一种镜片准直装置的制作方法

1.本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及一种镜片准直装置。


背景技术：

2.在光路系统的设计中，镜片的设计占有相当大的比重，但是由于镜片的种类不同以及设计、加工和安装误差等导致其实际使用效果差强人意。尤其是多组镜片的组合时，不仅费时费力、对安装调试人员的技术要求也比较高，稍有偏差就可能无法达到设计要求。
3.光路的验证往往需要综合所有元器件的使用效果，为了得到满意的设计效果，往往需要进行反复验证、多次调整，不仅费时费力研发成本高，还耽误设计周期。所以人们急需一种可以快速检测镜片是否垂直主光路的辅助光路系统。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中提及的技术问题，本发明提供的一种镜片准直装置，以解决现有技术中检测镜片准直情况的光学系统结构复杂、体积大的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明的一种镜片准直装置的具体技术方案如下：
6.本发明提供了一种镜片准直装置，包括校准组件和准直组件，
7.校准组件，用于确定待准直镜片所处的主光路以及使准直组件的发射光线与主光路重合；
8.准直组件，包括依次设置的激光器、第一狭缝和镜片组件，激光器发出的激光经第一狭缝后，入射到镜片组件，并经镜片组件后入射到待准直镜片上，入射光线经过待准直镜片和镜片组件反射后，在第一狭缝形成成像光斑，以根据成像光斑到第一狭缝中心的距离和第一狭缝到待准直镜片之间的光学路径长度确定待准直镜片相对主光路的偏转角度。
9.进一步的，镜片组件包括第一反光镜和第二反光镜，第一反光镜将入射光线反射到第二反光镜，通过第二反光镜将光线反射到主光路上。
10.进一步的，第一反光镜和第二反光镜分别固定在二维调节架上。
11.进一步的，还包括激光测距仪，用于检测第一狭缝到待准直镜片之间的光学路径长度。
12.进一步的，第一狭缝具有环形刻度线及放射性刻度线，用于显示成像光斑到第一狭缝中心的距离。
13.进一步的，第一狭缝的中心孔的大小可调，用于调节光斑大小。
14.进一步的，校准组件包括依次设置在主光路上的第二狭缝和第三狭缝，用于确定主光路以及调节激光经过镜片组件后的出射光与主光路重合。
15.进一步的，第二狭缝和第三狭缝均为带有十字刻线的狭缝。
16.进一步的，还包括观测组件，观测组件包括分光元件和探测器，
17.分光元件，设置在第一狭缝和镜片组件之间，用于将入射光线分成两部分，一部分入射光线经过分光元件入射到待准直镜片，另一部分入射光线经分光元件反射后被探测器
捕获；待准直镜片反射后的部分反射光线经过分光元件反射后被探测器捕获，另一部分反射光线经过分光元件后在第一狭缝形成成像光斑；
18.探测器，用于显示捕获到的激光器发出的部分激光、以及待准直镜片反射后的部分光线的图像信息。
19.进一步的，分光元件为分光棱镜或分光片，探测器为ccd摄像机。
20.本发明提供的一种镜片准直装置，能够直观地对待准直镜片的偏转角度和偏转方向进行定量计算，准直精度可调，准直装置的价格低廉、质量轻、体积小，耐用不易损坏，适用不同的测试环境，对激光器进行遮挡，使设备更安全。
附图说明
21.图1为本发明第一实施例的一种镜片准直装置的结构示意图；
22.图2为本发明第二实施例的一种镜片准直装置的结构示意图；
23.图3为本发明实施例的第一狭缝的结构示意图；
24.图4为本发明实施例的第一狭缝和待准直镜片之间的光路图；
25.图5为本发明计算待准直镜片偏转角度的原理图。
26.图中标记说明：
