CN217586257U - 一种平行光的发散角检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种平行光的发散角检测装置，涉及光电测量技术领域，包括：壳体、电控单元，以及设置在壳体内部的光屏和光斑获取装置；壳体上设置有进光孔，待检测的平行光从进光孔进入壳体内部。光屏设置在平行光的光路上，用于在光路上的若干个不同位置分别形成一个对应的光斑。光斑获取装置用于获取光斑的尺寸。电控单元与光斑获取装置电连接，用于根据若干个不同位置，以及对应的光斑的尺寸，确定平行光的发散角。本实用新型能够检测平行光的发散角，并且结构简单，检测精度高。

Description

一种平行光的发散角检测装置

技术领域

本实用新型涉及光电测量技术领域，尤其涉及一种平行光的发散角检测装置。

背景技术

在光学领域中需要经常使用平行光，尤其是在光源的准直以及照明领域。不同的应用场景对平行光平行程度有不同的需求，目前一般通过目视来判别平行光的平行程度，但这种方法精度低，且只适用于可见光。对平行光平行程度的测量精度要求较高时需要通过准直仪测量平行光的发散角，使用发散角评价平行光的平行程度，但是准直仪价格昂贵，并且测量过程复杂。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种平行光的发散角检测装置，该装置具有测量精度高，结构简单，制造成本低的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种平行光的发散角检测装置，包括：壳体、电控单元，以及设置在壳体内部的光屏和光斑获取装置。

壳体上设置有进光孔，待检测的平行光从进光孔进入壳体内部。

光屏设置在平行光的光路上，用于在光路上的若干个不同位置分别形成一个对应的光斑。

光斑获取装置用于获取光斑的尺寸。

电控单元与光斑获取装置电连接，用于根据若干个不同位置，以及对应的光斑的尺寸，确定平行光的发散角。

本实用新型具有以下技术效果：本实用新型通过光屏在平行光的光路上的位置，以及在这些位置形成的光斑半径，根据三角公式计算平行光的发散角，从而定量评价平行光的平行程度。本实用新型具有结构简单，制造成本低，检测精度高的优点。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例中平行光的发散角检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例中调平装置的结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例中光斑形状示意图；

图4为本实用新型一个实施例中两个光斑的三角关系示意图；

图5为本实用新型另一个实施例中发散角检测装置使用示意图。

其中，1：壳体；2：安装夹具；3：电控单元；4：光屏；5：光斑获取装置；6：平行光；7：光源；8：分光镜；9：电动缸；11：进光孔；12：调平装置；41：第一光屏；42：第二光屏；51：第一光斑获取装置；52：第二光斑获取装置；61：第一束平行光；62：第二束平行光；71：第一光斑；72：第二光斑；81：透射出光面；82：反射出光面；91：第一位置；92：第二位置；121：固定板；122：安装板；123：调节螺栓；124：螺母。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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付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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

在一个实施例中，提供了一种平行光的发散角检测装置，包括：壳体1、电控单元3，以及设置在壳体1内部的光屏4和光斑获取装置5。

壳体1上设置有进光孔11，待检测的平行光6从进光孔11进入壳体1内部。进光孔11优选地为圆孔，其直径大于平行光6的截面直径。进光孔11上还可以设置透光挡片，以防止杂物进入壳体1内。壳体1优选地为遮光材料制成，减少外部杂光对检测的影响。

光屏4设置在平行光6的光路上，用于在光路上的若干个不同位置分别形成一个对应的光斑。其中，光屏4可以固定在平行光6的光路上，形成一个光斑，也可以在光路上移动，形成多个光斑，光屏4在光路上每个位置对应一个光斑。当光屏4固定在平行光6的光路上时，可以将平行光6分束，在分束后的每束平行光的光路上均设置一个光屏4。

光斑获取装置5用于获取若干个光斑的尺寸。其中，光斑获取装置5包括但不限于是视觉相机、光强分布检测装置或激光功率分布检测装置。光斑的尺寸可以是根据光斑形状、光斑光强分布或光斑功率分布得到的光斑的尺寸数值，光斑的尺寸数值可以包括光斑直径、光斑半径或光斑面积。

电控单元3与光斑获取装置5电连接，用于根据若干个不同位置，以及若干个光斑的尺寸，确定平行光6的发散角。其中，电控单元3包括但不限于是单片微型计算机、单片机、微控制单元Micro Controller Unit, MCU。

