准直调光模组和调光装置的制作方法

1.本技术涉及光学准直技术领域，具体涉及一种准直调光模组和调光装置。


背景技术：

2.光学系统应用时，常需要对光束进行准直调光，以得到高精度准直的光束。针对现有准直调光系统，大部分通过移动光学元件的方式，观测两个不同距离的光斑位置来确定光斑是否准直好。
3.在实际运用过程中，移动式的调光针对高精度准直时就会容易出现误差，因为在移动过程中，光学元件会受到一定的震动，光学元件在导轨上移动，导轨也存在一定误差，使得准直精度受到影响。这种移动式准直调光还浪费时间，需要来回确定光斑位置是否有变化。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种准直调光模组和调光装置，能够提高准直精度和效率，且便于调光。
5.本技术实施例的一方面，提供了一种准直调光模组，包括沿光源的出射光的传播方向依次设置的调光组件、分光元件和至少两个接收元件，所述分光元件用于将所述出射光分束成至少两束光束，至少两个所述接收元件相对光源固定设置，用于分别接收至少两束所述光束以形成光斑，且至少两束所述光束入射对应的所述接收元件具有光程差，所述调光组件用于调整所述出射光的位置。
6.光源出射的光束依次经调光组件、分光元件和接收元件，光束经分光元件时，分光元件将光束分束成至少两束光束，至少两束光束分别入射接收元件，接收元件根据接收的至少两束光束的光斑位置，确定光源出射的光束是否准直好。如果未准直好，则可通过调光组件进行调整光源，直至根据接收元件确认达到准直精度，完成准直和调光。光程差能避免得到的至少两个光斑重合为一个光斑，以准确判断出射光准直。接收元件相对光源固定设置，则接收元件接收的光源的光斑稳定，能真实反映准直情况，不会因接收元件的移动而产生震动、误差等带来的准直精度不高的问题，并且，也减少了移动接收元件而带来的时间消耗问题，提高了准直精度和效率，根据准直结果的反馈调光，调光效果好，精度高，操作方便。
7.可选地，所述调光组件包括透镜和调整架，所述透镜设置在所述调整架上，所述透镜位于所述光源的出光侧，所述调整架用于调整所述透镜的位置。
8.透镜设置在调整架上，移动调整架即可移动透镜，以调整透镜的位置。出射光经透镜准直，需要调光时，调整透镜位置便可改变光源的准直效果，完成调光。
9.可选地，所述分光元件为分光镜。分光镜将光束分束成至少两束光束，以入射对应的光束分析仪。
10.可选地，所述接收元件为光束分析仪，至少两个所述光束分析仪分别位于所述分
光元件的分光出射面，以接收经所述分光元件分束的至少两束所述光束。至少两个光束分析仪分别接收至少两束光束，根据至少两束光束的光斑位置，判断光源出射的光束是否准直。
11.可选地，所述接收元件连接有显示屏，以显示所述光斑的位置。光斑在显示屏上显示，以实现可视化调节。
12.可选地，至少两个所述光束分析仪平行设置，以接收至少两束平行的所述光束。以减小准直调光模组的尺寸。
13.可选地，还包括全反射镜，所述全反射镜位于所述分光元件的一个所述分光出射面，并将经所述分光出射面出射的光束全反射后，使所述光束入射对应的所述光束分析仪。
14.出射光经分光元件后平均分配为两束光束，一束光束由分光元件的分光出射面，沿主光路水平入射后端对应的光束分析仪；另一束光束由分光元件的分光出射面反射至全反射镜，经全反射镜后入射对应的光束分析仪，两束光束入射光束分析仪具有光程差。
15.可选地，还包括控制器，所述控制器分别电连接所述调光组件和所述接收元件，所述控制器根据所述接收元件反馈的至少两束所述光束的光斑位置，控制所述调光组件调整所述出射光的位置。
16.通过控制器完成自动调节，接收元件可将接收的光束的光斑位置反馈给控制器，由控制器判断两个光斑的中心坐标是否一致，以自动判断光源出射的光束是否准直好。如果未准直好，则控制器可控制调整架移动，以调整透镜位置。
17.本技术实施例的另一方面，提供了一种调光装置，包括光源和设在所述光源出光侧的上述的准直调光模组。
18.可选地，所述光源为半导体激光器光源，出射激光束。
19.可选地，还包括驱动元件，所述驱动元件和所述光源连接，用于驱动所述光源发光。
