CN112880976B - 入射光束的角度调节装置和反射器件的制造方法 - Google Patents

入射光束的角度调节装置和反射器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种入射光束的角度调节装置及反射器件的制造方法，该入射光束的角度调节装置包括光源、反射器件和驱动组件，光源用于发射入射光束，反射器件的反射面具有多个方向不同的法线，反射器件位于光源的照射光路上，驱动组件可带动反射器件或/和光源在至少一个方向上直线移动。本发明技术方案通过驱动组件带动反射器件或光源直线移动，使得入射光束照射在不同的反射面元上，从而得到不同反射角度的反射光束，并将该反射光束反射至待测光学***，以检测待测光学***的视场角，而不必再旋转反射器件或者光源来获得不同的反射光束，简化了待测光学***的视场角的测试方法，提高了待测光学***的测试效率。

Description

入射光束的角度调节装置和反射器件的制造方法
技术领域
本发明涉及光学测试技术领域，特别涉及一种入射光束的角度调节装置和反射器件的制造方法。
背景技术
视场角又可以用FOV表示，视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，因此测试视场角，对于光学仪器具有重要意义。
目前，在使用视场角测试装置对待测光学***进行光学测试时，常常需要对入射光的角度进行调整，在保持待测光学***不动的情况下，需要对光源进行旋转，以获取不同角度的入射光，然而，当光源比较笨重时，导致调节过程复杂，难以对光源的姿态进行调整，影响测试效率。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种入射光束的角度调节装置和反射器件的制造方法，旨在解决入射光束的角度调节装置的调节过程复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的入射光束的角度调节装置包括：
光源，所述光源用于发射入射光束；
反射器件，所述反射器件的反射面具有多个方向不同的法线，所述反射器件位于所述光源的照射光路上；
驱动组件，所述驱动组件可带动所述反射器件或/和所述光源在至少一个方向上直线移动。
可选地，所述反射器件包括多个相互拼接的反射单元，多个所述反射单元的法线方向互不平行。
可选地，所述入射光束的照射面积小于所述反射单元的反射面积。
可选地，所述反射单元为金属反射单元或多层膜反射单元。
可选地，所述光源沿第一方向发射所述入射光束，所述反射器件的反射面的不同法线形成法线阵列，所述法线阵列与所述第一方向对应。
可选地，所述驱动组件包括：
第一驱动器，所述第一驱动器可带动所述反射器件或光源在第二方向移动；
第二驱动器，所述第二驱动器可带动所述反射器件或所述光源在第三方向移动，所述第三方向垂直于所述第二方向。
可选地，所述光源沿第四方向发射所述入射光束，所述第四方向分别垂直于所述第二方向和所述第三方向。
可选地，所述入射光束的角度调节装置还包括：
刻度尺，所述刻度尺沿所述反射器件或/和所述光源的移动方向设置，所述刻度尺上设置有数字标识，所述数字标识与所述入射光束在所述反射器件上的反射角度对应。
本发明还提出了一种反射器件的制造方法，该反射器件的制造方法包括如下步骤：
获取入射光束的直线方程；
获取所述入射光束在反射单元上反射后形成的反射光束的直线方程；
根据所述入射光束的直线方程和所述反射光束的直线方程确定所述反射单元的法线方程；
根据所述法线方程确定所述反射单元的法线方向；
将所述法线方向不同的多个所述反射单元拼接为反射器件。
可选地，所述获取所述入射光束在反射单元上反射后形成的反射光束的直线方程的步骤包括：
获取所述入射光束在所述反射单元上的反射位置信息；
获取所述反射单元的反射位置与待测光学***的距离；
根据所述距离确定所述反射光束在所述待测光学***上的投射位置信息；
根据所述投射位置信息以及所述反射位置信息确定所述反射光束的直线方程。
