(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110764272 A(43)申请公布日 2020.02.07
(21)申请号 201911053252.X(22)申请日 2019.10.31
(71)申请人 上海理工大学
地址 200093 上海市杨浦区军工路516号(72)发明人 张德保 游冠军
(74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限
公司 31225
代理人 王怀瑜(51)Int.Cl.
G02B 27/62(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图3页
CN 110764272 A(54)发明名称
一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法(57)摘要
本发明涉及一种利用透镜共焦点调节离轴
S1，利用两抛物面镜系统的方法，包括以下流程：
束高度相等的平行激光调节离轴抛物面镜的俯仰角度，使离轴抛物面镜的出射光高度相等；S2，利用平面镜代替离轴抛物面镜，令两束高度相等的平行激光经过平面镜，模拟出需要调节的离轴抛物面镜系统的光束传播路线，形成一个光回路；S3，在光回路中加入透镜，利用透镜共焦对准方法，移动离轴抛物面镜，将平面镜更换为离轴抛物面镜。与现有技术相比，本发明解决了实际光路调节过程中离轴抛物面镜调节困难的问题，有效替代常见的离轴抛物面镜调节办法，具有较高的准确性，可实行性，能够大大降低调节的时间与难度。
CN 110764272 A
权 利 要 求 书
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1.一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，包括以下流程：S1，利用两束高度相等的平行激光调节离轴抛物面镜的俯仰角度，使离轴抛物面镜的出射光高度相等；
S2，利用平面镜代替离轴抛物面镜，令两束高度相等的平行激光经过平面镜，模拟出需要调节的离轴抛物面镜系统的光束传播路线，形成一个光回路；
S3，在光回路中加入透镜，利用透镜共焦对准方法，移动离轴抛物面镜，将平面镜更换为离轴抛物面镜。
2.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的透镜共焦对准方法具体为：将透镜放置在光回路上，使透镜与平面镜的距离为透镜焦距与离轴抛物面镜焦距之和，然后撤下平面镜，替换为离轴抛物面镜，使离轴抛物面镜的出射光为平行光。
3.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的两束平行激光通过如下方法产生：使激光发射器发出的光束经过分束片，分为透射光束和反射光束，利用一个平面反射镜使反射光束与透射光束平行。
4.根据权利要求3所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的分束片的分光比为5:5。
5.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的两束平行激光的间距小于离轴抛物面镜的抛物面宽度。
6.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的步骤S2中的两束平行激光与步骤S1中的两束平行激光高度相等。
7.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的步骤S1中，将带有水平刻度的光学挡板放置在离轴抛物面镜的出射光路上，辅助进行离轴抛物面镜的俯仰角度调节。
8.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的激光为可见光。
9.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，利用放置在平面镜形成的光回路上的光阑，进行光线的准直。
10.根据权利要求1所述的一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，其特征在于，所述的平面镜为反射效率为96％的镀金反射镜面。
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CN 110764272 A
说 明 书
一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种离轴抛物面镜系统的调节方法，尤其是涉及一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法。
背景技术
[0002]早在17世纪，抛物面式反射镜开始应用在反射式望远镜系统之中。理论和实际应用都反映出抛物面镜的合理使用对设备性能的提高有着明显的帮助。抛物面镜对无限远处的目标成像具有无球差的特点，解决了从主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后可能在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑(俗称模糊圈)的光学误差问题，但是却存在慧差和中心遮拦的问题。因此为了更高的精确度要求，制造出了离轴抛物面镜，它可以保持抛物面镜的优点，并解决中心遮拦等部分问题。但是由于离轴引起的成像不再垂直于光轴，导致了光学从业者在光路调节离轴抛物面镜方面遇到了很大的困难与误差性。离轴抛物面镜系统往往使用在光路的收集部分，如太赫兹时域光谱系统。它的调节准确性和简易性对实验结果的准确性影响很大，甚至是实验能否成功的关键所在。[0003]因此设计出一种方便实现，准确性高的离轴抛物面镜系统调节方法，对光路设计调节方面具有重要的意义
发明内容
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，解决实际光路调节过程中离轴抛物面镜调节困难的问题，有效替代常见的离轴抛物面镜调节办法，具有较高的准确性，可实行性，能够大大降低调节的时间与难度。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法，利用激光发射器发射出的激光束，经分束片和平面反射镜形成了两束平行光束。整个调节方法为三个步骤，第一利用两束平行激光调节好离轴抛物面镜的俯仰角度。第二利用两束激光进行平面镜模拟定位，用平面镜模拟出我们实际需要调节的离轴抛物面的光束传播路线，形成一个光回路。第三通过透镜的添加，来进行离轴抛物面镜的更换。根据共焦点，光回路的重合性，以及无穷远处的光束质量来进行调整完成度的判别。调节过程中还会用到光阑和光学挡板进行辅助校准。