27.1、激光器；2、第一狭缝；21、放射性刻度线；22、环形刻度线；3、第一反光镜；4、第二反光镜；5、第二狭缝；6、第三狭缝；7、待准直镜片；8、分光元件；9、探测器。
具体实施方式
28.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.该镜片准直装置能够显示待准直镜片7的偏转方向，并指导调试人员对待准直镜片7进行角度调节，从而达到待调节镜片反射的光线与激光器发射的入射光线完全重合，表明待准直镜片7已经垂直于主光路。
32.实施例一：
33.图1示意性示出了一种镜片准直装置的结构示意图。如图1所示，本技术的镜片准
直装置，包括校准组件、准直组件和观测组件，其中，
34.校准组件，用于确定待准直镜片7所处的主光路l1以及使准直组件的发射光线与主光路l1重合；
35.准直组件，包括依次设置的激光器1、第一狭缝2和镜片组件，用于确定待准直镜片7相对于主光路l1的偏转角度；
36.观测组件，包括分光元件8和探测器9，用于显示待准直镜片7反射的部分光线形成的偏移光斑和激光器1发射的部分光线形成的基准光斑之间的偏移方向。
37.在对待准直镜片7准直前，需要调节激光器1发出的光线与主光路l重合，首先，将校准组件安装在主光路l1内，并调节校准组件使主光路l1内的光源发出的光穿过校准组件，以确定待准直镜片7所处的主光路l1；其次，依次安装激光器1、第一狭缝2和镜片组件，并调节第一狭缝2和镜片组件，使激光器1发出的光线与主光路l1重合；最后，安装观测组件，并调节分光元件8，使激光器1发出的光线显示在探测器9显示画面的中心位置。
38.光路调节完毕后，将待准直镜片7安装在镜片组件和校准组件之间的主光路l1内。准直过程包括：一方面，激光器1发出的光线经第一狭缝2后，一部分入射光线经过分光元件8入射到镜片组件，并经镜片组件后入射到待准直镜片7上，入射光线经过待准直镜片7和镜片组件反射后的部分反射光线经过分光元件8后在第一狭缝2形成成像光斑，以根据成像光斑到第一狭缝2中心的距离和第一狭缝2到待准直镜片7之间的光学路径长度确定待准直镜片7相对主光路l1的偏转角度。
39.另一方面，激光器1发出的光线经第一狭缝2后，另一部分入射光线经分光元件8反射后被探测器9捕获，以在探测器9显示激光器1发射的部分光线形成的基准光斑；经过待准直镜片7和镜片组件反射后的另一部分反射光线经过分光元件8反射后被探测器9捕获，以显示待准直镜片7反射的部分光线形成的偏移光斑，以根据偏移光斑和基准光斑的位置确定待准直镜片7的偏移方向，调节待准直镜片7的角度，使待准直镜片7反射的光线与激光器1发射的激光完全重合，即为调节完成。
40.实施例二：
41.在实施例一的基础上，对校准组件、镜片组件以及观测组件的选型以及各组件的位置排布做具体说明。
42.如图2所示，校准组件包括依次设置在主光路l1上的第二狭缝5和第三狭缝6，第二狭缝5和第三狭缝6均为带有十字刻线的狭缝，用于确定主光路l1以及调节激光经过镜片组件后的出射光与主光路l1重合；
43.镜片组件包括第一反光镜3和第二反光镜4，第一反光镜3将入射光线反射到第二反光镜4，通过第二反光镜4将光线反射到主光路l1上；第二反光镜4将经待准直镜片7反射的光线l2，反射至第一反光镜3，并在第一狭缝2上形成成像光斑。
44.分光元件8设置于第一狭缝2和第一反光镜3之间的光路上。
45.具体的，安装光路时，首先，在主光路l1中安装第二狭缝5和第三狭缝6，主光路l1上的光源发射的光线照射在第二狭缝5和第三狭缝6上，分别左右调节或者上下调节第二狭缝5和第三狭缝6，以使主光路l1上的光源发射的光线分别经过第二狭缝5和第三狭缝6的中心位置，即可对主光路l1进行限定。