本发明技术方案的光源用于发射入射光束，通过入射光束在待测光学***的反射光束，确定待测光学***的视场角；反射器件的反射面具有多个方向不同的法线，反射器件位于光源的照射光路上，对于反射器件的反射面而言，每个方向不同的法线所对应的区域，都可以视为一个反射面元，由此可以将反射器件的反射面视为若干反射面元的组合，在入射光束的入射方向不变的情况下，通过驱动组件带动反射器件或光源直线移动，使得入射光束照射在不同的反射面元上，从而得到不同反射角度的反射光束，并将该反射光束反射至待测光学***，以检测待测光学***的视场角，而不必再旋转反射器件或者光源来获得不同的反射光束，简化了待测光学***的视场角的测试方法，提高了待测光学***的测试效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明入射光束的角度调节装置一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 光源 2 反射器件
3 驱动组件 31 第一驱动器
32 第二驱动器 4 待测光学***
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种入射光束的角度调节装置，通过调节入射光束的角度，以用于测试待测光学***的视场角。
在本发明实施例中，如图1所示，该入射光束的角度调节装置包括光源1、反射器件2和驱动组件3，光源1用于发射入射光束，反射器件2的反射面具有多个方向不同的法线，反射器件2位于光源1的照射光路上，驱动组件3可带动反射器件2或/和光源1在至少一个方向上直线移动；
其中驱动组件3带动反射器件2或/和光源1移动的方案包括：
驱动组件3带动反射器件2在至少一个方向上直线移动；或
驱动组件3带动光源1在至少一个方向上直线移动；或
驱动组件3带动反射器件2和光源1在至少一个方向上直线移动。
本发明技术方案的光源1用于发射入射光束，通过入射光束在待测光学***4的反射光束，确定待测光学***4的视场角；反射器件2的反射面具有多个方向不同的法线，反射器件2位于光源1的照射光路上，对于反射器件2的反射面而言，每个方向不同的法线所对应的区域，都可以视为一个反射面元，由此可以将反射器件2的反射面视为若干反射面元的组合，在入射光束的入射方向不变的情况下，通过驱动组件3带动反射器件2或光源1直线移动，使得入射光束照射在不同的反射面元上，从而得到不同反射角度的反射光束，并将该反射光束反射至待测光学***4，以检测待测光学***4的视场角，而不必再旋转反射器件2或者光源1来获得不同的反射光束，简化了待测光学***4的视场角的测试方法，提高了待测光学***4的测试效率。
在一实施例中，反射器件2包括多个相互拼接的反射单元，多个反射单元的法线方向互不平行，以便通过计算每个反射单元的法线方向，从而得到每个反射单元反射入射光束后得到的反射光束的角度，然后通过反射器件2与光源1的相对直线移动，使得不同的反射单元反射入射光束，调节反射光束的角度的大小，简化了对待测光学***4的测试，并且每个反射单元都相当于一个平面反射镜，以提高测试待测光学***4的视场角的精度；由于每个反射单元只有一个法线方向，因此方便通过计算反射单元的法线方向，得到整个反射器件2的法线方向，从而得到每个反射单元反射入射光束后得到的反射光束的角度，以使相应的反射单元反射入射光束，从而提高测试效率。
在一可选的实施例中，反射器件2的反射面为光滑面，该光滑面的法线方向连续变化。
在一实施例中，入射光束的照射面积小于反射单元的反射面积，以使入射光束可以全部照射在同一个反射单元上，通过反射单元反射入射光束，避免入射光束照射在两个或更多反射单元上，影响对待测光学***4的视场角的测试。
在一可选实施例中，反射单元的形状为正六边形、菱形或三角形。
在一实施例中，反射单元为金属反射单元或多层膜反射单元，可以根据实际需求，选择相应结构的反射单元，以降低反射器件2的制造成本，或提高对待测光学***4的测试效果。
在一实施例中，光源1沿第一方向发射入射光束，反射器件2的反射面的不同法线形成法线阵列，法线阵列与第一方向对应，由于不同方向的入射光束在反射器件2的同一法线对应的反射区域的入射角不同，得到的反射光束的反射角也不相同，因此在第一方向的每一次变化时，都要重新计算一次反射器件2的各个反射部位的法线方向，才能得到每个该反射部位对应的反射光束的角度，相对于待测光学***4而言，该反射光束即为待测光学***4的耦入光束，而将法线阵列与第一方向对应起来，即将反射器件2与第一方向对应起来，就不必在测试之前计算反射器件2反射入射光束后得到的反射光束的角度，可以简化对待测光学***4的视场角的测试过程，提高测试效率。
