一种自由曲面光学元件定位方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自由曲面光学元件定位方法和装置，是一种方便、易实施、精度高、非接触的自由曲面光学元件定位方法和装置。装置包括机座和自由曲面光学元件定位光路，将自由曲面光学元件放置于机座上，根据利用自由曲面光学元件定位光路产生的光斑进行自由曲面光学元件的位置调整，实现定位。采用本发明专利技术方法可以实现加工、检测甚至后续装调基准的统一，实现自由曲面光学元件高精度加工、检测、装调基准的一致性控制，保证最终的光学系统性能。保证最终的光学系统性能。保证最终的光学系统性能。

【技术实现步骤摘要】
一种自由曲面光学元件定位方法和装置


[0001]本专利技术涉及光学
，更具体的说是涉及一种自由曲面光学元件定位方法和装置。

技术介绍

[0002]目前，传统光学系统所使用的光学元件主要是平面或球面，需要借助多片光学元件才能实现良好的光学设计需求，因此，光学系统一般较复杂。随着光学制造业的发展，开始出现了具有复杂面型的非球面，单片非球面就可以消除光学系统的球差，因此被逐渐的用于需要小型化和轻型化的系统中。近年来，超精密加工技术迅速发展，可以实现光学自由曲面光学元件的加工，该面型由于具有极大的自由度，不仅能最大程度的简化系统结构，实现集成化，还能最大限度的提高和改善系统性能，开始成为新一代光学元件。
[0003]虽然自由曲面光学元件在光学系统中有很多的优点，但是光学自由曲面具有非对称面型，因此需要借助专用工装辅助进行加工、检测和装调的角度定位，而专用工装结构复杂，不便操作，定位方法繁琐。
[0004]因此，如何简化实现光学元件自由曲面的加工辅助定位是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种自由曲面光学元件定位方法和装置，是一种方便、易实施、精度高、非接触的自由曲面光学元件定位方法和装置。采用本专利技术方法可以实现加工、检测甚至后续装调基准的统一，实现自由曲面光学元件高精度加工、检测、装调基准的一致性控制，保证最终的光学系统性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种自由曲面光学元件定位装置，包括机座和设置在所述机座上的自由曲面光学元件定位光路；所述自由曲面光学元件定位光路按照光路传输方向依次设置有激光光源、小孔光阑、分光棱镜，凸透镜、平凹反射镜和接收屏；所述凸透镜通过支架固定在所述机座的安装面上，所述接收屏一端固定在所述机座的支柱顶面；所述分光棱镜位于所述接收屏下方；所述激光光源的光斑中心、所述小孔光阑中心以及所述凸透镜的中心在同一直线上。
[0008]优选的，所述小孔光阑的出光口设置在所述凸透镜的焦点位置上。
[0009]优选的，所述分光棱镜包括接收入射光的分光面和镀有全反射膜的反射面。
[0010]上述技术方案的技术效果，所述激光光源发出的光经过小孔光阑变成点状光，经过所述分光棱镜分成两束光分别沿检测光路和参考光路传输；所述参考光路的光束被所述反光面反射，再经所述反射面全反射至所述接收屏，形成参考光斑；所述检测光路的光束透射出所述分光面，经所述凸透镜扩束形成平行光照射至所述平凹反射镜，沿所述检测光路返回，被所述分光棱镜反射光束至所述接收屏形成检测光斑。
[0011]优选的，待定位自由曲面光学元件放置在光路传输延伸方向的所述凸透镜一侧的
机座安装面上，所述平凹反射镜固定在所述自由曲面光学元件上，且对准所述凸透镜。
[0012]优选的，所述自由曲面光学元件包括工作面、非工作面一和非工作面二；所述工作面为自由曲面，所述非工作面一为平面，所述非工作面二为任意曲面；所述非工作面二上设置所述平凹反射镜，所述平凹反射镜的平面接触所述非工作面二；
[0013]当所述非工作面二为弧面时，则在非工作面二上设置安装孔，打孔尺寸尽量大，由该非工作面的尺寸决定，且安装孔的中心轴必须平行于所述自由曲面光学元件的基准轴，所述平凹反射镜镶嵌在所述安装孔内，所述平凹反射镜的平面朝向所述安装孔内，凹面朝向所述安装孔外；
[0014]当所述非工作面二为平面时，在非工作面二上设置安装孔或者采用粘接或螺钉等固定方式固定所述平凹反射镜，所述平凹反射镜的旋转中心线必须与所述自由曲面光学元件的基准轴平行，所述平凹反射镜的平面朝向所述非工作面二，凹面朝向外。
[0015]优选的，待定位的自由曲面光学元件的包括非工作面一与XOY面平行，非工作面二与YOZ面平行，所述安装孔的中心线在XOY平面内。如果该光斑与参考光束形成的光斑重合，这就说明自由曲面光学元件的基准线已经位于检测光路中的坐标轴XOZ平面内，且与X轴平行，同时可以确定出基准点的Y轴坐标值，将检测光路的光斑调整到最小值，则可以确定出基准点的X轴坐标值。
