CN219736775U - 一种离轴反射式光学监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离轴反射式光学监测装置，其包括底板、离轴主镜组、离轴次镜组、光学衰减组、分光棱镜组和光学监测组；离轴主镜组设置于底板的第一端，离轴主镜组包括离轴主镜；离轴次镜组设置于底板的第二端，离轴次镜组包括离轴次镜；光衰减组、分光棱镜组和光学监测组依次设置于离轴次镜靠近反射面的一侧，光学监测组包括分别设置于分光棱镜组不同方向侧的光轴监测相机和光束质量监测相机；该装置使用两组相机，一组用于监测光轴指向精度，另外一组用于监测光束质量，可广泛用于宽光谱范围、高性能光学产品的过程检验、出厂检验及试验。

Description

一种离轴反射式光学监测装置

技术领域

本实用新型涉及光学监测设备技术领域，具体涉及一种离轴反射式光学监测装置。

背景技术

激光由于指向性好的特点，被广泛应用于各工业领域。对于高性能激光产品，其光轴稳定精度和光束质量是最为重要的衡量指标，直接影响产品的使用效果。高性能激光产品涵盖了可见光、红外光波段，光谱范围较宽，如果采用主式光学系统，色差校正存在很大的困难；反射式光学系统包含共轴、离轴两种方式，如果采用共轴反射式光学系统，中间区域有次镜遮拦，而激光光束为高斯光束，将主要光束遮拦后，会严重影响光轴指向精度和光束质量的监测结果，另外在监测分辨率相同的条件下，共轴反射式光学监测系统空间尺寸较大；现有监测仪器中，监测光轴指向精度和光束质量需要两套设备，成本较高。

公告号为CN105954734B的发明专利公开了一种大口径激光雷达光轴监测装置，在该专利中也采用离轴反射式的光学系统，但其没有配备光束质量监测功能，也不能适用于宽功率范围的光学监测，装置与被测产品完成初始对准也非常繁琐。

实用新型内容

基于上述表述，本实用新型提供了一种离轴反射式光学监测装置，以实现在离轴反射式光学系统中实现光束质量和光轴指向性的监测。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种离轴反射式光学监测装置，其包括底板、离轴主镜组、离轴次镜组、光学衰减组、分光棱镜组和光学监测组；

所述离轴主镜组设置于所述底板的第一端，所述离轴主镜组包括离轴主镜；

所述离轴次镜组设置于所述底板的第二端，所述离轴次镜组包括离轴次镜，所述离轴主镜用于将入射光引导至所述离轴次镜；

所述光学衰减组、分光棱镜组和光学监测组依次设置于所述离轴次镜靠近反射面的一侧，所述光学监测组包括分别设置于所述分光棱镜组不同方向侧的光轴监测相机和光束质量监测相机；

所述光学衰减组用于将所述离轴次镜反射的反射光的功率进行衰减，所述分光棱镜组用于将衰减后的发射光分成两束不同的方向两束检测光，分束的两束检测光分别射至所述光轴监测相机和光束质量监测相机。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本申请的提供的离轴反射式光学监测装置，采用离轴主镜组、离轴次镜组、光学衰减组、分光棱镜组和光学监测组构成离轴反射式光学系统，利用反射光监测光轴及光束质量，能够对入射光进行百倍以上的功率衰减；满足宽光谱范围监测的使用需求，该装置使用两组相机，一组用于监测光轴指向精度，另外一组用于监测光束质量，可广泛用于宽光谱范围、高性能光学的过程检验、出厂检验及试验。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述分光棱镜组包括棱镜支架、分光棱镜、棱镜挡板和棱镜压板，所述棱镜支架上端用于放置所述分光棱镜，所述棱镜压板和所述棱镜挡板分别位于所述分光棱镜的相对两侧，所述棱镜压板上具有进光孔，所述棱镜挡板具有与所述光轴监测相机对应的第一出光孔，所述棱镜支架的一侧具有对应所述光束质量监测相机的第二出光孔。

进一步的，所述第一出光孔的孔径轴线和所述第二出光孔的孔径轴线之间的夹角为90°。

进一步的，光学监测组还包括第一相机支架、第一衰减片固定件、第二相机支架、第二衰减片固定件，所述光轴监测相机固定于所述第一相机支架，所述第一衰减片固定件设置于所述第一相机支架靠近所述分光棱镜的一侧；所述光束质量监测相机固定于所述第二相机支架，所述第二衰减片固定件设置于所述第二相机支架靠近所述分光棱镜的一侧。

