一种4f系统精确调节装置和调节方法与流程

本发明涉及4f系统调节装置领域，更具体地说，涉及一种4f系统精确调节装置和调节方法。

背景技术：

4f光学系统是一种特殊的、应用较广的双透镜组光学系统，请参阅图6，透镜l1、l2是一对已很好消像差的透镜。透镜l1、l2的焦距均为f，透镜l1的后焦面正好是l2的前焦面，且物距和相距均为f。若在物平面用平行光入射透镜l1，则在频谱面即上述焦面便出现物的频谱，在像平面呈现物的像，4f系统的变换过程，使人们可以物理地实现对光信息进行频谱分析和在频域进行处理。

4f系统广泛用于空间滤波、特征识别等光学信息处理技术中，在该领域，检测设备中各检测仪器之间必须严格满足某一已知的几何关系，才能达到良好的光学效果，才能保证或提高检测仪器的检测精度。

目前用于4f系统姿态调整的方法是依靠精密机械固定装置辅助，然后由具有一定光学调整经验的技术人员手动调整，调整后的系统通过最终测试结果评定装调是否满足要求。此种方式耗时，且对装调人员的装调经验要求非常高，对装调结果没办法做出统一的评定。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种4f系统精确调节装置和调节方法，它可以实现调节精度高，装配精度要求低且调整方式简单。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种4f系统精确调节装置和调节方法，包括4f系统精确调节装置本体，所述4f系统精确调节装置本体包括光源，所述光源的右侧设有平行光管2，所述平行光管远离光源的一侧设有4f光学系统，所述平行光管与4f光学系统之间设有偏振分光镜，所述偏振分光镜的上侧设有第一组合五棱镜，所述第一组合五棱镜的左侧依次设有s偏振光检偏器、第一成像物镜和第一相机，所述4f光学系统的右侧设有平面反射镜参考面，所述平面反射镜参考面与4f光学系统之间设有分光棱镜，所述分光棱镜的上侧依次设有第二组合五棱镜、p偏振光检偏器、第二成像物镜和第二相机，所述分光棱镜的下侧设有角锥棱镜，所述第二组合五棱镜与第一组合五棱镜位于同一平面，可以实现调节精度高，装配精度要求低且调整方式简单。

进一步的，所述第一组合五棱镜和第二组合五棱镜均具有分光胶合面，所述第一组合五棱镜和第二组合五棱镜均可替换成普通分光棱镜、直角棱镜或成45°的平面反射镜。

进一步的，所述第一组合五棱镜和第二组合五棱镜均由五棱镜和具有直角棱镜组成，所述五棱镜与所述直角棱镜胶合处镀有半透半反膜，所述直角棱镜的顶角为67.5°。

进一步的，所述第一成像物镜和第二成像物镜为无限有限共轭成像方式，其焦距为100-500mm。

进一步的，所述平行光管由十字分划板和准直物镜组成的。

进一步的，所述偏振分光镜是由一对直角棱镜胶合而成的立方体，其中一个所述直角棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。

一种4f系统精确调节方法，包括以下步骤：

第一步、开启光源，使光源发出激光束，激光束经过平行光管后发出平行十字光束；

第二步、平行十字光束经过偏振分光镜后产生两束互相垂直的s偏振光和p偏振光；

a1、s偏振光依次经过第一组合五棱镜、第二组合五棱镜和分光棱镜，s偏振光在经过分光棱镜后被分成两束，其中一束光沿原光路向下透射，在经过角锥棱镜反射后返回，然后依次分光棱镜、第二组合五棱镜、第一组合五棱镜、s偏振光检偏器和第一成像物镜，然后在第一相机上呈现十字型光斑a，另一束光在经过分光棱镜时反射并射向平面反射镜参考面，然后依次经过分光棱镜、第二组合五棱镜、第一组合五棱镜、s偏振光检偏器和第一成像物镜，然后在第一相机上呈现十字型光斑b；

a2、使用者调节光源、平面反射镜参考面的位置和姿势，以此使十字型光斑a与十字型光斑b完全重合，完成光源发出的激光束与平面反射镜参考面的垂直调节；

b1、p偏振光透射后依次经过4f光学系统和分光棱镜，在经过分光棱镜时p偏振光分成两束，其中一束光沿原光路透射向前，在经过平面反射镜参考面后被反射，光束返回后依次经过分光棱镜、第二组合五棱镜、p偏振光检偏器和第二成像物镜，然后在第二相机上呈现十字型光斑c，另一束光在经过分光棱镜时被反射并射向角锥棱镜，光束经角锥棱镜反射后依次经过分光棱镜、第二组合五棱镜、p偏振光检偏器和第二成像物镜，然后在第二相机上呈现十字型光斑d；

b2、使用者调节4f光学系统的位置和姿势，以此使十字型光斑c与十字型光斑d完全重合，完成4f光学系统与平面反射镜参考面的垂直调节。

进一步的，所述第一成像物镜和第二成像物镜均可以是胶合透镜、单透镜或成像透镜组。

进一步的，所述分光棱镜和角锥棱镜可换为转90°方向的普通分光棱镜。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过偏振分光棱镜将光束分为s偏振光和p偏振光，s偏振光和p偏振光均被分光棱镜分为两束光束，s偏振光和p偏振光分成的两束光经多个装置反射后分别在第一相机和第二相机上形成两对光斑，通过调节光源、平行光管和4f光学系统来使两对光斑重合，以此实现4f光学系统的调节，所需调节的机构少，调节精度高且调整方式简单。