电控单元3在确定平行光6的发散角时，首先任意选取两个光屏4在平行光6光路上形成光斑的位置，获取这两个位置的光程差。其次从光斑获取装置5得到对应两个光斑的尺寸信息，如光斑半径，计算两个光斑半径差。

再次，电控单元3将光程差△L，半径差（R1-R2）作为直角三角形的两个直角边，如图4所示，根据三角公式得到在这两个位置之间平行光6的发散角θ。可以通过发散角量化平行光6的平行程度，当发散角越小，说明平行光6平行程度越高；当发散角越大，说明平行光6平行程度越低。实际使用过程中，电控单元3可以根据若干个不同位置以及对应的光斑，通过平均值法确定平行光6的发散角，从而减小误差，提高精确度。

本实用新型能够根据光屏4在光路上的位置，以及在这些位置形成的光斑尺寸，根据三角公式计算平行光6的发散角，从而量化平行光6的平行程度。本实施例具有结构简单，制造成本低，检测精度高的优点。

在本实施例中还包括安装夹具2，平行光6由光源7发射，安装夹具2设置在壳体1上，用于固定壳体1与光源7的相对位置。

安装夹具2可以是通用型安装夹具2或特制安装夹具2，通过卡扣或螺纹可拆卸的安装在壳体1上，壳体1上设置有与安装夹具2配合的结构，如螺纹等。安装夹具2可以根据安装环境进行更换，优选地，可以根据光源7的外壳或光源7安装的机架形状更换合适的安装夹具2，使安装夹具2能够将壳体1夹持在光源7的外壳或机架上。

在本实施例中，壳体1上安装有调平装置12，调平装置12的调节端顶靠在光源7上，调平装置12用于调节平行光6进入进光孔11的角度。

其中，调平装置12的调节端顶靠在光源7上可以通过安装夹具2实现。调平装置12能够调节调节端的角度，从而调节平行光6进入壳体1的角度，使平行光6能够在壳体1内的光屏4上形成光斑，优选地，在光屏4上形成圆形光斑。

本实施例中可以通过调平装置12调节平行光6进入进光孔11的角度，保证在光屏4上形成的光斑质量，提高检测精度。

图1和图5是本实用新型的两个优选实施例。

如图1所示，为平行光的发散角检测装置的结构示意图，包括设置在壳体1内部的分光镜8，分光镜8设置在光源7和光屏4之间，用于将平行光6分为第一束平行光61和第二束平行光62。其中，分光镜8可以为任意一种能够将一束平行光6分为两束平行光6的光学装置，分光镜8通过透射和反射进行分光，不改变平行光6的发散角。

光屏4包括第一光屏41和第二光屏42，第一光屏41设置在第一束平行光61的光路上，用于形成第一光斑71；第二光屏42设置在第二束平行光62的光路上，用于形成第二光斑72。

光斑获取装置5用于获取第一光斑71和第二光斑72的尺寸。其中，光斑获取装置5可以有两个，分别是第一光斑获取装置51和第二光斑获取装置52，第一光斑获取装置51用于获取第一光斑71的尺寸，第二光斑获取装置52用于获取第二光斑72的尺寸。光斑获取装置5可以设置在光屏4的受光面或背光面，两个光斑获取装置5具有分辨率和像素尺寸相同的成像单元，并且第一光斑获取装置51与第一光屏41的间距与第二光斑获取装置52与第二光屏42的间距相同。

光源7到第一光斑71的光程与到第二光斑72的光程之比m不等于1。若光源7到第一光斑71的光程与到第二光斑72的光程之比m等于1，相当于光屏4形成第一光斑71的位置与形成第二光斑72的位置相同，无法根据三角公式确定平行光6在这两个位置之间的发散角。优选地，光源7到第一光斑71的光程与光源7到第二光斑72的光程差大于等于10cm，进一步优选的，光程之比m小于0.8或大于1.2。

本实施例中光屏4的位置是固定的，因此光源7到第一光斑71的光程和光源7到第二光斑72的光程也是固定的。可以计算出光源7到第一光斑71的光程和光源7到第二光斑72的光程差并存储至电控单元3中。

本实施例中，电控单元3可以直接调取光程差进行计算，减少了计算步骤，能够提高计算速度。

本实施例的技术方案中，分光镜8的分光比与光程之比m成正比，分光比等于第一束平行光61与第二束平行光62的能量之比。

平行光6在传播过程中，传播的距离越远，平行光6在光屏4上形成的光斑越大。因此当光源7到第一光斑71的光程和到第二光斑72的光程差越大时，得到的第一光斑71和第二光斑72的半径差就越大，根据三角公式可知，半径差越大检测精度就越高。

