一种大跨度多光学通道的平行性校准装置的制作方法

本实用新型属于光学测量技术领域，具体涉及一种多光学通道的平行性校准装置。

背景技术：

在无人战车侦察应用中，涉及一种多光学通道的光电成像系统，每个光学通道探测无穷远目标处的不同波长的光信号，为了确保目标探测的一致性，要对上述的光学通道进行平行性检测和校准。同样在无人车自动驾驶中，也涉及类似的双目视觉光学系统，需要对光轴的平行性进行检测。

通常采用的检测方法是将同一只准直光束入射到多个光学通道中，采用成像器件判断聚焦位置和光斑大小，来确定光学通道之间是否平行。

由于光学通道之间具有较大的跨距，为了确保每个光学通道都能覆盖到准直光束，故需要采用大口径的准直镜以产生较大的准直光束，势必会带来光学加工难度大、产品体积大重量重、制造成本高等问题。

空间光桥是一种将光线进行位移和角度转换的光学器件，类似于潜望镜的工作原理，如图1所示，常采用一对平行的平面反射镜固定在壳体上，光线经过第一面反射镜反射后，再经过第二面反射镜平行射出，为了保持入射光线和出射光线平行，则需要两个平面反射镜具有较高的平行度，故对其位置精度提出了很高的要求，但是在宽温及振动环境中，这种潜望镜式的光桥难以满足工程应用的要求。

申请号为200910198631.8的中国专利“一种双反射空间光桥接器”，介绍了一种空间光桥接器，有双反射光学平板、波片和检偏双折射元件组成，实现了两输入光束的分光合束，满足了空间相干光通信中的通信光束和振荡光束的复合，并不能解决本专利涉及的大跨度多光学通道的平行性校准问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种大跨度多光学通道的平行性校准装置，通过基于斜方棱镜的空间光桥，在小准直光束尺度的条件下实现了跨度多光学通道的光束覆盖和平行性校准测量。

本实用新型具有的技术方案如下：

一种大跨度多光学通道的平行性校准装置，包括光源、与光源出射的准直光束垂直设置的环形导轨和不少于一只的长条形空间光桥，所述的空间光桥通过位移台固定在环形导轨上，使得空间光桥在长度方向上实现往复移动；位移台的底部可沿环形导轨的定位面平移；准直光束入射在环形导轨的中心区域，直接入射至光学通道上或经过空间光桥的入射孔和出射孔后入射至光学通道上。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，空间光桥的长边沿环形导轨的径向方向设置。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，所述的位移台为燕尾滑块位移台。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，环形导轨的定位面上设置有凹槽，位移台上设置有与凹槽尺寸相匹配的定位锁紧螺钉。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，所述的空间光桥为设置在光桥壳体内的斜方棱镜。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，空间光桥包括层叠设置的第一斜方棱镜和第二斜方棱镜，第一斜方棱镜包括入射面和第一贴合面，且入射面和第一贴合面之间为正平行度公差，第二斜方棱镜包括出射面和第二贴合面，且出射面和第二贴合面之间为负平行度公差，所述的入射面和出射面均镀有反射膜。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，第一贴合面和第二贴合面之间设置有粘合剂，粘合剂为与斜方棱镜折射率相一致的光学胶。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，层叠后的第一斜方棱镜和第二斜方棱镜固定在光桥壳体内。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，光桥壳体与入射面对应的位置处设置有入射孔。

上述大跨度多光学通道的平行性校准装置中，光桥壳体与出射面对应的位置处设置有出射孔。

本实用新型具有的有益技术效果如下：

1、本实用新型通过设置环形导轨和空间光桥，将空间光桥在环形导轨上的往复移动和平移，将小尺度的准直光束扩大应用至大跨度的多光学通道校准测量中，克服了传统方式的大口径准直镜加工难题，降低了制造成本，并具有结构紧凑，便于外场应用等特点。

2、本实用新型空间光桥采用两只包括层叠设置的第一斜方棱镜和第二斜方棱镜，并对两者的平行度进行了测量，根据平行度公差结果筛选出一对正平行度公差和负平行度公差的斜方棱镜进行组合抵消，大大降低了对棱镜加工精度的要求，满足了对光线平行度的较高要求；同时两个叠加的斜方棱镜，也加长了入射光线和出射光线之间的位移，在不用采用大块光学材料加工的前提下，满足了入射光线和出射光线之间的长距离要求。此外两只斜方棱镜采用压接贴合或粘接的方式，使得器件结构稳定可靠，满足了宽温环境及振动环境等外场测试的要求，且降低了制造成本。

附图说明

图1为现有潜望镜式空间光桥的原理示意图；

图2为本实用新型大跨度多光学通道的平行性测量校准装置原理示意图；

图3为本实用新型空间光桥在环形导轨上移动方向示意图；

图4为本实用新型空间光桥在与环形导轨装配结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为现有的斜方棱镜工作原理示意图；

图7为本实用新型两只带有正负平行公差斜方棱镜的降低平行度误差原理示意图；

图8为本实用新型两只斜方棱镜的叠加效果示意图；

图9为本实用新型含有光学胶的斜方棱镜的叠加效果示意图；

图10为本实用新型空间光桥的结构示意图；

图11为本实用新型空间光桥的工作原理示意图；

附图标记为：

6—空间光桥；8—环形导轨；9-被测产品；10—凹槽；11—定位面；12—锁紧螺钉；13—位移台；20—准直光束；21—斜方棱镜；22—入射光线；23—工作面；30—光桥壳体；31—第一斜方棱镜；32—第二斜方棱镜；33—入射面；34—第一贴合面；35—第二贴合面；36—出射面；37—粘合剂；38—入射孔；39—出射孔；901-第一光学通道；902-第二光学通道。