在一实施例中，驱动组件3包括第一驱动器31和第二驱动器32，第一驱动器31可带动反射器件2或光源1在第二方向移动，第二驱动器32可带动反射器件2或光源1在第三方向移动，第三方向垂直于第二方向，因此仅仅只需要在第二方向和第三方向相对移动反射器件2和光源1，就能将反射器件2的法线对应的反射区域移动至入射光束的光路上，以通过反射器件2的该法线方向对应的反射区域反射入射光束，得到已知角度的反射光束，对于待测光学***4而言，该反射光束即为其耦入光束，方便调节耦入光束的耦入角度，简化了对待测光学***4的测试过程；同时由于第三方向垂直第二方向，方便第一驱动器31和第二驱动器32的设置，简化驱动组件3的结构。
在一可选的实施例中，驱动组件3可带动反射器件2或光源1只沿一个方向直线移动，反射器件2的反射面沿该方向设置，即可通过反射器件2的不同法线对应的不同区域作为反射镜使用。
可以理解地，反射器件2和光源1相对沿两个方向直线移动，可以减少对反射器件2的要求，优化反射器件2的形状。
在一实施例中，光源1沿第四方向发射入射光束，第四方向分别垂直于第二方向和第三方向，使得光源1、第一驱动器31、第二驱动器32和反射器件2的分布位置更加合理，减小入射光束的角度调节装置的体积。
在一可选实施例中，如图1所示，第二方向与X轴的方向平行，第三方向与Z轴的方向平行，第四方向与Y轴的方向平行。
在一实施例中，入射光束的角度调节装置还包括刻度尺，刻度尺沿反射器件2或/和光源1的移动方向设置，刻度尺上设置有数字标识，数字标识与入射光束在反射器件2上的反射角度对应，以便用户通过控制驱动组件3带动反射器件2或/和光源1移动到相应的数值标识位置，根据数字标识得到相应的反射角度，简化了测试待测光学***4的视场角的测试方法，提高了测试效率。
在一实施例中，刻度尺上还设置有刻度，数字标识与刻度对应，刻度与入射光束在反射器件2上的反射角度对应，其中，数字标识为数值，如30°、45°、3mm、5mm等，以便测试人员直观得到相应的角度或位移量等，刻度为设置在刻度尺上的凹槽、凸起、颜色标记等，以通过刻度将刻度尺分割成若干份，而数字标识与刻度对应，刻度与入射光束在反射器件2上的反射角度对应，则数字标识与入射光束在反射器件2上的反射角度对应，可以直接将反射器件2或光源1移动相应数量的刻度，直接测量待测光学器件的视场角，更直观的得到待测光学***4的视场角，简化了对待测光学***4的视场角的测试。
在一可选实施例中，如图1所示，沿X轴与Z轴方向分别设置一个刻度尺，以明确光源1和反射器件2的位移量。
在一实施例中，反射器件2为空间光调制器，通过空间光调制器得到不同反射角度的反射光束，以该反射光束为耦入光束照射在待测光学***4上，简化对待测光学***4的视场角的测试。
在一实施例中，光源1为超宽带光源1或宽带光源1，对于光源1的选取，通过待测光学***4的工作波段决定。
本发明还提出了一种反射器件的制造方法，该反射器件的制造方法包括如下步骤：
S1：获取入射光束的直线方程；
S2：获取入射光束在反射单元上反射后形成的反射光束的直线方程；
S3：根据入射光束的直线方程和反射光束的直线方程确定反射单元的法线方程；
S4：根据法线方程确定反射单元的法线方向；
S5：将法线方向不同的多个反射单元拼接为反射器件2。
如图1所示，先建立直角坐标系，在入射光束的路径上选取两个坐标点，通过两个坐标点的坐标可以直接得到入射光束的直线方程；为方便计算，以入射光束所在的平面为XOY平面，以入射光束所在的直线为Y轴建立直角坐标系，便于获得入射光束的直线方程。
同样，利用两个坐标点获取反射光束的直线方程，由此就可以根据入射光束的直线方程和反射光束的直线方程得到反射单元的法线方程，根据反射单元的法线方程就可以确定反射单元的法线方向，从而得到反射单元在XOY平面内的倾斜角度，并将法线方向不同的多个反射单元拼接在一起形成反射器件2，以将该反射器件2应用在入射光束的角度调节装置中，用于测试待测光学***4的视场角。
在一实施例中，步骤S2包括如下步骤：
S21：获取入射光束在反射单元上的反射位置信息；
S22：获取反射单元的反射位置与待测光学***4的距离；
S23：根据距离确定反射光束在待测光学***4上的投射位置信息；
S24：根据投射位置信息以及反射位置信息确定反射光束的直线方程。
在入射光束照射到反射单元上之后，经反射单元的反射得到反射光束，反射光束最后会投射在待测试***4上，得到一个反射光束的投射位置，投射位置在XOY平面上的高度即为反射单元的反射位置与待测光学***4的距离，二者在数值上是相等的，并且为计算方便，可以将投射位置选在Z轴上，由此可以得到投射位置的坐标，该坐标对应投射位置信息，同样，反射位置的坐标也可以得到，反射位置的坐标对应反射位置信息，通过反射位置的坐标和投射位置的坐标可以得到反射光束的直线方程。
