一种适用于光学系统装调的空间坐标系对准装置的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种适用于光学系统装调的空间坐标系对准装置。


背景技术：

2.随着光学、机械工程、控制工程、系统工程等学科的发展，现代的光学大工程系统往往由多个功能明确、互相关联的模块组成，常见的例如光源模块、探测模块、监测模块、照明模块、成像模块等等。这些模块在设计、加工、装调时，既要单独考虑模块功能指标，又要整体考虑模块间的协调和配合。当做整体考虑时，每个模块可以认为是一个黑箱，通过输入输出参数和接口连接。在设计中，这样的连接是很容易的，事实上，设计人员只需要利用光轴和入瞳出瞳等概念来串联所有模块。但在实际的装调乃至系统运行时，往往需要额外的办法来对准各模块，尤其是当系统运行时存在空间上的移动、旋转的情况下，各模块对准尤为必要。这里的“对准”，在数学上，即不同模块间坐标系的对准(或统一)，这是光学系统的一项基本要求(各模块、各组件没有机械的连接或者粘贴，而是依靠光路串联，光路的正确性高度依赖空间坐标系的对准)。


技术实现要素：

3.在光学系统中各模块实际装调时，光路的正确性高度依赖空间坐标系的对准，因此，本技术提供一种适用于光学系统装调的空间坐标系对准装置，该空间坐标系对准装置结构精简、操作简单，可以完成两个光学模块装调时的空间坐标系的对准。
4.本发明提供的技术方案如下：
5.本发明提供一种适用于光学系统装调的空间坐标系对准装置，所述对准装置用于光学系统中两个光学模块装调时的空间坐标系的对准，所述对准装置包括：xy对准器、角锥镜、rxy对准器、rz对准器；
6.所述xy对准器、角锥镜和rxy对准器设置于所述两个光学模块中的一学光模块上，所述rz对准器设置于另一光学模块上；
7.光束从所述角锥镜的斜边正向射入，经所述角锥镜的两腰边反射后再由所述角锥镜的斜边正向射出，所述xy对准器和所述rxy对准器分别设置于所述角锥镜的斜边一侧，其中，所述xy对准器位于所述角锥镜的斜边的入射光束一侧，所述rxy对准器位于所述角锥镜的斜边的出射光束一侧；
8.光束射入所述xy对准器以判定所述两个光学模块是否发生x方向偏移或/和y方向偏移，经所述角锥镜反射后的出射光束射入所述rxy对准器以判定所述两个光学模块是否发生绕x方向旋转或/和绕y方向旋转；经所述角锥镜反射后的出射光束射入所述rz对准器以判定所述两个光学模块是否发生绕z方向旋转。
9.进一步优选的，所述xy对准器包括第一分束镜和第一位置探测器，所述第一分束镜用于将射入所述第一分束镜的光束分为两束光束，一束光束射入所述第一位置探测器，
另一束光束正向射入所述角锥镜的斜边；通过光束是否射入所述第一位置探测器的中心点位置以判定所述两个光学模块是否发生x方向偏移或/和y方向偏移。
10.进一步优选的，所述rxy对准器包括第二分束镜和第二位置探测器，所述第二分束镜用于将射入所述第二分束镜的光束分为两束光束，一束光束射入所述第二位置探测器，另一束光束射入所述rz对准器；通过光束是否射入所述第二位置探测器的中心点位置以判定所述两个光学模块是否发生绕x方向旋转或/和绕y方向旋转，及通过光束是否射入所述rz对准器的中心点位置以判定所述两个光学模块是否发生绕z方向旋转。
11.进一步优选的，所述第一位置探测器、第二位置探测器和rz对准器为十字叉丝、具有准星或刻度线的光屏、探头、相机中的任一种。
12.进一步优选的，所述第一位置探测器、第二位置探测器和rz对准器均为十字叉丝。
13.进一步优选的，所述角锥镜为截面是等腰三角形的棱镜，且所述角锥镜的锥角为非直角。
14.进一步优选的，还包括准直光源，所述准直光源与所述rz对准器设置于同一个光学模块上，所述准直光源用于向所述xy对准器发射准直平行光束。
15.进一步优选的，所述准直光源为he-ne激光器。