20.本技术实施例提供的准直调光模组和调光装置，光源发射出射光，沿出射光的传播方向依次设置有调光组件、分光元件和接收元件，出射光依次经调光组件、分光元件和接收元件，出射光由调光组件经分光元件时，分光元件将出射光分束成至少两束光束，至少两束光束分别入射至少两个接收元件以在各自对应的接收元件上形成对应光斑，接收元件根据接收的至少两束光束的光斑的中心坐标位置，确定出射光是否准直好。如果至少两束光束的光斑的中心坐标一致，则表示出射光达到准直要求，否则表示出射光未达到准直要求。并且，至少两束光束入射对应的接收元件具有光程差，根据两点确定一条直线原理，根据出射光上的至少两个光点即可确定出射光是否准直为一条直线，由至少两个光点分别出射的光束到达各自对应的接收元件形成各自光斑。如果至少两束光束到达至少两个接收元件没有光程差，则可理解为至少两个光点出射的光束同步到达各自的接收元件，也就是至少两个光点重合为一个光点，一个光点形成一个光斑，则无法判断该出射光是否准直。至少两束光束入射对应的接收元件具有光程差，才能得到至少两个光点对应的两个光斑，通过至少两个光斑的中心坐标一致性判断出射光是否准直才有意义，光程差能避免得到的至少两个光斑重合为一个光斑，以准确判断出射光准直。如果出射光未达到准直要求，则可通过调光组件调整出射光的位置，则接收元件接收的光斑位置相应改变，调整出射光位置直至接收元件接收的至少两束光束的光斑的中心坐标一致，则可确认达到准直精度，完成准直和调
光。本技术实施例中接收元件相对光源固定设置，接收元件在上述准直和调光过程中，位置固定不变，则接收元件接收的光斑稳定，能真实反映光斑位置，准直时也就能真实反映准直情况，不会因接收元件的移动而产生震动、光斑位置误差等带来的准直精度不高的问题；也减少了移动接收元件而带来的时间消耗问题。本技术实施例的准直调光模组，接收元件固定设置，通过分光、判断准直、调光三个步骤完成了出射光的准直和调光的闭环操作，提高了准直精度和效率，根据准直结果的反馈予以调光，使得调光效果好，精度高，且操作方便。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
22.图1是本实施例提供的准直调光模组结构示意图之一；
23.图2是图1中a处放大图；
24.图3是图2中b处放大图；
25.图4是本实施例提供的准直调光模组结构示意图之二；
26.图5是本实施例提供的准直调光模组结构示意图之三；
27.图6是本实施例提供的准直调光模组的光路图之一；
28.图7是本实施例提供的准直调光模组的光路图之二；
29.图8是本实施例提供的准直调光模组的原理图。
30.图标：10
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准直平台；101
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光源；102
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驱动元件；201
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透镜；202
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调整架；2021
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夹爪；301
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分光元件；401a
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第一光束分析仪；401b
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第二光束分析仪；501
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全反射镜。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，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技术中的具体含义。
34.请参照图1，本技术实施例提供一种准直调光模组，包括设置于准直平台10上沿光源101的出射光的传播方向依次设置的调光组件、分光元件301和至少两个接收元件，分光元件301用于将出射光分束成至少两束光束，至少两个接收元件相对光源固定设置，用于分别接收至少两束光束以形成光斑，且至少两束光束入射对应的接收元件具有光程差，根据
接收元件接收的至少两束光束的光斑位置，调光组件用于调整出射光的位置。
35.光源101发出出射光，出射光依次经调光组件、分光元件后，入射至少两个接收元件，出射光经分光元件时，分光元件将出射光进行分束，分光元件可将出射光分束成至少两束光束，至少两个接收元件和分束后的至少两束光束分别一一对应，至少两束光束被对应的接收元件接收，接收元件接收光束后形成光斑。
