專利名稱：寬距離光束平行性檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是寬距離光束平行性檢測裝置，屬于光軸平行性檢測技術 領域。
背景技術：
對于寬距離光束平行性的檢測，到目前為止， 一般都使用大口徑 平行光管，將被檢測的兩路平行光包含在平行光管口徑內(nèi)，根據(jù)成像 在平行光管焦面上兩點的位置，判斷兩路平行光的平行精度。(參考 文獻多光譜光學系統(tǒng)光學平行性的調校和檢驗方法探測，付躍剛，
王志堅，李博，長春光學精密機械學院學報，2001年12月，第24
巻第4期)現(xiàn)有技術存在以下缺點1、對于實際測量，兩路平行光
束之間的距離很寬，但通光孔徑不大，使用大孔徑平行光管進行檢測，
實屬浪費；2、當被測兩平行光束相對孔徑較大時，大孔徑平行光管 又無法實現(xiàn)這種測試要求；3、自準直平行光管的口徑必須大于被檢 測的兩路平行光束的距離，這就造成平行光管的口徑隨被檢光束距離 而變化，這使得平行光管的制造成本增加，且與口徑增大的三次方乃 至四次方成正比。當增大到500mm左右時就難以加工，成本非常昂貴， 制造過程復雜，且周期長；4、現(xiàn)有檢測設備對于長距基準的引出， 需要利用其它基準導出測量，過程復雜。 發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有平行光束檢測設備存在的不足，本發(fā)明提供寬距離光 束平行性檢測裝置，不需要將被檢測的寬距離的兩路平行光束包含在 自準直平行光管的口徑之內(nèi)，這樣能夠實現(xiàn)小口徑的自準直平行光管 能夠檢測寬距離光束平行性。.
如圖1所示，本發(fā)明提供的平行光管擴徑準直裝置由1和擴徑準 直臂2構成，擴徑臂2位于自準直平行光管1的前面，并且可繞自準
直平行光管1轉動；
所述的自準直平行光管1采用傳統(tǒng)的牛頓式結構，由點光源21、 拋物面型主反射鏡23、平面反射鏡24和分光系統(tǒng)17組成；所述的 分光系統(tǒng)17由分光棱鏡18、反射鏡19和二次反射鏡20組成，其中， 反射鏡19鍍有硫化鋅膜層；上述所有的組成部件均置于自準直平行 光管殼體內(nèi)；
由點21發(fā)出的光，經(jīng)過反射鏡19和二次反射鏡20、平面反射鏡 24、再經(jīng)過拋物面型主反射鏡23變成平行光束10;平行光束10的 一部分進入擴徑臂2的復合五棱鏡15";所述的點光源21提供可見 光或紅外光；點光源21優(yōu)選為溴鎢燈；
或者，光源采用激光光源22，激光光源22采用光纖擬合的方法 進入分光系統(tǒng)，激光透過分光棱鏡18，由反射鏡19反射到二次反射 鏡20，再經(jīng)由平面反射鏡24和拋物面型主反射鏡23以平行光出射；
所述的擴徑臂2由復合五棱鏡15、復合五棱鏡組16、水銀盒8 和水銀盒9組成；上述所有的組成部件均置于擴徑臂的殼體內(nèi)；
所述的復合五棱鏡15是由五棱鏡3和光楔6組合而成的，其粘結面鍍有半反半透膜層；復合五棱鏡15位于自準直平行光管1的前 面，將平行光管1發(fā)出的平行光束10的一部分，引入擴徑臂2中， 并將光束分為兩路， 一路用來進行平行光管的自檢， 一路傳給復合五
棱鏡組16;