(2)方案通过使用平行光管2将光束改为十字型平行光，从而使相机上的光斑变为十字型，方便使用者将两块光斑进行对准。

附图说明

图1为本发明的装置总图；

图2为本发明的调节光源与参考平面垂直时的s偏振光光路图；

图3为本发明的调节4f系统与参考平面垂直时的p偏振光光路图；

图4为本发明的总光路图；

图5为组合五棱镜的工作原理图；

图6为4f光学系统的工作原理图。

图中标号说明：

1光源、2平行光管、3偏振分光镜、4第一组合五棱镜、5s偏振光检偏器、6第一成像物镜、7第一相机、8第二组合五棱镜、9p偏振光检偏器、10第二成像物镜、11第二相机、12分光棱镜、13角锥棱镜、14平面反射镜参考面、154f光学系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。

实施例1：

请参阅图1，一种4f系统精确调节装置和调节方法，包括4f系统精确调节装置本体，4f系统精确调节装置本体包括光源1，光源1的右侧设有平行光管2，平行光管2由十字分划板和准直物镜组成的，十字分划板用于将射出平行光管2的光源光线变为十字型，准直物镜用于校准光源，平行光管2远离光源1的一侧设有4f光学系统15、平行光管2与4f光学系统15之间设有偏振分光镜3，偏振分光镜3的上侧设有第一组合五棱镜4，第一组合五棱镜4的左侧依次设有s偏振光检偏器5、第一成像物镜6和第一相机7，4f光学系统15的右侧设有平面反射镜参考面14，平面反射镜参考面14与4f光学系统15之间设有分光棱镜12，分光棱镜12的上侧依次设有第二组合五棱镜8、p偏振光检偏器9、第二成像物镜10和第二相机11，分光棱镜12的下侧设有角锥棱镜13，第二组合五棱镜8与第一组合五棱镜4位于同一平面，第一组合五棱镜4和第二组合五棱镜8均具有分光胶合面，第一组合五棱镜4和第二组合五棱镜8均由五棱镜和具有直角棱镜组成，五棱镜与直角棱镜胶合处镀有半透半反膜，直角棱镜的顶角为67.5°，第一成像物镜6和第二成像物镜10为无限有限共轭成像方式，其焦距为100-500mm，本发明中的第一组合五棱镜4和第二组合五棱镜8均可替换成普通分光棱镜、直角棱镜或成45°的平面反射镜，本方案中的成像物镜可以是胶合透镜、单透镜或成像透镜组，分光棱镜12和角锥棱镜13可换为转90°方向的普通分光棱镜。

一种4f系统精确调节装置，其调节方法包括以下步骤：

请参阅图1-3，该具有胶合面的组合五角棱镜可将入射光分为两束相互垂直的光，一束光沿原入射光方向透射而出，另一束光出射方向通过反射与入射光方向垂直。

请参阅图2，进行光源1所发出的激光束与参考面14垂直调节时，调节光源1与平面反射镜参考面14垂直，光源1所发出的激光束经过平行光管2后发出平行十字光束，平行十字光束经过偏振分光棱镜3后产生两束互相垂直的s偏振光和p偏振光，其中被反射后的s偏振光依次经过第一组合五棱镜4、第二组合五角棱镜8和分光棱镜12，s偏振光在经过分光棱镜12后被分成两束，其中一束光沿原光路向下透射，在经过角锥棱镜13反射后返回，然后依次穿过分光棱镜12、第二组合五角棱镜8、第一组合五角棱镜4、s偏振光检偏器和第一成像物镜6，然后在第一相机7上呈现十字型光斑a，另一束光在经过分光棱镜12时反射偏转90°后射向平面反射镜参考面14，然后依次经过分光棱镜12、第二组合五角棱镜8、第一组合五角棱镜4、s偏振光检偏器5和第一成像物镜6，然后在第一相机7上呈现十字型光斑b，技术人员使用上述方法来调节光源1和平面反射镜参考面1的姿态使十字型光斑a与十字型光斑b完全重合，完成光源1发出的激光束与参考面14的垂直调节。

请参阅图3，调节4f光学系统15与反射镜参考面14垂直，光源1所发出的激光束经过平行光管2后发出平行十字光束，平行十字光束经过偏振分光棱镜3后产生两束互相垂直的s偏振光和p偏振光，p偏振光透射后依次经过4f光学系统15和分光棱镜12，在经过分光棱镜12时p偏振光分成两束，其中一束光沿原光路透射向前，在经过平面镜参考面14后被反射，束光返回后依次经过过分光棱镜12、第二组合五棱镜8、p偏振光检偏器9和第二成像物镜10，然后在第二相机11上呈现十字型光斑c，另一束光在经过分光棱镜12时被反射偏转90°，然后射向角锥棱镜13，光束经角锥棱镜13反射后依次经过分光棱镜12、第二组合五棱镜8、p偏振光检偏器9和第二成像物镜10，然后在第二相机11上呈现十字型光斑d，技术人员使用上述方法来调节4f光学系统的姿态使十字型光斑c与十字型光斑d完全重合，完成4f光学系统15与反射镜参考面14的垂直调节。

通过将两对十字型光斑重合，来校准光源1、反射镜参考面14和4f光学系统15，使光源1通过4f光学系统15的光线准确，以此达到良好的光学效果，才能保证或提高检测仪器的检测精度。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。