进一步的，所述光学衰减组包括衰减支架、电机、电位器、转盘、平板透镜和至少两个衰减倍率的滤光片，衰减支架设置于所述底板，所述电机设置于所述衰减支架，所述转盘上具有多个沿其转轴的周向均匀分布安装位，所述平板透镜和所述滤光片对应设置于所述安装位，所述电位器与所述电机电连接，所述转盘在所述电机的驱动下转动预设角度，以使平板透镜或者任一所述滤光片位于所述离轴次镜的光轴上。

进一步的，还包括光斑监控组，所述光斑监控组包括第三相机支架、相机连接板、补光板和光斑监控相机，所述第三相机支架固定于所述底板并偏离所述离轴次镜的光轴设置，所述补光板和光斑监控相机通过所述相机连接板安装于所述第三相机支架，所述光斑监控相机朝向位于所述离轴次镜的光轴的滤光片拍照。

进一步的，所述离轴主镜组还包括主镜支架、主镜镜座、主镜镜框、第一穿心螺钉和主镜遮光罩，所述主镜支架固定于所述底板上，所述主镜镜座固定连接于所述主镜支架，所述离轴主镜连接于所述主镜镜框内，所述主镜镜框的外侧壁和所述主镜镜座的内侧壁形成球面副配合，所述第一穿心螺钉设置于所述主镜镜框，用于固定所述主镜镜框在所述主镜镜座的位置，所述主镜遮光罩设置于所述主镜支架靠近所述离轴次镜组的一侧。

进一步的，所述离轴次镜组还包括次镜支架、次镜镜座、次镜镜框、第二穿心螺钉和次镜遮光罩，所述次镜支架固定于所述底板上，所述次镜镜座固定连接于所述次镜支架，所述离轴次镜连接于所述次镜镜框内，所述次镜镜框的外侧壁和所述次镜镜座的内侧壁形成球面副配合，所述第二穿心螺钉设置于所述次镜镜框，用于固定所述次镜镜框在所述次镜镜座的位置，所述次镜遮光罩设置于所述次镜支架靠近所述离轴主镜组的一侧。

进一步的，还包括外罩，所述外罩罩设于所述底板上，所述外罩的第一端对应所述离轴主镜具有入射孔，所述外罩的第二端对应所述离轴次镜具有废光孔。

进一步的，所述离轴主镜的表面镀有高透膜。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种离轴反射式光学监测装置的光学原理图；

图2为本实用新型实施例一种离轴反射式光学监测装置的结构示意图；

图3中a和b分别为本实用新型实施例一种离轴反射式光学监测装置的两种视角的外部结构图；

图4中a和b分别为本实用新型实施例中离轴主镜组两种视角的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中离轴主镜组的剖面示意图；

图6中a和b分别为本实用新型实施例中离轴次镜组两种视角的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中离轴次镜组的剖面示意图；

图8为本实用新型实施例中光学衰减组的结构示意图；

图9为本实用新型实施例中光轴监测相机的安装示意图；

图10为本实用新型实施例中光束质量监测相机的安装示意图；

图11为本实用新型实施例中分光棱镜组的结构示意图；

图12为本实用新型实施例中光斑监控组的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图2至图11所示，本申请提供了一种离轴反射式光学监测装置，其包括底板10、离轴主镜组20、离轴次镜组30、光学衰减组40、分光棱镜组50和光学监测组60。

其中，所述离轴主镜组20设置于所述底板10的第一端，所述离轴主镜组20包括离轴主镜21；所述离轴次镜组30设置于所述底板10的第二端，所述离轴次镜组30包括离轴次镜31，如图1所示，所述离轴主镜21用于将入射光引导至所述离轴次镜31。

优选的，离轴主镜21镀高透膜，利用反射光监测光轴及光束质量，能够对入射光行百倍以上的功率衰减。

具体的，所述离轴主镜组20还包括主镜支架22、主镜镜座23、主镜镜框24、第一穿心螺钉25和主镜遮光罩26。

其中，所述主镜支架22固定于所述底板10上，所述主镜镜座23固定连接于所述主镜支架22，所述离轴主镜21连接于所述主镜镜框24内，所述主镜镜框24的外侧壁和所述主镜镜座23的内侧壁形成球面副配合，所述第一穿心螺钉25设置于所述主镜镜框24，用于固定所述主镜镜框24在所述主镜镜座23的位置，所述主镜遮光罩26设置于所述主镜支架22靠近所述离轴次镜组30的一侧。

离轴次镜组30的结构和离轴主镜组20相似，具体的，所述离轴次镜组30还包括次镜支架32、次镜镜座33、次镜镜框34、第二穿心螺钉35和次镜遮光罩36。

其中，所述次镜支架32固定于所述底板10上，所述次镜镜座33固定连接于所述次镜支架32，所述离轴次镜31连接于所述次镜镜框34内，所述次镜镜框34的外侧壁和所述次镜镜座33的内侧壁形成球面副配合，所述第二穿心螺钉35设置于所述次镜镜框34，用于固定所述次镜镜框34在所述次镜镜座33的位置，所述次镜遮光罩36设置于所述次镜支架32靠近所述离轴主镜组20的一侧。