[0016]一种自由曲面光学元件定位方法，所述自由曲面光学元件工作面接触放置于所述机座的安装面上，所述自由曲面光学元件定位具体步骤为：
[0017]步骤1：激光光源发出光，通过小孔光阑后变成点状光，点状光经过分光棱镜分成两路光束，一路光束经反射为参考光路，先被分光面反射，再被分光棱镜镀有全反射膜的反射面反射，透过分光面，然后照射到接收屏上，形成光斑，作为参考光斑；
[0018]步骤2：另外一路光束透射，为检测光路，经过凸透镜扩束，以平行光照射到自由曲面光学元件的平凹反射镜上，被所述平凹反射镜反射，沿着检测光路返回；
[0019]步骤3：返回的检测光路再次被分光棱镜分光，其中一路光束被分光面反射，再被反射面反射，然后照射到所述接收屏上，形成光斑，作为检测光斑；
[0020]步骤4：移动所述自由曲面光学元件，令所述检测光斑和所述参考光斑重合，则代表所述平凹反射镜光轴与激光光源发出光的中心重合；
[0021]步骤5：移动所述自由曲面光学元件，令所述检测光斑的尺寸最小，则可以确定自由曲面光学元件的基准点位置。
[0022]将自由曲面光学零件1取下来，放置任意一个所述自由曲面光学元件重复步骤4
‑
步骤5，可以将任意一个所述自由曲面光学元件依然定位在相同的位置。非工作面一接触放置在机座的安装面上，即可以确定出自由曲面光学元件基准点的Z轴坐标值。通过这种方式可以快速确定出自由曲面光学元件的基准点位置和基准轴的位置。
[0023]优选的，也可以采用记录检测光路的检测光斑的位置进行重复定位，将自由曲面光学元件取下后，下次再装夹，当检测光路的检测光斑与取下之前的检测光斑大小和位置重合，则代表自由曲面光学元件重新定位好了。
[0024]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种自由曲面光学元件定位方法和装置，由于自由曲面光学元件包含一个基准点和一个基准线，基准点和基准点由设计者决定，本专利技术利用自由曲面光学元件定位光路形成的光斑进行判断定位，
在加工、检测和装调系统设置自由曲面光学元件定位装置，根据光斑的大小和位置调整自由曲面光学元件位置，用于保证加工、检测和装调系统中的自由曲面光学元件位置一致性，在定位过程中，只需要找到基准点和基准线的位置，就可以实现自由曲面光学元件的定位。本专利技术结构简单，操作方便，可实现自由曲面光学元件的快速定位。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1附图为本专利技术提供的自由曲面光学元件定位光路示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面光学元件定位装置，其特征在于，包括机座和设置在所述机座上的自由曲面光学元件定位光路；所述自由曲面光学元件定位光路按照光路传输方向依次设置有激光光源、小孔光阑、分光棱镜，凸透镜、平凹反射镜和接收屏；所述凸透镜通过支架固定在所述机座的安装面上，所述接收屏一端固定在所述机座的支柱顶面；所述分光棱镜位于所述接收屏下方；所述激光光源的光斑中心、所述小孔光阑中心以及所述凸透镜的中心在同一直线上。2.根据权利要求1所述的一种自由曲面光学元件定位装置，其特征在于，所述小孔光阑的出光口设置在所述凸透镜的焦点位置上。3.根据权利要求1所述的一种自由曲面光学元件定位装置，其特征在于，所述分光棱镜包括接收入射光的分光面和镀有全反射膜的反射面。4.根据权利要求1所述的一种自由曲面光学元件定位装置，其特征在于，待定位自由曲面光学元件放置在光路传输延伸方向的所述凸透镜一侧的机座安装面上，所述平凹反射镜固定在所述自由曲面光学元件上，且对准所述凸透镜。5.根据权利要求4所述的一种自由曲面光学元件定位装置，其特征在于，所述自由曲面光学元件包括工作面、非工作面一和非工作面二；所述工作面为自由曲面，所述非工作面一为平面，所述非工作面二为任意曲面；所述非工作面二上设置所述平凹反射镜，所述平凹反射镜的平面接触所述非工作面二；当所述非工作面二为弧面时，则在非工作面二上设置安装孔，且安装孔的中心轴平行于所述自由曲面光学元件的基准轴，所述平凹反射镜镶嵌...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳志强，刘卫国，周顺，弥谦，杨利红，巩蕾，王利国，郭忠达，李宏，李瑶，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：