所述的復合五棱鏡組16是由五棱鏡4、五棱鏡5和一個光楔7 組成，光楔7與五棱鏡4的粘結面鍍有半反半透膜層，光楔7與五棱 鏡5的粘結面沒有鍍膜，光可以直接透過；復合五棱鏡組16的五棱 鏡4出射的光束13和經(jīng)五棱鏡5出射的光束14始終保持平行；并且 復合五棱鏡組16和水銀盒9隨著機械結構可以一起沿著整個擴徑臂 2的殼體的內(nèi)壁移動，調整復合五棱鏡15和復合五棱鏡組16之間的 距離以調整被檢兩路平行光之間的距離。
調整復合五棱鏡15和復合五棱鏡組16之間的距離以調整被檢兩
路平行光之間的距離同時又不降低檢測精度。這也是本發(fā)明的一個發(fā) 明點。
本發(fā)明中，利用五棱鏡能將光路轉折90。，并且在五棱鏡光軸截 面內(nèi)，不產(chǎn)生像偏轉的特性，這就減少了一個引起出射光束偏離原光 束方向的因素，只需要考慮五棱鏡在其它兩個方向的偏轉誤差對出射 光束14的影響。同時，光楔的引入，使得光向中心偏折，補償了五 棱鏡引起的誤差。
對于寬距離光束平行性檢測裝置，當復合五棱鏡15和復合五棱 鏡組16之間的距離改變后，必須對系統(tǒng)進行校準。而且當使用一定 時間后，考慮到擴徑臂的材料變形影響，系統(tǒng)也要進行校準。本裝置的優(yōu)點就在于能夠實現(xiàn)自校準，不需要借助外部其它設備。
對系統(tǒng)進行校準，要利用水銀盒所提供的標準水平面。下面結合
圖2和圖3進一步說明本發(fā)明的光學自檢過程。
首先，對平行光管進行校準。平行光管1發(fā)出平行光10，經(jīng)五棱 鏡3后， 一部分透過光楔6出射，打到水銀盒8的水銀面上，光束 ll按原路返回，成像在平行光管像面上，通過調整復合五棱鏡15， 將所成的像即十字分劃線與平行光管本身的十字分劃線重合。
其次，平行光管出射的光束10經(jīng)過五棱鏡3后，有一部分折轉90° 后即光束12進入復合五棱鏡組16，出射光13打到水銀盒9上，光 按原路返回，被平行光管成像在像面上，看此時的像即十字分劃線與 光管本身的十字分劃線是否重合，同樣通過調整復合五棱鏡15來實 現(xiàn)。因為復合五棱鏡組16事先調好，出射光束13、 14始終平行，所 以當光束13按原路反回到平行光管，通過調試復合五棱鏡15使得出 射光束13與入射光束10平行時，光束14也就與光束10平行了。
動態(tài)檢測過程如下在光學自檢完成后，被檢測平行光束14通過 復合五棱鏡組16折轉90。后，經(jīng)過復合五棱鏡15又被折轉90。進入自 準直平行光管l，在自準直平行光管l的焦面上形成一個光斑；被測 平行光束IO直接射入自準直平行光管1內(nèi)，同樣在自準直平行光管 的焦面上形成另一光斑，如果兩個光斑重合，說明平行光束10和14 是平行的，否則根據(jù)平行光束10和14在自準直平行光管1焦面上形 成像點的間距和自準直平行光管1的焦距，就可計算出平行光束10 和14的平行度偏差。本發(fā)明的寬距離光束平行性檢測裝置，還有如下的技術方案
如圖4所示，寬距離光束平行性檢測裝置由小口徑平行光管25 和還有擴徑臂2構成；
所述的小口徑平行光管25由望遠物鏡26和安置在物鏡焦平面上 的分劃板27構成；擴徑臂2的構成與上述的技術方案的圖1所示的 擴徑臂2的結構相同；只是擴徑臂2套在小口徑平行光管25上，通 過緊固件固定，鎖緊在平行光管25上。
結合圖5進一步說明系統(tǒng)的自檢過程。