具体实施方式

如图2-5所示，本实用新型涉及的一种大跨度多光学通道的平行性校准装置，包括光源系统、环形导轨8和不少于一只的空间光桥6，空间光桥6为长条形，光源系统出射的准直光束20与环形导轨8工作面相垂直，即准直束20则与环形导轨的轴向方向平行，且准直光束20入射在环形导轨8的中间的空心区域。空间光桥6通过位移台13固定在环形导轨8上，使得空间光桥6在长度方向上实现往复移动；环形导轨8正对准直光束20的表面为定位面11，位移台13的底部可沿环形的定位面11平移，实现360°角度范围内的扫描。

准直光束20入射在环形导轨8的中心区域，并经过空间光桥6的入射孔38和出射孔39后垂直入射至光学通道上，图2中被测产品9上安装有第一光学通道901、第二光学通道902等若干只光学通道，每只光学通道与后面的成像系统联接，光学通道包括透镜组、滤光片组等光学元件，将光信号或图像成像至成像系统的ccd上，校准时可通过成像器件上的ccd对准直光束20的光斑聚焦特性来进行垂直性验证。图中第一光学通道901可直接接收准直光束20入射，并通过其上设置的成像器件ccd上的聚焦光斑判断其光轴是否与准直光束20同轴，而第二光学通道902则依靠空间光桥6将准直光束20位移一段距离后入射至成像器件上进行光轴的校准。

对于圆环结构的环形导轨8而言，轴向方向指的是圆环中心线方向，即本实用新型中准直光束20的入射方向；径向方向则指垂直圆环中心线方向且通过圆环中心点的方向，即圆环中任意一个直径的方向。本实用新型中空间光桥6的长边沿环形导轨8的径向方向设置，这样可以确保空间光桥6在极限情况下达到最远离圆环中心点的位置，再通过空间光桥6在环形导轨8上的平移，满足大区域、大跨度位置处的光学通道校准测量。

如图3至图5所示，位移台13为燕尾滑块位移台，目的实现空间光桥6沿环形导轨8的径向方向平移。环形导轨8的定位面11上设置有凹槽10，位移台13上设置有与凹槽10尺寸相匹配的定位锁紧螺钉12，一旦位置调节到位，则锁紧两者的相对位置，实现光学校准测量，避免环境振动的影响。

图6-11所示，空间光桥6为设置在光桥壳体30内的斜方棱镜。如图6所示，斜方棱镜是一种常见的斜方体棱镜，入射光只产生位移而不改变其方向。入射光线经过第一个工作面反射后再经第二个工作面平行出射，其结构一体化，决定了其可适用于宽温及振动环境中，但在实际加工中，两个工作面的面形精度通过整体研磨可以加工的很高，但是两个工作面的平行度却难以保证很高的精度，往往存在正、负平行度公差，使得入射光线和出射光线无法平行，限制了其特殊场合的应用。而如果提高平行度精度，则加工费用需要成倍提高。

如图7所示，本实用新型的思路是在加工的斜方棱镜中挑选出一对正平行度公差和负平行度公差的镜子进行叠加组合，优选平行度公差绝对值相等的两只，这样可以最大限度抵消掉平行度误差。实际应用中，可对加工的斜方棱镜采用光学仪器进行精确测试，从而挑选出最佳参数的两只进行匹配。

如图8所示，空间光桥6包括层叠设置的第一斜方棱镜31和第二斜方棱镜32，第一斜方棱镜31包括入射面33和第一贴合面34，且入射面33和第一贴合面34之间为正平行度公差，第二斜方棱镜32包括出射面36和第二贴合面35，且出射面36和第二贴合面35之间为负平行度公差，两只镜子的公差幅值尽可能相等，实现最大限度的抵消。其中优选正平行度公差和负平行度公差绝对值≤2″的斜方棱镜。

其中入射面33和出射面36均镀有反射膜，入射光线22沿设定的角度从入射面33入射，并经第一贴合面34和第二贴合面35透射后，由出射面36出射。其中入射光线22和入射面33夹角为45°，同样出射光线和出射面36夹角也为45°。斜方棱镜的材料选用k9玻璃或石英，根据透射光线的波长而确定，反射膜的反射率大于98％，使得入射的绝大部分光都能平行出射。

如图9所示，第一贴合面34和第二贴合面35之间设置有粘合剂37，粘合剂37为与斜方棱镜折射率相一致的光学胶。一般情况下，斜方棱镜的工作面的面形精度较高，就可以确保两个贴合面可以无缝隙贴合，且二者折射率相同，故实现光线能够通过界面而无通过反射。增加粘合剂的目的是为了防止特殊情况下贴合面出现缝隙，从而导致部分光线反射对后续标校光路的影响，且当两只棱镜工作面平行度公差值不相等时也可以通过填充粘合剂来进行校正，进一步确保了入射光线和出射光线的角度一致。

如图10和图11所示，层叠后的第一斜方棱镜31和第二斜方棱镜32固定在光桥壳体30内。光桥壳体30与入射面33对应的位置处设置有入射孔38，与出射面36对应的位置处设置有出射孔39，光学调节架夹持在光桥壳体30上，进行光路调节。

本实用新型通过设置环形导轨和空间光桥，通过空间光桥在环形导轨上的往复移动和平移，将小尺度的准直光束扩大应用至大跨度的多光学通道校准测量中，克服了传统方式的大口径准直镜加工难题，降低了制造成本，并具有结构紧凑，便于外场应用等特点。同时空间光桥采用斜方棱镜制成，入射光线和出射光线平行，确保了校准测量的准确性。校准装置结构稳定可靠，满足了宽温环境及振动环境等外场测试的要求，且降低了制造成本。