46.其次，将第一反光镜3和第二反光镜4安装于二维调节架上，并调节二维调节架以
调节第一反光镜3和第二反光镜4的倾角。调节第二反光镜4，使从第一狭缝2出射的激光依次经过第一反光镜3和第二反光镜4反射后的光斑位于第三狭缝6的中心位置；然后，调节第一反光镜3，使从第一狭缝2出射的激光经过第一反光镜3和第二反光镜4反射后经过第二狭缝5的中心位置，即，经过二维调节架与第一反光镜3和第二反光镜4的配合使激光器1发射的激光通过第二狭缝5和第三狭缝6的中心位置，此时，可认定通过第二反光镜4反射的光线与主光路l1重合。
47.在准直待准直镜片7时，当第二反光镜4反射的光线与主光路l1重合后，将待准直镜片7置于第二反光镜4和第二狭缝5之间的主光路l1中，如图2所示，激光器1发射的激光一部分经第一狭缝2和分光元件8后入射到第一反光镜3上，经第一反光镜3和第二反光镜4的反射后，照射至待准直镜片7上，待准直镜片7反射后的光线l2，经过第二反光镜4和第一反光镜3的反射后，穿过分光元件8，在第一狭缝2上形成成像光斑，以根据成像光斑到第一狭缝2中心的距离和第一狭缝2到待准直镜片7之间的光学路径长度确定待准直镜片7相对主光路l1的偏转角度。
48.另一方面，激光器1发出的光线经第一狭缝2后，另一部分入射光线经分光元件8反射后被探测器9捕获，以在探测器9显示激光器1发射的部分光线形成的基准光斑；经过待准直镜片7反射的反射光线l2，依次经过第二反光镜4和第一反光镜3的反射后，另一部分反射光线l2经过分光元件8反射后被探测器9捕获，以显示待准直镜片7反射的部分光线形成的偏移光斑，以根据偏移光斑和基准光斑的位置确定待准直镜片7的偏移方向，调节待准直镜片7的角度，使待准直镜片7反射的光线与激光器1发射的激光完全重合，即为调节完成。
49.具体的，激光器1可选用氦氖激光器，其发射0.633μm波长的激光。
50.具体的，第一反光镜3和第二反光镜4为相互平行的两反光镜，第一反光镜3和第二反光镜4的镜面相对设置，第一反光镜3和第二反光镜4分别固定在二维调节架上，沿激光器1发射激光的传输方向，第一反光镜3设置在第一狭缝2后，第二反光镜4置于主光路l1上，经第二反光镜4反射到主光路l1上的光线能够分别经过第二狭缝5和第三狭缝6。
51.在另一实施方式中，镜片组件还可为两个聚焦镜和固定的十字叉丝，使用激光器1与聚焦镜，将十字叉丝投影投射到主光路上代替上述的激光，也能实现将激光器1发射的激光引导至主光路的功能。
52.在本实施例中，第一狭缝2具有环形刻度线22及放射性刻度线21，用于显示成像光斑到第一狭缝中心的距离。第一狭缝2的中心孔的大小可调，用于调节成像光斑大小。通过读取经待准直镜片7的反射光线l2在第一狭缝2上的成像光斑到第一狭缝2中心的距离h，判断反射光线的光斑到第一狭缝2中心的距离与预设的距离阈值之间的大小关系，可确定待准直镜片7是否垂直于主光路l1。如若预设的距离阈值设定为0.5mm，实际测量的反射光线l2的光斑到第一狭缝2中心的距离为0.3mm，则判定待准直镜片7垂直于主光路l1；若实际测量的反射光线l2的光斑到第一狭缝2中心的距离为0.8mm，则判定待准直镜片7与主光路l1不垂直。调节人员在调节待准直镜片7时，当观测到待准直镜片7反射的反射光线l2的光斑到第一狭缝2中心的距离小于0.3mm时，表明对待准直镜片7的调节完成。
53.预设的距离阈值越小，表明待准直镜片7越趋向于与主光路l1垂直，相应的，当实际测量的反射光线l2的光斑到第一狭缝2中心的距离大于预设的距离阈值时，调节待准直镜片7使其垂直于主光路l1的难度越大，距离阈值可根据实际情况而定。