36.其中，光源101可为半导体激光器光源，以出射激光束。
37.接收元件根据接收的至少两束光束的光斑位置来确定光源101发出的出射光是否准直好。
38.接收元件判断出射光准直的原理为，分光元件分束的至少两束光束被对应的接收元件接收后形成至少两个光斑，接收元件根据至少两个光斑的中心坐标是否一致以判断出射光是否准直。如果至少两个光斑的中心坐标一致，则表示出射光准直，否则出射光未达到准直要求。
39.调光组件用于调光，当接收元件根据光斑位置判断出射光是否准直好后，若出射光未达到准直要求时，可通过调光组件予以调整。调光组件调整时，根据接收元件接收的至少两个光斑的中心坐标的一致性差异，调节出射光的位置，出射光位置改变时，接收元件接收到的光斑位置相应改变，通过调节出射光位置，直至使接收元件接收到的至少两个光斑的中心坐标一致，完成调光，以准直出射光。
40.需要说明的是，本技术实施例中的接收元件相对光源固定设置，也就是接收元件的位置是固定不动的，这样一来，则不需要移动接收元件以接收光束，避免了因移动接收元件而导致接收元件产生震动的情况，接收元件震动会影响准直的精度；并且，如果接收元件可移动时，为方便接收元件移动，一般是将接收元件设置在导轨上，导轨的加工误差会导致在导轨上移动的接收元件接收光斑时产生光斑的位置误差，是否准直本就是根据光斑位置进行判断，那么光斑位置误差会使得准直精度受到影响。因此，当接收元件固定设置时，还能避免因移动接收元件带来的位置误差而使准直精度受到影响的情况。此外，接收元件固定设置时，也就避免了因移动接收元件带来的时间消耗，有效提高了准直效率。
41.接收元件相对光源101固定设置，光源101的出射光通过分光元件301时被分成至少两束光束，固定设置的接收元件能够稳定接收这至少两束光束，根据这至少两束光束的光斑位置，确定光源101的出射光是否准直好。并且，因接收元件固定设置，能保证准直精度和效率，不会因接收元件震动或位置误差而使精度受到影响。
42.此外，至少两束光束入射对应的接收元件具有光程差。当出射光为一条直线时，可理解为直线的出射光上具有两个光点，由两个光点分别出射的光束到达各自对应的接收元件形成各自光斑。如果两束光束到达两个接收元件没有光程差，则可理解为这两个光点出射的光束到达各自的接收元件没有光程差，则表示这两个光点重合，即两个光点重合为一个光点，一个光点只能形成一个光斑，此时两个接收元件分别接收到的两个光斑其实即为一个光斑，两个接收元件分别接收的两个光斑的中心坐标必然一致，则无法判断该出射光是否准直。通过设置至少两个接收元件，同时使至少两束光束到达至少两个接收元件具有光程差，才能得到至少两个光点对应的两个光斑，通过至少两个光斑的中心坐标一致性判断出射光是否准直才有意义。
43.本技术实施例提供的准直调光模组，光源101发射出射光，沿出射光的传播方向依
次设置有调光组件、分光元件301和接收元件，出射光依次经调光组件、分光元件301和接收元件，出射光由调光组件经分光元件301时，分光元件301将出射光分束成至少两束光束，至少两束光束分别入射至少两个接收元件以在各自对应的接收元件上形成对应光斑，接收元件根据接收的至少两束光束的光斑的中心坐标位置，确定出射光是否准直好。如果至少两束光束的光斑的中心坐标一致，则表示出射光达到准直要求，否则表示出射光未达到准直要求。并且，至少两束光束入射对应的接收元件具有光程差，根据两点确定一条直线原理，根据出射光上的至少两个光点即可确定出射光是否准直为一条直线，由至少两个光点分别出射的光束到达各自对应的接收元件形成各自光斑。如果至少两束光束到达至少两个接收元件没有光程差，则可理解为至少两个光点出射的光束同步到达各自的接收元件，也就是至少两个光点重合为一个光点，一个光点形成一个光斑，则无法判断该出射光是否准直。至少两束光束入射对应的接收元件具有光程差，才能得到至少两个光点对应的两个光斑，通过至少两个光斑的中心坐标一致性判断出射光是否准直才有意义，光程差能避免得到的至少两个光斑重合为一个光斑，以准确判断出射光准直。如果出射光未达到准直要求，则可通过调光组件调整出射光的位置，则接收元件接收的光斑位置相应改变，调整出射光位置直至接收元件接收的至少两束光束的光斑的中心坐标一致，则可确认达到准直精度，完成准直和调光。本技术实施例中接收元件相对光源101固定设置，接收元件在上述准直和调光过程中，位置固定不变，则接收元件接收的光斑稳定，能真实反映光斑位置，准直时也就能真实反映准直情况，不会因接收元件的移动而产生震动、光斑位置误差等带来的准直精度不高的问题；也减少了移动接收元件而带来的时间消耗问题。本技术实施例的准直调光模组，接收元件固定设置，通过分光、判断准直、调光三个步骤完成了出射光的准直和调光的闭环操作，提高了准直精度和效率，根据准直结果的反馈予以调光，使得调光效果好，精度高，且操作方便。