可以理解地，上述的反射位置位于XOY平面内，对于未在XOY平面内的反射单元，可以将其投影在XOY平面内以确定反射位置。
如图1所示，现对反射器件2的法线的计算作详细说明：
入射光束沿YO方向在XOY平面***向反射器件2，经反射器件2反射，照射于待测光学***4上，其中，入射光束的直线方程为x＝x1(z＝0)，为了便于计算，其方向向量记为(0，1，0)，反射器件2的反射点(即入射光束照射于反射器件2上的点)为O'点，O'的坐标为(x1，y1，0)，待测光学***4与XOY平面的距离为h，反射光束在待测光学***4上的耦入点(即反射光束在待测光学***4上的照射点)为H，H的坐标设为(0，0，h)，则耦入光束的直线方程(即直线O'H的方程)为
Figure BDA0002897985870000081
方向向量为(-x1，-y1，h)，由此可以通过入射光束的直线方程、耦入光束的直线方程以及对应的方向向量计算得到反射器件2在O'点的法线方程为
Figure BDA0002897985870000082
Figure BDA0002897985870000083
x1y1∈(0，r)，其中，r为待测光学***4的视场角在XOY平面内的投射范围的半径。在计算反射单元的法线时，可将反射单元的反射点投影在XOY平面内，以得到O'点再进行计算。
O'点在X轴和Y轴的投影与竖直方向的夹角分别为θx和θy，则刻度尺上的刻度与角度转化的关系为x＝h·tanθx，z＝h·tanθy，其中，x为光源1在X轴上的位移量，z为反射器件2在Z轴上的位移量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种入射光束的角度调节装置，其特征在于，所述入射光束的角度调节装置包括：
光源，所述光源用于发射入射光束；
反射器件，所述反射器件的反射面具有多个方向不同的法线，所述反射器件位于所述光源的照射光路上，所述反射器件包括多个相互拼接的反射单元，多个反射单元的法线方向互不平行，其中，每个反射单元反射入射光束以得到不同反射角度的反射光束；
驱动组件，所述驱动组件可带动所述反射器件或/和所述光源在至少一个方向上直线移动。
2.如权利要求1所述的入射光束的角度调节装置，其特征在于，所述入射光束的照射面积小于所述反射单元的反射面积。
3.如权利要求1所述的入射光束的角度调节装置，其特征在于，所述反射单元为金属反射单元或多层膜反射单元。
4.如权利要求1所述的入射光束的角度调节装置，其特征在于，所述光源沿第一方向发射所述入射光束，所述反射器件的反射面的不同法线形成法线阵列，所述法线阵列与所述第一方向对应。
5.如权利要求1所述的入射光束的角度调节装置，其特征在于，所述驱动组件包括：
第一驱动器，所述第一驱动器可带动所述反射器件或光源在第二方向移动；
第二驱动器，所述第二驱动器可带动所述反射器件或所述光源在第三方向移动，所述第三方向垂直于所述第二方向。
6.如权利要求5所述的入射光束的角度调节装置，其特征在于，所述光源沿第四方向发射所述入射光束，所述第四方向分别垂直于所述第二方向和所述第三方向。
7.如权利要求1所述的入射光束的角度调节装置，其特征在于，所述入射光束的角度调节装置还包括：
刻度尺，所述刻度尺沿所述反射器件或/和所述光源的移动方向设置，所述刻度尺上设置有数字标识，所述数字标识与所述入射光束在所述反射器件上的反射角度对应。
8.一种反射器件的制造方法，其特征在于，所述反射器件的制造方法包括如下步骤：
获取入射光束的直线方程；
获取所述入射光束在反射单元上反射后形成的反射光束的直线方程；
根据所述入射光束的直线方程和所述反射光束的直线方程确定所述反射单元的法线方程；
根据所述法线方程确定所述反射单元的法线方向；
将所述法线方向不同的多个所述反射单元拼接为反射器件。
9.如权利要求8所述的反射器件的制造方法，其特征在于，所述获取所述入射光束在反射单元上反射后形成的反射光束的直线方程的步骤包括：
获取所述入射光束在所述反射单元上的反射位置信息；
获取所述反射单元的反射位置与待测光学***的距离；
根据所述距离确定所述反射光束在所述待测光学***上的投射位置信息；
根据所述投射位置信息以及所述反射位置信息确定所述反射光束的直线方程。
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