[发明专利]调焦光源发射光学系统光轴指向检测装置及方法

说明书

本发明提出了一种调焦光源发射光学系统光轴指向检测装置及方法，能够实现调焦光源发射光学系统在调焦过程中的光轴指向的高精度测量。本发明利用长距离直线运动平台和光斑位置探测装置，记录不同空间位置处调焦光源发射系统出射光的汇聚位置，计算调焦过程中系统光轴的指向变化，通过直接接收调焦光学系统出射的光斑，测量长距离范围内光斑的位置变化，解决了调焦光源发射光学系统在调焦过程中的光轴指向的高精度测量问题。

技术领域

本发明涉及光轴指向检测技术领域，具体涉及一种调焦光源发射光学系统光轴指向检测装置及方法。

背景技术

在激光精密测量领域，越来越多的使用调焦式激光发射光学系统发射激光。通过调焦，可以将出射激光准确地汇聚在被测物体表面，提高了光能利用率和空间分辨率。由于调焦机构的加工、装调存在误差，调焦过程中出射激光的光轴方向将会发生变化。这将导致测量结果不准确。例如在精密激光测距时，如果发射激光的光轴发生变化，则实际测量的方向发生变化，造成测量不准确。因此需要对光学系统调焦过程中光轴的指向变化进行测量。

现有的检测调焦光学系统光轴指向变化的装置有：检调管、内调焦望远镜、基于PSD以及四象限探测器等位置敏感元件的检测装置。

其中，检调管可以建立一系列由近距离到无穷远的虚像，相当于同轴目标。被检测调焦光学系统通过调焦对这一些列目标成像，通过图像判断被检测调焦光学系统的光轴指向。这种方法只能对用于成像的调焦光学系统进行光轴指向检测，不适用于调焦式激光发射光学系统的光轴检测。

内调焦望远镜自身具有调焦功能，可以接收调焦式激光发射光学系统发出的光束并汇聚在其内部的分划板上。如果被测光学系统存在光轴指向变化，则内在调焦望远镜分划板上可以测量出光斑的横向位移。这种方法的问题在于，内调焦望远镜在测量的时候也需要调焦，其自身的光轴在调焦过程中也会发生变化，通常会达到4″～10″，不满足高精度光轴指向精度检测的需求。

基于PSD以及四象限探测器等位置敏感元件的检测装置可以接收调焦光源发射光学系统发出的激光，分析出射光的光轴与探测器交点的位置。但是这种方式中传感器的有效面积通常较小，随着被测光学系统调焦，照射到探测器表面的光斑将变大，当光斑超出探测器的敏感面后，无法使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种调焦光源发射光学系统光轴指向检测装置及方法，能够实现调焦光源发射光学系统在调焦过程中的光轴指向的高精度测量。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明的一种调焦光源发射光学系统光轴指向检测装置，包括直线运动平台、光斑位置探测单元以及指示激光器；其中直线运动平台包括基座、运动平台以及位置测量装置，所述位置测量装置用于对运动平台的运动距离进行测量；光斑位置探测单元包括安装在同一基体上的两个光斑位置探测器，一个记录调焦光学系统的光斑位置变化，另一个用于记录指示激光器发出的光；指示激光器发出准直的可见光，作为方向基准；测量初始状态，光斑位置探测单元固定在直线运动平台上，且两个探测器的光敏面与运动轴线垂直；指示激光器以及被测光学系统放置在直线运动平台的运动轴线的延长线上，与直线运动平台分离，运动平台移动至与被测光学系统距离最近处。

其中，所述调焦光源发射系统，以激光作为光源。

其中，所述位置测量装置为光栅尺或激光干涉仪。

其中，所述探测器为图像或光斑位置敏感元件。

本发明还提供了一种调焦光源发射光学系统光轴指向检测方法，采用本发明所述的装置实现检测，包括如下步骤：

步骤1，将检测装置调整到测量初始状态，运动平台此时的位置定为0点；