44.具体地，如图2和图3所示，调光组件包括透镜201和调整架202，透镜201设置在调整架202上，透镜201位于光源101的出光侧，调整架202用于调整透镜201的位置。
45.透镜201靠近光源101设置，位于光源101的出光侧，并设置在调整架202上，光源101的出射光经透镜201准直，透镜201将出射光调成水平的一束光，准直后的出射光再入射分光元件。因此，当需要调光时，可通过调整透镜201位置改变出射光的准直效果，完成调光。
46.示例地，透镜201可通过夹持的方式夹持于调整架202，操作调整架202，即可调整透镜201的位置。需要说明的是，调整架202仅用于调整透镜201位置，调整架202并不阻碍出射光的传播。
47.示例地，如图4所示，调整架202位于光源101和分光元件301之间，调整架202通过夹爪2021夹持透镜，调整架202在高度方向上，其顶面的高度低于光源101、透镜201和分光元件之间形成的光路，因此调整架202不会阻挡出射光的传播。
48.夹爪2021由调整架202向光源101方向延伸，夹爪2021具有相对设置的两个夹钳，透镜201夹持于两个夹钳之间，两个夹钳之间为空区域，光源101的出光面到透镜201之间、再到分光元件的光路上没有阻碍，这使得光源101的出射光能到达透镜201，经透镜201准直后出射光能到达分光元件。
49.并且，调整架202为六轴调整架，即调整架202调整透镜201时，可使透镜201沿x、y、
z三个方向移动和转动，透镜201移动时可改变透镜201的空间位置，透镜201转动时可改变透镜201和主光轴之间的夹角。根据接收元件接收的光斑位置，调整透镜201移动或转动，以使至少两束光斑的中心坐标一致，以完成出射光准直。
50.调整透镜201位置时，可通过手动调节调整架202的位置，以调整透镜201位置，还可通过自动的方式调节。
51.具体地，准直调光模组还包括控制器，控制器分别电连接调光组件和接收元件，控制器根据接收元件反馈的至少两束光束的光斑位置，控制调光组件调整出射光的位置。
52.具体地，控制器分别电连接调整架202和接收元件，控制器根据接收元件反馈的至少两束光束的光斑位置，自动控制调整架202调整透镜201的位置。
53.通过控制器完成自动调节，接收元件可将接收的光束的光斑位置反馈给控制器，由控制器判断两个光斑的中心坐标是否一致，以自动判断光源101的出射光是否准直好。如果未准直好，则控制器可控制调整架202移动，以调整透镜201位置。通过自动的方式，准直和调光的效率更高。如图5所示，出射光经透镜201准直后入射分光元件301，分光元件301将出射光分束成至少两束光束。具体地，分光元件301包括分光镜，分光镜将出射光分束成至少两束光束，以入射对应的至少两个接收元件。分光镜分的是光能量，没有改变光束的形状及角度。
54.本技术实施例中可采用50:50分光镜，将出射光以50:50的比率平均分配成两束光束。
55.接收元件为光束分析仪，光束分析仪的数量与分光元件301将光束分成的束数对应。至少两个光束分析仪分别位于分光元件301的分光出射面，以接收经分光元件301分束的至少两束光束。
56.本技术实施例中分光元件301将出射光分束成两束光束，则对应地，光束分析仪也设置为两个，分别为第一光束分析仪401a和第二光束分析仪401b，两个光束分析仪分别接收两束光束，根据两束光束的光斑位置，判断光源101的出射光是否准直。
57.当然，也可以将出射光分束成三束光束或更多数量束数的光束，相应地，光束分析仪的数量也对应增加。当有三个或三个以上的光束分析仪时，需使每个光束分析仪接收的光斑的中心坐标一致，以确定出射光准直。
58.如图8所示，通过光束分析仪判断准直时，观测两个或多个光束分析仪中接收的光斑的中心坐标是否一致来确认，光斑在对应的光束分析仪上有一个中心坐标位置，如果两个或多个光斑的中心坐标位置出现差值，就说明出射光还未准直好，还需要调整透镜201位置以调光，直到两个或多个光束分析仪上的光斑中心坐标一致，才算完成准直。通过两点确定一条直线的原理，判断是否准直好。
59.根据两点确定一条直线原理判断准直时，两个光束分析仪即可实现。上述三个或三个以上的光束分析仪则没有设置的必要性，因此本技术实施例采用两个光束分析仪判断准直。
60.需要说明的是，两个光束分析仪距离分光镜的距离不相等，也就是经透镜201准直出射的出射光到达两个光束分析仪具有光程差。根据两点确定一条直线的原理，通过两个光斑的中心坐标一致性判断出射光是否准直才有意义。此处不再赘述。
