所述锥镜托横向位姿的微调，所述纵调螺钉沿平行于主轴的方向活动安装于所述微调座且其一端抵于所述锥镜托上以实现对所述锥镜托纵向位姿的微调。

进一步，所述微调座座呈远离所述球形支撑一端带盖板的、以主轴为轴的、开口朝向所述球形支撑，的锥环形，所述盖板固定所述垫板，所述斜拉簧的一端固定于所述微调座的锥环部。

进一步，所述垫板与所述球形支撑所对应的夹持部、所述微调座与所述球形支撑所对应的夹持部为摩擦表面或设有凹槽结构。

进一步，所述所述垫板与所述微调座为一体结构。

进一步，所述锥形反射表面、所述环形镜的内环表面镀金、银或铜中的一种。

本实用新型提供的基于环形镜的红外光聚焦装置具有如下技术效果：

1)本实用新型可以在广域波段进行色差校正，其光学系统的相差不受波长的限制，而折射镜只能在较短的波段如可见光波段才能够达到与反射镜相等的性能，而对于红外波段，本实用新型中基于反射镜原理的聚焦物镜的性能远优于折射镜。

2)本实用新型透过率高，与折射系统相比，本实用新型的采用的是镀金的金属反射镜，因此在光路传输的时候在反射镜表面几乎不存在光能损失，因此在对微弱目标进行探测时展现出明显的优势。

3)通过调节锥形镜和环形镜的角度、直径可以使本实用新型的红外聚焦物镜具有比折射式物镜更大的数值孔径和焦距，因此适用于对远距离的物体进行成像的同时具有高的光学分辨能力。

4)锥形镜的位姿可以通过横调螺钉和纵调螺钉进行多个角度的调节，以保证锥形镜与环形镜的中心线重合，保证聚焦光路的均匀性。

5)透光支柱采用高透过率的蓝宝石做成，最大程度的降低了光学系统的中心遮拦。

6)本实用新型结构简单，操作简便、原材料来源广，制作成本低，应用范围广。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于环形镜的红外光聚焦装置的三维立体图。

图2是本实用新型提供的基于环形镜的红外光聚焦装置的主视图。

图3是本实用新型提供的基于环形镜沿其主轴的侧剖视图，其中虚线部分表示入射红外光的反射路径。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

本实施例提供的基于环形镜的红外光聚焦装置包括环形镜支架1、环形镜2、透光支柱3、锥镜托6、锥形镜7和微调装置。该红外光聚焦装置安装于转接架12上。

环形镜2通过环形镜支架1进行固定，同时环形镜支架1固定于转接架12上。环形镜2的内环2a为锥环形。为了叙述方便，这里将环形镜2的内环2a的轴向定义为整个红外光聚焦装置的主轴方向，内环2a的环向即为整个红外光聚焦装置的环向，内环2a 的径向即为整个红外光聚焦装置的径向。

锥镜镜7设有用于反射红外光的、具有锥形面的锥体结构，该锥体结构的主轴与环形镜内环2a的主轴同轴。锥形镜7固定于锥镜托6中，锥镜托6起到对锥形镜7的固定与夹持的作用。本实施例中，锥镜托6依次通过微调装置、透光支柱3安装于环形镜支架1上，且锥镜托6大致位于环形镜2的主轴上。微调装置用于对锥镜托6和锥形镜7 相对于环形镜2在各个方向位姿的小幅度微调，从而实现红外光路的准确聚焦。透光支柱 3除了避免对红外光路的遮挡，还起到支撑的作用，优选蓝宝石材质。

微调装置的实现方式较多，本实施例给出了一种结构较为简易的、可靠性高的微调装置的实现方案，所采用的微调装置包括斜拉簧4、微调座5、球形支撑8、垫板9、纵调螺钉10、横调螺钉11。

微调座通5过三根沿环向等角度间距布置透光支柱3的与环形镜架相连并固定于整个红外光聚焦装置的主轴上。球形支撑8夹持于垫板9和锥镜托6之间，其左侧抵于垫板9的右侧，其右侧抵于锥镜托6的左侧。微调座5经透光支柱3安装于环形镜支架1，其右侧固定垫板9。另使用三根斜拉簧4将锥镜托6和微调座5相连，斜拉簧4在主轴垂直平面上投影沿环向呈等120度等角度布置。斜拉簧4用于提供微调座5和锥镜托6对球形支撑8的弹性夹持力。为了更为可靠地实现垫板9、锥镜托6对球形支撑8的弹性夹持。可在垫板9和锥镜托与球形支撑8接触处另设有摩擦表面或者凹槽结构。当然，垫板9 与微调座5也可为一体结构的形式。

进一步，微调座5呈一端带盖板的、与主轴同轴的锥环形。微调座5的锥环开口朝向球形支撑8，其盖板5a位于锥环形的小口径端。该盖板5a固定有垫板9。斜拉簧的一端固定于微调座5的锥环形部。

设置横调螺钉11和纵调螺钉10是用于对锥镜托6以及锥形镜7在横向和纵向上的微调。横调螺钉11为3根，沿环向等角度间距布置，每根横调螺钉沿径向活动安装于微调座5的锥环形部，其一端抵于锥镜托6上。同时，纵调螺钉10为3根，沿环向等角度间距布置，每根纵调螺钉沿主轴平行方向活动安装于微调座5的盖板部，其一端抵于锥镜托6上。通过调节横调螺钉11沿径向上的位移，可实现对锥镜托6也就是锥形镜7的横向(即径向)上位姿进行微调。通过调节纵调螺钉10沿轴向上的位移，可实现对对锥镜托6也就是锥形镜7的纵向(即主轴平行方向)上的位姿进行微调。