平行光管25發(fā)出平行光28完全被復合五棱鏡15接收，分成兩 路即光束29和光束30;光束29被水銀面反射，按原路返回，透過 復合五棱鏡15，傳到平行光管，成像在焦面處，通過調整復合五棱 鏡15使得所成像即十字分劃線與光管本身十字線重合，這就是平行 光管25的自檢；光束30傳給復合五棱鏡組16，經(jīng)過復合五棱鏡組 16后，又分為兩路；光束31經(jīng)水銀面反射，按原路返回，被五棱鏡 折轉90°后，進入復合五棱鏡15，再折轉90°，傳到平行光管，同樣成 像在焦面處，同樣，通過調整復合五棱鏡15使得所成像即十字分劃 線與光管本身十字線重合，這樣，就完成了整個檢測裝置的自檢；這 時光束31和光束28就平行了 ，也即光束32和光束28平行。
因為在實際檢測過程中，光路與自檢時一樣，只是方向相反，所 以這里將被檢測光束的代號同樣定為光束32和光束28。
實施檢測過程如下在光學自檢完成后，被檢測光束32經(jīng)過復 合五棱鏡組16折轉90。后，經(jīng)過復合五棱鏡15又被折轉90°進入小口徑自準直平行光管25，在其焦面上形成一個光斑；被測平行光束28 經(jīng)過復合五棱鏡15直接進入平行光管25，也在焦面上形成一個光斑； 如果這兩個光斑重合，說明平行光束28和32是平行的，否則根據(jù)平 行光束28和32在自準直平行光管25焦面上形成像點的間距和自準 直平行光管25的焦距，就可計算出平行光束28和32的平行度偏差。
這個技術方案提供的寬距離光束平行性檢測裝置，采用與上述的 圖1和圖2相同的擴徑臂2的結構和光路，區(qū)別在于是其完全利用平 行光管發(fā)出的光，或者說，從外界進入檢測裝置，經(jīng)過復合五棱鏡 15的光束完全被平行光管接收。同時，該裝置體積小，檢測時也極 為方便。這個技術方案提供的寬距離光束平行性檢測裝置，適用于小 口徑寬距離光光束平行性的檢測。
有益效果本發(fā)明裝置能夠檢測寬距離平行光束的平行性，其距 離能夠達到1.5m，不需要將被檢測的兩路平行光束包含在自準直平 行光管的口徑之內(nèi)，這樣能夠減小自準直平行光管的口徑，并且大大 降低了制造自準直平行光管的成本。同時，五棱鏡和光楔的使用，使 得對五棱鏡的加工精度要求大大降低，但這并不影響整個裝置的檢測 精度，反而提供了很高的精度。本發(fā)明的成本很低，且制作過程簡單， 周期短，能夠檢測寬距離平行光束的平行性，且精度高。
自準直平行光管中分光系統(tǒng)的引入，使得本裝置的檢測波段由白 光光譜段擴展至激光和紅外光光譜段，成為多光譜光學系統(tǒng)，增加了 儀器的使用范圍。
圖l是寬距離光束平行性檢測裝置的結構示意圖。其也是摘要附圖。
圖2是寬距離光束平行性檢測裝置中擴徑臂的結構及光路示意圖。
圖3是寬距離光束平行性檢測裝置動態(tài)檢測時光路示意圖。
圖4是實施例2的一種寬距離光束平行性檢測裝置結構示意圖。 圖5是實施例2的一種寬距離光束平行性檢測裝置的光路示意圖。
具體實施例方式
實施例1
如圖1所示，本發(fā)明提供的平行光管擴徑準直裝置由1和擴徑準 直臂2構成，擴徑臂2位于自準直平行光管1的前面，并且可繞自準
直平行光管l轉動；
所述的自準直平行光管1采用傳統(tǒng)的牛頓式結構，由點光源21、 拋物面型主反射鏡23、平面反射鏡24和分光系統(tǒng)17組成；所述的 分光系統(tǒng)17由分光棱鏡18、反射鏡19和二次反射鏡20組成，其中， 反射鏡19鍍有硫化鋅膜層；上述所有的組成部件均置于自準直平行 光管殼體內(nèi)；