16.依据上述实施例的空间坐标系对准装置，该空间坐标系对准装置由xy对准器、角锥镜、rxy对准器、rz对准器组成，在两个光学模块装调时，其中，rz对准器安装在其中一个光学模块，xy对准器、角锥镜和rxy对准器安装在另一个光学模块，当xy对准器、rxy对准器和rz对准器完成对准时，则该两个光学模块的空间坐标系完成对准；该空间坐标系对准装置的结构精简、操作简单，且空间坐标系在对准过程中的对准效果清晰直观。
附图说明
17.图1为空间坐标系对准装置结构示意图；
18.图2为另一空间坐标系对准装置结构示意图。
具体实施方式
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图，并获得其他的实施方式。
20.实施例一：
21.本实施例提供一种适用于光学系统装调的空间坐标系对准装置，该空间坐标系对准装置用于光学系统中两个光学模块装调时的空间坐标系的对准，该空间坐标系对准装置包括：xy对准器、角锥镜、rxy对准器、rz对准器；
22.所述xy对准器、角锥镜和rxy对准器设置于所述两个光学模块中的一学光模块上，所述rz对准器设置于另一光学模块上；
23.光束从所述角锥镜的斜边正向射入，经所述角锥镜的两腰边反射后再由所述角锥镜的斜边正向射出，所述xy对准器和所述rxy对准器分别设置于所述角锥镜的斜边一侧，其中，所述xy对准器位于所述角锥镜的斜边的入射光束一侧，所述rxy对准器位于所述角锥镜
的斜边的出射光束一侧；
24.光束射入所述xy对准器以判定所述两个光学模块是否发生x方向偏移或/和y方向偏移，经所述角锥镜反射后的出射光束射入所述rxy对准器以判定所述两个光学模块是否发生绕x方向旋转或/和绕y方向旋转；经所述角锥镜反射后的出射光束射入所述rz对准器以判定所述两个光学模块是否发生绕z方向旋转。
25.该空间坐标系对准装置能够对光学系统中两个光学模块装调时的空间坐标系从五个自由度进行对准，即对x、y方向的偏移和绕x、y、z方向的旋转五个自由度进行对准。
26.进一步，在空间坐标系对准过程中所需的光源即可以是额外提供的准直光源，也可以是光学模块自身携带的光源。
27.在本实施例中，以该光源是额外提供的准直光源为例对该空间坐标系对准装置的结构及具体应用进行描述。
28.为了方便描述，本实施例将光学系统中装调的两个光学模块定义为第一光学模块10和第二光学模块20。
29.如图1所示，准直光源100与rz对准器140设置于第一光学模块10上，xy对准器110、角锥镜120和rxy对准器130设置于第二学光模块20上。
30.具体的，准直光源100用于向xy对准器110发射准直平行光束，优选的，准直光源100为he-ne激光器；
31.xy对准器110包括第一分束镜111和第一位置探测器112，第一分束镜111用于将射入第一分束镜111的光束分为两束光束，一束光束射入第一位置探测器112，另一束光束正向射入角锥镜120的斜边；通过光束是否射入第一位置探测器112的中心点位置以判定第一光学模块10与第二光学模块20之间是否发生x方向偏移或/和y方向偏移；
32.rxy对准器130包括第二分束镜131和第二位置探测器132，第二分束镜131用于将射入第二分束镜131的光束分为两束光束，一束光束射入第二位置探测器132，另一束光束射入rz对准器140；通过光束是否射入第二位置探测器132的中心点位置以判定第一光学模块10与第二光学模块20之间是否发生绕x方向旋转或/和绕y方向旋转，及通过光束是否射入rz对准器140的中心点位置以判定第一光学模块10和第二光学模块20之间是否发生绕z方向旋转；
33.在本实施例中，角锥镜120为截面是等腰三角形的棱镜，且角锥镜120的锥角为非直角，光束从角锥镜120的斜边正向射入，经角锥镜120的两腰边反射后再由角锥镜120的斜边正向射出；优选的，角锥镜120是一个锥角为120
°
、截面为等腰三角形的棱镜，光束由斜边正向入射，经过两腰的两次反射后，再由斜边正向出射。