如图3所示，基于上述的结构，入射红外光首先照射至锥形镜7的椎体表面，反射至环形镜2锥形面，再次反射并聚焦。为了尽量避免光的反射损失，锥形镜的椎体表面、环形镜的锥形面均为光滑反光面，优选镀金、银、铜等工艺处理。当然也有些高分子材料表面也反红外，但制作相对复杂。

上述基于环形镜的红外光聚焦装置的使用操作，包括如下步骤：

步骤1，将环形镜2嵌套固定于环形镜支架1内环，环形镜支架1固定于转接架 12上；

步骤2，将锥形镜7固定在锥镜托6中，使用三根成120°夹角的斜拉簧4将锥镜托6和微调座5相连，使锥镜托6位于微调座5的中轴上，保证红外光照射到锥形镜7 上后能够均匀的反射到环形镜2上；

步骤3，将微调座5通过三根透光支柱3相连并固定在环形环形镜支架1上，同时使得环形镜2与锥形镜7同轴；

步骤4，调节横调螺钉11、纵调螺钉10进行锥镜托6横向和纵向位姿的微调，实现红外光的聚焦。

本实施例所采用的基于环形镜的红外光聚焦装置的原理和特点如下：

1)本实用新型可以在广域波段进行色差校正，其光学系统的相差不受波长的限制，而折射镜只能在较短的波段如可见光波段才能够达到与反射镜相等的性能，而对于红外波段，本实用新型中基于反射镜原理的聚焦物镜的性能远优于折射镜。

2)本实用新型透过率高，与折射系统相比，本实用新型的采用的是镀金的金属反射镜，因此在光路传输的时候在反射镜表面几乎不存在光能损失，因此在对微弱目标进行探测时展现出明显的优势。

3)通过调节锥形镜和环形镜的角度、直径可以使本实用新型的红外聚焦物镜具有比折射式物镜更大的数值孔径和焦距，因此适用于对远距离的物体进行成像的同时具有高的光学分辨能力。

4)结合垫板、球形支撑、横调螺钉和纵调螺钉可以实现锥镜托横向和纵向位姿的调整，以保证锥形镜与环形镜的中心线重合，保证聚焦光路的均匀性。

5)透光支柱采用高透过率的蓝宝石做成，最大程度的降低了光学系统的中心遮拦。

6)本实用新型结构简单，操作简便、原材料来源广，制作成本低，应用范围广。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种基于环形镜的红外光聚焦装置，用于对入射红外光进行聚焦，其特征在于，包括：

环形镜，其内环表面为呈锥环形的红外光反射表面，其内环主轴即为该红外光聚焦装置的主轴方向；

环形镜支架，固定所述环形镜；

锥形镜，设有与所述环形镜同轴的锥形反射表面；

锥镜托，固定所述锥形镜；以及

微调装置，与所述环形镜支架固连，该微调装置调节所述锥镜托各个方向上的位姿，入射红外光依次经所述锥形反射表面、所述环形镜的内环表面反射后聚焦。

2.根据权利要求1所述的基于环形镜的红外光聚焦装置，其特征在于，所述微调装置大致位于所述环形镜的内环中心轴上，且通过至少一根透光支柱固定安装于所述环形镜支架上。

3.根据权利要求2所述的基于环形镜的红外光聚焦装置，其特征在于，所述透光支柱为3根沿环向等角度间距布置的蓝宝石材质的支柱。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的红外光聚焦装置，其特征在于，所述微调装置包括至少3根斜拉簧、微调座、球形支撑、垫板、至少一根纵调螺钉和至少一根横调螺钉，所述斜拉簧在主轴垂直平面上的投影沿环向等角度间距布置，且其端部分别连接所述锥镜托和所述微调座，所述垫板固连于所述微调座上，所述球形支撑夹持于所述垫板和所述锥镜托之间，所述横调螺钉沿径向活动安装于所述微调座上且其一端部抵于所述锥镜托以实现对所述锥镜托横向位姿的微调，所述纵调螺钉沿平行于主轴的方向活动安装于所述微调座且其一端抵于所述锥镜托上以实现对所述锥镜托纵向位姿的微调。

5.根据权利要求4所述的基于环形镜的红外光聚焦装置，其特征在于，所述微调座座呈远离所述球形支撑一端带盖板的、以主轴为轴的、开口朝向所述球形支撑的锥环形，所述盖板固定所述垫板，所述斜拉簧的一端固定于所述微调座的锥环部。

6.根据权利要求5所述的基于环形镜的红外光聚焦装置，其特征在于，所述垫板与所述球形支撑所对应的夹持部、所述微调座与所述球形支撑所对应的夹持部为摩擦表面或设有凹槽结构。

7.根据权利要求6所述的基于环形镜的红外光聚焦装置，其特征在于，所述垫板与所述微调座为一体结构。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的红外光聚焦装置，其特征在于，所述锥形反射表面、所述环形镜的内环表面镀金、银或铜中的一种。