由點21發(fā)出的光，經(jīng)過反射鏡19和二次反射鏡20、平面反射鏡 24、再經(jīng)過拋物面型主反射鏡23變成平行光束10;平行光束10的 一部分進入擴徑臂2的復合五棱鏡15";所述的點光源21提供可見 光或紅外光；點光源21優(yōu)選為溴鎢燈；或者，光源采用激光光源22，激光光源22采用光纖擬合的方法 進入分光系統(tǒng)，激光透過分光棱鏡18，由反射鏡19反射到二次反射 鏡20，再經(jīng)由平面反射鏡24和拋物面型主反射鏡23以平行光出射；
所述的擴徑臂2由復合五棱鏡15、復合五棱鏡組16、水銀盒8
和水銀盒9組成；上述所有的組成部件均置于擴徑臂的殼體內(nèi)；
所述的復合五棱鏡15是由五棱鏡3和光楔6組合而成的，其粘 結面鍍有半反半透膜層；復合五棱鏡15位于自準直平行光管1的前 面，將平行光管1發(fā)出的平行光束10的一部分，引入擴徑臂2中， 并將光束分為兩路， 一路用來進行平行光管的自檢， 一路傳給復合五 棱鏡組16;
所述的復合五棱鏡組16是由五棱鏡4、五棱鏡5和一個光楔7 組成，光楔7與五棱鏡4的粘結面鍍有半反半透膜層，光楔7與五棱 鏡5的粘結面沒有鍍膜，光可以直接透過；復合五棱鏡組16的五棱 鏡4出射的光束13和經(jīng)五棱鏡5出射的光束14始終保持平行；并且 復合五棱鏡組16和水銀盒9隨著機械結構可以一起沿著整個擴徑臂 2的殼體的內(nèi)壁移動，調整復合五棱鏡15和復合五棱鏡組16之間的 距離以調整被檢兩路平行光之間的距離。
調整復合五棱鏡15和復合五棱鏡組16之間的距離以調整被檢兩 路平行光之間的距離同時又不降低檢測精度。這也是本發(fā)明的一個發(fā) 明點。
本發(fā)明中，利用五棱鏡能將光路轉折90。，并且在五棱鏡光軸截 面內(nèi)，不產(chǎn)生像偏轉的特性，這就減少了一個引起出射光束偏離原光束方向的因素，只需要考慮五棱鏡在其它兩個方向的偏轉誤差對出射 光束14的影響。同時，光楔的引入，使得光向中心偏折，補償了五 棱鏡引起的誤差。
對于寬距離光束平行性檢測裝置，當復合五棱鏡15和復合五棱 鏡組16之間的距離改變后，必須對系統(tǒng)進行校準。而且當使用一定 時間后，考慮到擴徑臂的材料變形影響，系統(tǒng)也要進行校準。本裝置 的優(yōu)點就在于能夠實現(xiàn)自校準，不需要借助外部其它設備。
對系統(tǒng)進行校準，要利用水銀盒所提供的標準水平面。下面結合 圖2和圖3進一步說明本發(fā)明的光學自檢過程。
首先，對平行光管進行校準。平行光管1發(fā)出平行光10，經(jīng)五棱 鏡3后， 一部分透過光楔6出射，打到水銀盒8的水銀面上，光束 ll按原路返回，成像在平行光管像面上，通過調整復合五棱鏡15， 將所成的像即十字分劃線與平行光管本身的十字分劃線重合。
其次，平行光管出射的光束10經(jīng)過五棱鏡3后，有一部分折轉90。 后即光束12進入復合五棱鏡組16，出射光13打到水銀盒9上，光 按原路返回，被平行光管成像在像面上，看此時的像即十字分劃線與 光管本身的十字分劃線是否重合，同樣通過調整復合五棱鏡15來實 現(xiàn)。因為復合五棱鏡組16事先調好，出射光束13、 14始終平行，所 以當光束13按原路反回到平行光管，通過調試復合五棱鏡15使得出 射光束13與入射光束10平行時，光束14也就與光束10平行了 。