在本实施例中，离轴镜片一般采用抛物面，其光轴与其物理外圆没有直接关系，其光轴由抛物面离轴量和离轴角确定，需要在干涉仪辅助下，对离轴镜片作前后位置、靠近及远离轴向位置、靠近及远离垂轴方向位置、滚转多个方向的调节。

所述光学衰减组40、分光棱镜组50和光学监测组60依次设置于所述离轴次镜31靠近反射面的一侧，所述光学监测组60包括分别设置于所述分光棱镜组50不同方向侧的光轴监测相机61和光束质量监测相机62，所述光学衰减组40用于将所述离轴次镜31反射的反射光的功率进行衰减，所述分光棱镜组50用于将衰减后的反射光束不同的方向两束检测光，分束的两束检测别射至所述光轴监测相机61和光束质量监测相机62。

其采用分光棱镜组50将反射光束为两个方向的检测光，其中一束采用高帧频的光轴监测相机61接收用于监测光轴指向精度，另一束采用普通帧频的光束质量监测相机62接收用于监测光束质量，避免了使用分光次镜引起像散，且光束质量监测相机也可以监测光轴指向精度，能够对测试结果进行复核。

在本申请优选的实施例中，所述光学衰减组40包括衰减支架41、电机42、电位器43、转盘44、平板透镜45和至少两个衰减倍率的滤光片46，衰减支架41设置于所述底板10，所述电机42设置于所述衰减支架41，所述转盘44上具有多个沿其转轴的周向均匀分布的安装位，所述平板透镜45和所述滤光片46对应设置于所述安装位，所述电位器43与所述电机42电连接，所述转盘44在所述电机42的驱动下转动预设角度，以使平板透镜45或者任一所述滤光片46位于所述离轴次镜31的光轴上。

具体的，在本实施例中，转盘44在转动过程中上端始终处于离轴次镜31的光轴上，转盘44上一共有四个安装位，分别安装有平板透镜45和三个滤光片46，安装转盘44时，确保转盘44的任一安装位处于其上端方向，通过电位器43的设置使电机42每次工作带动转盘44转动90°，通过转盘44的转动，就可以实现在平板透镜45和三个滤光片46之间的切换操作。

在本申请的实施例中，所述分光棱镜组50包括棱镜支架51、分光棱镜52、棱镜挡板53和棱镜压板54。

所述棱镜支架51上端用于放置所述分光棱镜52，所述棱镜压板54和所述棱镜挡板53分别位于所述分光棱镜52的相对两侧，所述棱镜压板54上具有进光孔，所述棱镜挡板53具有与所述光轴监测相机61对应的第一出光孔，所述棱镜支架51的一侧具有对应所述光束质量监测相机62的第二出光孔。

在本申请的实施例中，为了便于分光棱镜52偏振后两束光更好被对应的相机，第一出光孔的孔径轴线和所述第二出光孔的孔径轴线之间的夹角为90°。

具体的，光学监测组60还包括第一相机支架63、第一衰减片固定件64、第二相机支架65、第二衰减片固定件66。

所述光轴监测相机61固定于所述第一相机支架63，所述第一衰减片固定件64设置于所述第一相机支架63靠近所述分光棱镜52的一侧；所述光束质量监测相机62固定于所述第二相机支架65，所述第二衰减片固定件66设置于所述第二相机支架65靠近所述分光棱镜52的一侧。

采用上述结构，光轴监测相机61和光束质量监测相机62前端也可以根据需要放置不同规格的衰减片，配合光学衰减组40可以适应宽功率范围激光的光轴及光束质量监测需求。

为了保证离轴次镜31的反射光的光轴穿过对应的滤光片46的中心，本实施例监测装置还包括光斑监控组70，所述光斑监控组70包括第三相机支架71、相机连接板72、补光板73和光斑监控相机74。

所述第三相机支架71固定于所述底板10并偏离所述离轴次镜31的光轴设置，所述补光板73和光斑监控相机74通过所述相机连接板72安装于所述第三相机支架71，所述光斑监控相机74朝向位于所述离轴次镜31的光轴的滤光片46拍照。

优选的，该装置还包括外罩80，所述外罩80罩设于所述底板10上，所述外罩80的第一端对应所述离轴主镜21具有入射孔，所述外罩80的第二端对应所述离轴次镜31具有废光孔。