34.进一步，第一位置探测器112、第二位置探测器132和rz对准器140为十字叉丝、具有准星或刻度线的光屏、探头、相机中的任一种；进一步优选的，第一位置探测器112、第二位置探测器132和rz对准器140均为十字叉丝。
35.第一分束镜111为一玻璃平板，该玻璃平板上镀有45
°
半反半透膜；该玻璃平板反射的光束射在第一位置探测器112上的位置判断光束的x坐标和y坐标是否偏移，以判定第一光学模块10和第二光学模块20在x方向和y方向上的相对偏移。
36.同样的，第二分束镜132也为一玻璃平板，该玻璃平板上镀有45
°
半反半透膜。该玻璃平板反射的光束射在第二位置探测器132上的位置判断光束是否有以x方向和y方向为轴
的旋转，以判定第一光学模块10和第二光学模块20在x方向和y方向上的相对旋转。
37.rz对准器140也为一十字叉丝，通过光束射在rz对准器140上的位置判断光束是否有以z方向为轴的旋转，这进一步反映了第一光学模块10和第二光学模块20在z方向上的相对旋转。
38.将空间坐标系对准装置的所有组件按照图1的方式固定在第一光学模块10和第二光学模块20中。光束从准直光源100中出射，射向第一分束镜111后被分为两束，一束射向第一位置探测器112，一束射向角锥镜120并经过角锥镜120反射后射向第二分束镜131，在第二分束镜131中又分为两束，一束射向第二位置探测器132，一束射向rz对准器140。上述光束在第一位置探测器112、第二位置探测器132和rz对准器140上的光斑应当位于中心位置，如有偏离则两个光学模块未对准，需要相应调整，调整方法为：
39.先看第一位置探测器112上的光斑是否位于中心，如有偏离则表明两光学模块间在xy方向上有相对偏移，相应的调整两光学模块位置以使得光斑移动到第一位置探测器112的中心。
40.再看第二位置探测器132上的光斑是否位于中心，如有偏离则表明两光学模块间沿xy轴有相对旋转，相应的调整两光学模块位置以使得光斑移动到第二位置探测器132的中心。
41.最后看rz对准器140上的光斑是否位于中心，如有偏离则表明两光学模块间沿z轴有相对旋转，相应的调整两光学模块位置以使得光斑移动到rz对准器140的中心。
42.当上述光束在第一位置探测器112、第二位置探测器132和rz对准器140上的光斑均位于中心位置时，两个光学模块的空间坐标系对准完成。
43.本实施例提供的空间坐标系对准装置结构精简、操作简单，能够对光学系统中两个光学模块装调时的空间坐标系从五个自由度进行对准，且空间坐标系在对准过程中的对准效果清晰直观。
44.实施例二：
45.基于实施例一，本实施例提供另一结构的空间坐标系对准装置，本实施例是在实施例一的基础上作了变形，具体的，本实施例提供的空间坐标系对准装置不需要额外提供准直光源，而是利用光学模块自身的光源。
46.如图2所示，本实施例的空间坐标系对准装置由第三分束镜301、反射镜302、xy对准器110、角锥镜120、rxy对准器130、rz对准器140组成，第三分束镜301、反射镜302和rz对准器140安装在第一光学模块10中，xy对准器110、角锥镜120和rxy对准器130安装在第二光学模块20。
47.其中，第三分束镜301为一光束采样镜，光束沿45
°
入射时反射比约5％，反射的光束由反射镜302调整位置和角度；将第三分束镜301插入到第一光学模块10自身的工作光路300的某一合适位置，分出一小束准直光并经反射镜302反射后用于空间坐标系对准装置的运行。
48.本实施例中的xy对准器110、角锥镜120、rxy对准器130、rz对准器140的具体结构请参考实施例一，本实施例中的空间坐标系对准装置的使用方法请参考实施例一，本实施例不作赘述。
49.本实施例提供的空间坐标系对准装置结构精简、操作简单，无需额外增加准直光
源，利用自身光路就能够对光学系统中两个光学模块装调时的空间坐标系从五个自由度进行对准，且空间坐标系在对准过程中的对准效果清晰直观。
50.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。