動態(tài)檢測過程如下在光學自檢完成后，被檢測平行光束14通過 復合五棱鏡組16折轉90°后，經(jīng)過復合五棱鏡15又被折轉90。進入自準直平行光管l，在自準直平行光管l的焦面上形成一個光斑；被測 平行光束10直接射入自準直平行光管1內(nèi)，同樣在自準直平行光管 的焦面上形成另一光斑，如果兩個光斑重合，說明平行光束10和14 是平行的，否則根據(jù)平行光束10和14在自準直平行光管1焦面上形 成像點的間距和自準直平行光管1的焦距，就可計算出平行光束10 和14的平行度偏差。
整個檢測只是利用了平行光管提供的一部分光束，但不影響檢測 精度，只是光斑強度變小而已。本實施例的方案適用于多光譜多軸集 中平行與離散光軸平行性的檢測。 實施例2
本發(fā)明除了實施例l外，還可以有如下的這種形式。
如圖4所示，寬距離光束平行性檢測裝置由小口徑平行光管25 和還有擴徑臂2構成；
所述的小口徑平行光管25由望遠物鏡26和安置在物鏡焦平面上 的分劃板27構成；擴徑臂2的構成與上述的技術方案的圖1所示的 擴徑臂2的結構相同；只是擴徑臂2套在小口徑平行光管25上，通 過緊固件固定，鎖緊在平行光管25上。
結合圖5進一步說明系統(tǒng)的自檢過程。
平行光管25發(fā)出平行光28完全被復合五棱鏡15接收，分成兩 路即光束29和光束30;光束29被水銀面反射，按原路返回，透過 復合五棱鏡15，傳到平行光管，成像在焦面處，通過調整復合五棱 鏡15使得所成像即十字分劃線與光管本身十字線重合，這就是平行光管25的自檢；光束30傳給復合五棱鏡組16，經(jīng)過復合五棱鏡組 16后，又分為兩路；光束31經(jīng)水銀面反射，按原路返回，被五棱鏡 折轉90。后，進入復合五棱鏡15，再折轉90°，傳到平行光管，同樣成
像在焦面處，同樣，通過調整復合五棱鏡15使得所成像即十字分劃 線與光管本身十字線重合，這樣，就完成了整個檢測裝置的自檢；這 時光束31和光束28就平行了，也即光束32和光束28平行。
因為在實際檢測過程中，光路與自檢時一樣，只是方向相反，所 以這里將被檢測光束的代號同樣定為光束32和光束28。
實施檢測過程如下在光學自檢完成后，被檢測光束32經(jīng)過復 合五棱鏡組16折轉90。后，經(jīng)過復合五棱鏡15又被折轉90°進入小口 徑自準直平行光管25，在其焦面上形成一個光斑；被測平行光束28 經(jīng)過復合五棱鏡15直接進入平行光管25，也在焦面上形成一個光斑； 如果這兩個光斑重合，說明平行光束28和32是平行的，否則根據(jù)平 行光束28和32在自準直平行光管25焦面上形成像點的間距和自準 直平行光管25的焦距，就可計算出平行光束28和32的平行度偏差。
這個技術方案提供的寬距離光束平行性檢測裝置，采用與上述的 圖1和圖2相同的擴徑臂2的結構和光路，區(qū)別在于是其完全利用平 行光管發(fā)出的光，或者說，從外界進入檢測裝置，經(jīng)過復合五棱鏡 15的光束完全被平行光管接收。同時，該裝置體積小，檢測時也極 為方便。這個技術方案提供的寬距離光束平行性檢測裝置，適用于小 口徑寬距離光光束平行性的檢測。
權利要求