54.第一狭缝2为可调节狭缝或者可调光阑，可调节狭缝为现有技术，此处不再赘述；或者，如图3所示，第一狭缝2为能够成像的屏，屏中心具有中心孔，本技术中，准直装置包括多个不同中心孔尺寸的第一狭缝2，调节精度时，选择对应中心孔尺寸的第一狭缝2即可。通过采用可调节狭缝，能够调节经过第一狭缝2后的激光光斑的直径，影响调节精度。通常的，第一狭缝2中心孔越小，经过第一狭缝2后的激光光斑的直径越小，经待准直镜片7反射后成像光斑的直径越小，调节精度越高；第一狭缝2中心孔越大，经过第一狭缝2后的激光光斑的直径越大，经待准直镜片7反射后成像光斑的直径越大，调节精度越低。然而，若第一狭缝2中心孔小，经待准直镜片7的反射光线的光斑亮度低，不利于测量反射光线的光斑到第一狭缝2中心的距离，故第一狭缝2中心孔的大小需要根据实际情况而定。
55.在本实施例中，准直装置还包括激光测距仪，用于检测第一狭缝2到待准直镜片7之间的光学路径长度，待准直镜片7法线相对主光路l1的偏转角度的正切值为成像光斑到第一狭缝2中心的距离与第一狭缝2到待准直镜片7之间的光学路径长度的比值，第一狭缝2到待准直镜片7之间的光学路径长度包括第一狭缝2到第一反光镜3之间的光程d0、第一反光镜3和第二反光镜4之间的光程d1、第二反光镜4到待准直镜片7之间的光程d2。通过图4和图5可知，假设理想光路入射光线在第一狭缝2和第二反光镜4之间的路径固定不变，第一反光镜3和第二反光镜4相互平行，且与水平方向呈45
°
的倾角，激光器1发射的激光与第一反光镜3和第一反光镜4均为45
°
反射角，光线水平方向入射到待准直镜片7，经过处理可以得到图4到图5的过程。
56.当激光器1发射的激光通过第一狭缝2、并经过第一反光镜3和第二反光镜4反射的光线与主光路l1重合后，即可测量第一狭缝2和第二反光镜4之间的路径，其中，第一狭缝2和第二反光镜4之间的路径为第一狭缝2和第一反光镜3之间的距离d0与第一反光镜3和第二反光镜4之间的距离d1之和。
57.待准直镜片7的偏转角度α，即待准直镜片7的法线与主光路l1之间的夹角，满足以下公式：
58.tanα＝h/(d0+d1+d2)。
59.可知，通过获取第一狭缝2和第二反光镜4之间的光学路径长度、经待准直镜片7的反射光线在第一狭缝2上的光斑到第一狭缝2中心的距离h，即可计算得到待准直镜片7的偏转角度。
60.在本实施例中的准直装置确定待准直镜片7的偏移方向的方法：第一狭缝2出射的激光经过分光元件8后，一部分激光入射到探测器9形成基准光斑，另一部分激光入射到第一反光镜3，经第一反光镜3反射后，入射至第二反光镜4，经第二反光镜4反射后，入射至待准直镜片7，经待准直镜片7反射后的光线，经第二反光镜4和第一反光镜3反射后，一部分在第一狭缝2上形成成像光斑，另一部分经分光元件8反射后被探测器9捕获并显示。通过探测器9捕获的基准光斑和经待准直镜片7反射后形成的光斑，确定待准直镜片7的偏移方向，如，可将探测器获取的图像信息划分为四个象限，基准光斑至于图像信息的中心位置，根据探测器9捕获的反射光线位于的象限，确定待准直镜片7的偏移方向。
61.具体的，分光元件8为分光棱镜或分光片，探测器9为ccd摄像机。
62.本发明实施例提供的一种镜片准直装置，能够直观地对待准直镜片7的偏转角度和偏转方向进行定量计算，准直精度可调，准直装置的价格低廉、质量轻、体积小，耐用不易
损坏，适用不同的测试环境，部分遮挡使设备更安全。
63.本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
64.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。