通过外罩80的入射孔、光斑监控相机74完成被测激光产品与装置的位置、光轴指向对准，入射处放置光阑完成位置对准，通过光斑监控相机74图像画面观察电动衰减组处的会聚光斑，并对被测产品进行调整，完成光轴指向对准。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离轴反射式光学监测装置，其特征在于，包括底板、离轴主镜组、离轴次镜组、光学衰减组、分光棱镜组和光学监测组；

所述离轴主镜组设置于所述底板的第一端，所述离轴主镜组包括离轴主镜；

所述离轴次镜组设置于所述底板的第二端，所述离轴次镜组包括离轴次镜，所述离轴主镜用于将入射光引导至所述离轴次镜；

所述光学衰减组、分光棱镜组和光学监测组依次设置于所述离轴次镜靠近反射面的一侧，所述光学监测组包括分别设置于所述分光棱镜组不同方向侧的光轴监测相机和光束质量监测相机；

所述光学衰减组用于将所述离轴次镜反射的反射光的功率进行衰减，所述分光棱镜组用于将衰减后的发射光分成两束不同的方向两束检测光，分束的两束检测光分别射至所述光轴监测相机和光束质量监测相机。

2.根据权利要求1所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，所述分光棱镜组包括棱镜支架、分光棱镜、棱镜挡板和棱镜压板，所述棱镜支架上端用于放置所述分光棱镜，所述棱镜压板和所述棱镜挡板分别位于所述分光棱镜的相对两侧，所述棱镜压板上具有进光孔，所述棱镜挡板具有与所述光轴监测相机对应的第一出光孔，所述棱镜支架的一侧具有对应所述光束质量监测相机的第二出光孔。

3.根据权利要求2所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，所述第一出光孔的孔径轴线和所述第二出光孔的孔径轴线之间的夹角为90°。

4.根据权利要求2所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，光学监测组还包括第一相机支架、第一衰减片固定件、第二相机支架、第二衰减片固定件，所述光轴监测相机固定于所述第一相机支架，所述第一衰减片固定件设置于所述第一相机支架靠近所述分光棱镜的一侧；所述光束质量监测相机固定于所述第二相机支架，所述第二衰减片固定件设置于所述第二相机支架靠近所述分光棱镜的一侧。

5.根据权利要求1所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，所述光学衰减组包括衰减支架、电机、电位器、转盘、平板透镜和至少两个衰减倍率的滤光片，衰减支架设置于所述底板，所述电机设置于所述衰减支架，所述转盘上具有多个沿其转轴的周向均匀分布的安装位，所述平板透镜和所述滤光片对应设置于所述安装位，所述电位器与所述电机电连接，所述转盘在所述电机的驱动下转动预设角度，以使平板透镜或者任一所述滤光片位于所述离轴次镜的光轴上。

6.根据权利要求2所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，还包括光斑监控组，所述光斑监控组包括第三相机支架、相机连接板、补光板和光斑监控相机，所述第三相机支架固定于所述底板并偏离所述离轴次镜的光轴设置，所述补光板和光斑监控相机通过所述相机连接板安装于所述第三相机支架，所述光斑监控相机朝向位于所述离轴次镜的光轴的滤光片拍照。

7.根据权利要求1所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，所述离轴主镜组还包括主镜支架、主镜镜座、主镜镜框、第一穿心螺钉和主镜遮光罩，所述主镜支架固定于所述底板上，所述主镜镜座固定连接于所述主镜支架，所述离轴主镜连接于所述主镜镜框内，所述主镜镜框的外侧壁和所述主镜镜座的内侧壁形成球面副配合，所述第一穿心螺钉设置于所述主镜镜框，用于固定所述主镜镜框在所述主镜镜座的位置，所述主镜遮光罩设置于所述主镜支架靠近所述离轴次镜组的一侧。

8.根据权利要求1所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，所述离轴次镜组还包括次镜支架、次镜镜座、次镜镜框、第二穿心螺钉和次镜遮光罩，所述次镜支架固定于所述底板上，所述次镜镜座固定连接于所述次镜支架，所述离轴次镜连接于所述次镜镜框内，所述次镜镜框的外侧壁和所述次镜镜座的内侧壁形成球面副配合，所述第二穿心螺钉设置于所述次镜镜框，用于固定所述次镜镜框在所述次镜镜座的位置，所述次镜遮光罩设置于所述次镜支架靠近所述离轴主镜组的一侧。

9.根据权利要求1所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，还包括外罩，所述外罩罩设于所述底板上，所述外罩的第一端对应所述离轴主镜具有入射孔，所述外罩的第二端对应所述离轴次镜具有废光孔。

10.根据权利要求1所述的离轴反射式光学监测装置，其特征在于，所述离轴主镜的表面镀有高透膜。