1、寬距離光束平行性檢測裝置，其特征在于，其由自準直平行光管(1)和擴徑準直臂(2)構成，擴徑臂(2)位于自準直平行光管(1)的前面，并且可繞自準直平行光管(1)轉動；所述的自準直平行光管(1)采用傳統(tǒng)的牛頓式結構，由點光源(21)、拋物面型主反射鏡(23)、平面反射鏡(24)和分光系統(tǒng)(17)組成；所述的分光系統(tǒng)(17)由分光棱鏡(18)、反射鏡(19)和二次反射鏡(20)組成，其中，反射鏡(19)鍍有硫化鋅膜層；上述所有的組成部件均置于自準直平行光管殼體內(nèi)；由點21發(fā)出的光，經(jīng)過反射鏡19和二次反射鏡20、平面反射鏡24、再經(jīng)過拋物面型主反射鏡23變成平行光束10；平行光束10的一部分進入擴徑臂2的復合五棱鏡15”；所述的點光源21提供可見光或紅外光；點光源21優(yōu)選為溴鎢燈；或者，光源采用激光光源22，激光光源22采用光纖擬合的方法進入分光系統(tǒng)，激光透過分光棱鏡18，由反射鏡19反射到二次反射鏡20，再經(jīng)由平面反射鏡24和拋物面型主反射鏡23以平行光出射；所述的擴徑臂(2)由復合五棱鏡(15)、復合五棱鏡組(16)、水銀盒(8)和水銀盒(9)組成；所述的復合五棱鏡(15)是由五棱鏡(3)和光楔(6)組合而成的，其粘結面鍍有半反半透膜層；復合五棱鏡(15)位于自準直平行光管(1)的前面，將平行光管1發(fā)出的平行光束(10)的一部分，引入擴徑臂(2)中，并將光束分為兩路，一路用來進行平行光管的自檢，一路傳給復合五棱鏡組(16)；所述的復合五棱鏡組(16)是由五棱鏡(4)、五棱鏡(5)和一個光楔(7)組成，光楔(7)與五棱鏡(4)的粘結面鍍有半反半透膜層，光楔(7)與五棱鏡(5)的粘結面沒有鍍膜，光可以直接透過；復合五棱鏡組(16)的五棱鏡(4)出射的光束(13)和經(jīng)五棱鏡(5)出射的光束(14)始終保持平行；并且復合五棱鏡組(16)和水銀盒(9)隨著機械結構可以一起沿著整個擴徑臂(2)的殼體的內(nèi)壁移動，調整復合五棱鏡(15)和復合五棱鏡組(16)之間的距離以調整被檢兩路平行光之間的距離。
2、寬距離光束平行性檢測裝置，其特征在于，其由小口徑平行 光管(25)和擴徑臂(2)構成；所述的小口徑平行光管(25)由望遠物鏡(26)和安置在物鏡焦 平面上的分劃板(27)構成；所述的擴徑臂(2)的構成與權利要求(1)的擴徑臂(2)的結構相同；所述的擴徑臂(2)套在小口徑平 行光管(25)上，通過緊固件固定，鎖緊在平行光管(25)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及寬距離光束平行性檢測裝置，其由自準直平行光管和擴徑準直臂構成；本發(fā)明裝置能夠檢測寬距離平行光束的平行性，其距離能夠達到1.5m，不需要將被檢測的兩路平行光束包含在自準直平行光管的口徑之內(nèi)，這樣能夠減小自準直平行光管的口徑，并且大大降低了制造自準直平行光管的成本。同時，五棱鏡和光楔的使用，使得對五棱鏡的加工精度要求大大降低，但這并不影響整個裝置的檢測精度，反而提供了很高的精度。自準直平行光管中分光系統(tǒng)的引入，使得本裝置的檢測波段由白光光譜段擴展至激光和紅外光光譜段，成為多光譜光學系統(tǒng)。
文檔編號G01B11/26GK101408413SQ20081005149
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權日2008年11月28日
發(fā)明者付躍剛, 劉智穎, 磊 張, 露 張, 源 胡, 鄭建平 申請人:長春理工大學