[0007]作为优选的，所述激光发射器的为510nm的固态半导体激光器。[0008]作为优选的，所述平面反射镜的反射效率为96％镀金反射镜面。[0009]作为优选的，所述分束片的分光为5:5。[0010]作为优选的，所述离轴抛物面的焦距f为10cm。[0011]作为优选的，所述透镜的焦距f1为5cm。[0012]作为优选的，所述光学挡板上的水平刻度应包含出射光高。
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说 明 书
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与现有技术相比，本发明解决了实际光路调节过程中离轴抛物面镜调节困难的问
题，有效替代常见的离轴抛物面镜调节办法，具有较高的准确性，可实行性，能够大大降低调节的时间与难度。
附图说明
[0014]图1为本实施例的激光的分束平行光示意图；[0015]图2为本实施例离轴抛物面镜系统的目标示意图；
[0016]图3为本实施例平面镜模拟离轴抛物面镜系统的传播图；[0017]图4(a)、4(b)分别为本实施例离轴抛物面镜的俯仰调节的两个过程示意图；
[0018]图5为本实施例为透镜和离轴抛物面镜对平面反射镜进行更换的两个过程示意图；
[0019]图6为本实施例调节完成后的效果图；[0020]图7为本实施例调节方法流程图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。[0022]实施例
[0023]本实施例介绍一种利用透镜共焦点调节离轴抛物面镜系统的方法。[0024]调节前所有的光阑根据初始光高预先定好。[0025]如图1所示，单束激光分成平行光：
[0026]1.激光发射器发出的激光经分束片变成两束激光，反射激光束和透射激光束。[0027]2.反射激光束光路上放置一个平面反射镜，使透射激光束与反射激光束平行，分束片与平面镜距离为△x。[0028]如图2所示，离轴抛物面镜系统的目标示意图：[0029]1.所附目标示意图，是离轴抛物面镜系统的可适用范围中的一个样例，并不限于该种离轴抛物面镜的使用。
[0030]2.四个离轴抛物面镜的焦距相同，且它们之间的距离为两倍焦距，即2f。[0031]3.光束经离轴抛物面镜A先聚焦再发散至离轴抛物面镜C处，离轴抛物面镜C到D之间，光束特性保持不变，经离轴抛物面镜D后光束先聚焦再发散至离轴抛物面镜B后保持光束质量不变继续传播。
[0032]图3为平面镜模拟离轴抛物面镜系统传播图：
[0033]1.将分束器后的两束平行光用两个平面反射镜A1和B1引入理想抛物面镜系统的概念图位置，并准直。平面镜A1和平面镜B1在x轴的方向上的距离为d，d＝2f。[0034]2.将引入的概念图位置的两光，利用平面反射镜C1和D1进行图示方向反射。平面镜A1到平面镜C1的距离为d，平面镜B1到平面镜D1的距离为△x+d。[0035]3.用两个光阑放在平面镜C1和D1之间进行x轴准直，按照之前的位置设定，此时的光线应该从D1射入平面镜C1的中心位置。
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说 明 书
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4.对平面镜C1进行水平方向上的校准，调节左右旋钮，使两束分光线完全重合。
[0037]经过操作1到4之后，此时，平面镜A1、C1、D1所在的位置和离轴抛物面镜系统的概念图位置符合。
[0038]本实施例中，离轴抛物面镜是安装在镜架上的，俯仰旋钮用于调节镜子的俯仰角。图4(a)、4(b)为整个系统调节工作之前的准备工作——离轴抛物面镜俯仰调节：[0039]1.先进行离轴抛物面镜的俯仰校准，利用两束高度相等的平行光束射入抛物面镜上，在离轴抛物面镜的反射方向上放置有刻度的光学挡板。[0040]2.如图4(a)，根据光学挡板的倾斜角度θ，旋转抛物面镜，使两个光斑的连线与平行光束平行。
[0041]3.如图4(b)，转动离轴抛物面镜的俯仰旋钮，两条光线会平行移动，调节离轴抛物面镜的俯仰角使其两束平行光束等高。[0042]如图5(a)、5(b)，透镜和离轴抛物面镜对平面反射镜进行更换：[0043]1.如图5(a)，透镜放置在平面镜A1和C1之间，并调节好透镜，透镜与平面镜C1之间的距离为f+f1，f1为透镜的焦距。[0044]2.移动离轴抛物面镜C，使透镜的透射光和平面镜D1的反射光应交叉并成90°。[0045]3.将离轴抛物面镜C的中心放置于两条光线的相交点(直接观察抛物面上的聚点是否重合)。
[0046]4.调节离轴抛物面镜的水平旋钮，根据下面的判定标准来调节：[0047]如图5(b)，用卡片置于透镜与离轴抛物面镜之间的焦点处，两条光路依次遮光，看此处的焦点位置是否重合；
[0048]理论上由于透镜和离轴抛物面镜的距离应为f+f1，所以从离轴抛物面镜出来的光应为平行光。但是焦点重合的判别，人眼的判别会出现误差。因此在离轴抛物面镜C和平面镜D1之间加反射镜，根据无穷远处光斑大小是否变化来判别二者之间的距离是否满足。[0049]接下来的每一个平面镜都可以重复以上的步骤进行离轴抛物面镜的替换。[0050]图5(b)中光学挡板是为了防止操作过程中激光打伤操作人员，因此在不使用的时候，先遮住从B1射出的光线。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
图3
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说 明 书 附 图
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图4(a)
图4(b)
图5(a)
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说 明 书 附 图
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图5(b)
图6
图7
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