然而光线传播的越远衰减程度越大，为保证光斑清晰，本实施例通过调整分光镜8的分光比，使分光比与光程之比m成正比，能够保证传播较远的一束平行光6分到的能量更多，能够使两个光斑都保持清晰，从而提高检测精度。

本实施例的技术方案中，分光镜8为分光棱镜，第一束平行光61从分光棱镜的透射出光面81射出，第二束平行光62从分光棱镜的反射出光面82射出。

其中，分光棱镜是通过在直角棱镜的斜面镀膜，然后将两块直角棱镜胶合成一个立方体结构。分光棱镜的透射出光面81和反射出光面82垂直，当平行光6进入分光棱镜时垂直于分光棱镜的进光面，得到的第一束平行光61和第二束平行光62相互垂直，并且第一束平行光61垂直于透射出光面81，第二束平行光62垂直于反射出光面82。

分光棱镜为立方体结构，容易安装定位，并且在安装光屏4时，只需使光屏4平行于分光棱镜的出光面，就能使分束后的平行光6垂直于光屏4，从而得到清晰的光斑，能够提高测量精度。

对平行光6检测时，沿平行光6方向一般不会有遮挡物，因此壳体1沿平行光6方向的边长能够设置得更长。从透射出光面射81出的第一束平行光61与平行光6的方向相同，因此能够将第一光屏41的位置设置得距离光源7更远。

本实施例能够将第一光屏41的位置设置得距离光源7更远，从而能够增加两个光斑的光程差，提高测量精度。

本实施例的技术方案中，还包括调平装置12，调平装置12可以是市售的调平装置12也可以是特制的调平装置12。优选地是螺栓调平装置12，如图2所示，为调平装置的结构示意图，包括一固定板121和一安装板122，调平装置12通过固定板121安装在壳体1上，调平装置12的调节端包括安装板122和调节螺栓123，调节螺栓123有三个，均匀地固定安装在固定板121上，安装板122上设置有三个容纳调节螺栓123穿过的螺栓孔，三根调节螺栓123上设置有螺母124，通过调节螺母124在各个调节螺栓123上的位置就能调节安装板122和固定板121的角度。安装板122顶靠在光源7的外壳上，固定板121和安装板122上均设有使平行光6穿过的通孔。在使用时分别调节三根调节螺栓123的螺母124就能调节平行光6进入进光孔11的角度。

如图3所示，为光斑形状示意图。第一束平行光61在第一光屏41上形成第一光斑71，第二束平行光62在第二光屏42上形成第二光斑72，可以看出第一光斑71的尺寸大于第二光斑72的尺寸。

根据第一光屏41和第二光屏42的位置可得，两个光斑的光程差为△L。根据电控单元3、第一光斑获取装置51和第二光斑获取装置52可得，第一光斑71的半径为R1，第二光斑72的半径为R2。如图4所示，为两个光斑的三角关系示意图，可以看出两个光斑的光程差△L以及两个光斑半径差形成一个夹角为θ的三角形，θ为平行光的发散角，由三角关系可以计算出发散角θ为：

θ=arctan{（|R1-R2|/|△L |）}

如图5所示，为本实用新型另一种平行光的发散角检测装置使用示意图，包括设置在壳体1内的电动缸9，光屏4和光斑获取装置5均固定安装在电动缸9的移动端，电动缸9用于驱动光屏4和光斑获取装置5沿平行光6的光轴方向移动，电动缸9与电控单元3电连接。

电动缸9具有极高的定位精度和可控性。在使用时，当光屏4在第一位置91时，电控单元3通过光斑获取装置5获取一个光斑半径R2，并记录第一位置91距离出光孔的距离L2。然后电控单元3控制电动缸9的移动端移动至第二位置92，通过光斑获取装置5获取另一个光斑半径R1，并记录第二位置92距离出光孔的距离L1。获取第一位置91和第二位置92的距离差即为两个光斑的光程差△L=L1-L2，可以确定平行光6的发散角θ为：

θ=arctan{（|R1-R2|/| L1-L2 |）}

根据精度需要，控制单元可以调节获取光斑的两个位置的光程差△L， △L越大，两个光斑的尺寸差异越大，检测精度越高。

本实施例可以通过控制电动缸9，获取两个光斑的光程差，在满足精度要求的条件下减少电动缸9的移动，提高检测速度。并且形成两个光斑的光屏4为同一个，获取两个光斑的光斑获取装置5也为同一个，能够防止因为检测硬件不同而产生的测量误差，提高测量精度。