61.要使出射光到达两个光束分析仪具有光程差，如图6所示，本技术实施例中还包括
全反射镜501，全反射镜501位于分光元件301的一个分光出射面，并将经分光出射面出射的光束全反射后，使光束入射对应的光束分析仪。
62.经分光镜将出射光分成两束光束，一束沿原主光轴入射第一光束分析仪401a，一束经分光镜朝全反射镜501出射，经全反射镜501反射后入射第二光束分析仪401b，全反射镜501的设置使得两束光束分别到达各自的光束分析仪具有了光程差，以判断出射光的准直。
63.还可以的情况是，如图7所示，经分光镜出射的两束光束直接入射各自的光束分析仪，不需设置全反射镜501，但两个光束分析仪距离分光镜的距离不同，以此使两束光束具有光程差，也可判断出射光的准直。
64.为了使准直判断更精准，两束光束分别到达各自的光束分析仪的光程差越大，表示两个光点距离更远，当两个光点距离较近时可能会互相干涉，使得形成的两个光斑有相互叠加的风险，则两个较远的光点形成的两个光斑各自独立性更好，由此判断准直越精准。进一步地，分光镜和全反射镜501提前校准好位置，确保光束水平传播时不改变光角度。
65.本技术实施例中光源101发射的出射光经分光元件301后平均分配为两束光束，一束光束由分光元件301的分光出射面，沿主光路水平入射后端对应的第一光束分析仪401a，该路光束可看成经分光元件301透射向第一光束分析仪401a；另一束光束由分光元件301的分光出射面反射至全反射镜501，经全反射镜501后入射对应的第二光束分析仪401b，该路光束可看成经分光元件301反射向全反射镜501。经全反射镜501后，该束光束水平入射对应的第二光束分析仪401b。分光元件301和全反射镜501将光源101出射的光束分成两束平行的光束，以平行入射两个光束分析仪，两个光束分析仪平行设置，以接收至少两束平行的光束，平行设置的两个光束分析仪能有效减少准直调光模组的尺寸，便于布置其他元件。
66.两个光束分析仪得到两个光斑，通过比对两个光斑的中心坐标是否一致，判断光源101的出射光是否准直好。
67.并且，本技术实施例可针对任意光斑准直，只要输出光斑尺寸不超出光束分析仪尺寸即可。
68.接收元件连接有显示屏，以显示光斑的位置。接收元件可将接收到的光束形成的光斑投放于显示屏上，通过显示屏可直观观测光斑的中心坐标位置。
69.通过在光束分析仪上观测到的光斑中心坐标，方便调节透镜201位置。例如，光斑中心坐标偏上，可将透镜201位置往下调；光斑中心坐标偏下，可将透镜201位置往上调；直至把光斑中心坐标调到中心即可，通过设置显示屏可实现可视化调节。
70.显示屏也可和控制器电连接，以使控制器获取显示屏上光斑中心坐标，并根据光斑中心坐标自动控制调整架202调节透镜201位置，实现全自动准直。
71.综上，本技术实施例提供的准直调光模组，出射光从光源发出，经过透镜201后将光斑进行准直，透镜201将光斑调成水平的一束光，再经过50：50的分光镜后将出射光分束为两束光，这时分的是光能量，没有改变光束形状及角度，分光后一束光直接投在第一光束分析仪401a上，第二束光再经过一个全反射镜501后将光打入第二光束分析仪401b中，分光镜和全反射镜501预先校准好位置，确保光束水平传播时不改变光角度。通过看在两个光束分析仪光斑的位置中心坐标来确认是否准直，如果在光束分析仪上的中心坐标位置出现差值，就说明光还未准直，还需要调整透镜201位置，直到两个光束分析仪上光斑位置中心坐
标一致，才算完成准直。本技术实施例提供的准直调光模组，调光方便，不需要来回移动光束分析仪，提高调光效率；光束分析仪固定设置，每一次接收到的光斑位置一致，提高调光精度，避免来回移动光束分析仪，使光束分析仪的位置发生微小变化，导致调光误差的情况。
72.本技术实施例还公开了一种调光装置，包括光源101和设在光源101出光侧的上述的准直调光模组。
73.光源101为半导体激光器光源，出射激光束。
74.调光装置还包括驱动元件102，驱动元件102和光源101连接，用于驱动光源101发光。
75.驱动元件102还可和控制器电连接，通过控制器自动控制驱动元件102，以自动控制光源101发光。
76.本调光装置可应用于半导体激光器的fac(快轴准直)、sac(慢轴准直)、lidar里的激光准直等领域，准直精度高，操作方便，效率高。
77.该调光装置包含与前述实施例中的准直调光模组相同的结构和有益效果。准直调光模组的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
78.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。