在一个实施例中，提供了一种平行光的发散角检测装置，光斑获取装置5包括视觉相机，视觉相机用于获取光斑的半径。

其中，视觉相机包括但不限于是CCD相机CCD，charge coupled device，电荷耦合器件、CMOS相机CMOS，complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体、高分辨率相机、高速相机、红外相机、紫外相机。计算设备可以为微型计算机设备。优选地，视觉相机将光斑的图像发送至电控单元3，电控单元3获取光斑的半径。

在一个实施例中，提供了一种平行光的发散角检测装置，光屏4为透射光屏，用于在透射光屏的背光面形成光斑，光斑获取装置5设置在透射光屏的背光面。

光斑获取装置5设置在透射光屏的背光面，相较于设置在光屏4的受光面，光斑获取装置5能够正对所述光斑，获取的光斑图像不会产生偏转。

在一个实施例中，提供了一种平行光的发散角检测装置，光斑获取装置5与光屏4之间的相对位置固定。

光斑获取装置5与光屏4之间的距离，会对光斑获取装置5获取的光斑图像产生近大远小的影响。固定光斑获取装置5与光屏4之间的相对位置，能够减小该影响，提高检测精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种平行光的发散角检测装置，其特征在于，包括：壳体(1)、电控单元(3)，以及设置在所述壳体(1)内部的光屏(4)和光斑获取装置(5)；

所述壳体(1)上设置有进光孔(11)，待检测的平行光(6)从所述进光孔(11)进入所述壳体(1)内部；

所述光屏(4)设置在所述平行光(6)的光路上，用于在所述光路上的若干个不同位置分别成一个对应的光斑；

所述光斑获取装置(5)用于获取所述光斑的尺寸；

所述电控单元(3)与所述光斑获取装置(5)电连接，用于根据若干个所述不同位置，以及对应的所述光斑的尺寸，确定所述平行光(6)的发散角。

2.根据权利要求1所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，还包括安装夹具(2)，所述平行光(6)由光源(7)发射，所述安装夹具(2)设置在所述壳体(1)上，用于固定所述壳体(1)与所述光源(7)的相对位置。

3.根据权利要求2所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，所述壳体(1)上安装有调平装置(12)，所述调平装置(12)的调节端顶靠在所述光源(7)上，所述调平装置(12)用于调节所述平行光(6)进入所述进光孔(11)的角度。

4.根据权利要求3所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，包括设置在所述壳体(1)内部的分光镜(8)，所述分光镜(8)设置在所述光源(7)和所述光屏(4)之间，用于将所述平行光(6)分为第一束平行光(61)和第二束平行光(62)；

所述光屏(4)包括第一光屏(41)和第二光屏(42)，所述第一光屏(41)设置在所述第一束平行光(61)的光路上，用于形成第一光斑(71)；所述第二光屏(42)设置在所述第二束平行光(62)的光路上，用于形成第二光斑(72)；

所述光斑获取装置(5)用于获取所述第一光斑(71)和所述第二光斑(72) 的尺寸；

所述光源(7)到所述第一光斑(71)的光程与所述光源(7)到所述第二光斑(72)的光程之比m不等于1。

5.根据权利要求4所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，所述分光镜(8)的分光比与所述光程之比m成正比，所述分光比等于所述第一束平行光(61)与所述第二束平行光(62)的能量之比。

6.根据权利要求4所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，所述分光镜(8)为分光棱镜，所述第一束平行光(61)从所述分光棱镜的透射出光面(81)射出，所述第二束平行光(62)从所述分光棱镜的反射出光面(82)射出；

所述透射出光面(81)到第一光斑(71)的距离大于所述反射出光面(82)到第二光斑(72)的距离。

7.根据权利要求1所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，包括设置在所述壳体(1)内的电动缸(9)，所述光屏(4)和所述光斑获取装置(5)均固定安装在所述电动缸(9)的移动端，所述电动缸(9)用于驱动所述光屏(4)和所述光斑获取装置(5)沿所述平行光(6)的光轴方向移动，所述电动缸(9)与所述电控单元(3)电连接。

8.根据权利要求1所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，所述光斑获取装置(5)为视觉相机，用于获取所述光斑的半径。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，所述光屏(4)为透射光屏，用于在所述透射光屏的背光面形成光斑，所述光斑获取装置(5)设置在所述背光面。

10.根据权利要求9所述的平行光的发散角检测装置，其特征在于，所述光斑获取装置(5)与所述光屏(4)之间的相对位置固定。

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