一种可见光与中红外光自动合束装置及方法

本发明涉及中红外光校准，特别涉及一种可见光与中红外光自动合束装置及方法。

背景技术：

1、中红外光谱是一种广泛应用于材料科学、化学、生物学领域的分析技术，它可以提供有关样品分子结构和化学组成的详细信息。人眼可见的光的波长范围十分有限，仅局限于380nm到760nm之间，无法对红外区域感光。市面上大多数的探测器、相机可探测的范围也在可见光和近红外光之间。为了保证光谱数据的准确性，每次采集样品的光谱数据都需要对红外光路进行校准，而其不可见的特性也增加了中红外光路的校准难度。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种可见光与中红外光自动合束装置及方法，降低了光路校准的难度，用可见光来指示中红外光的传播路径，提升了光谱数据的准确性，能快速完成光路的校准，提高实验效率。

2、为此，本发明的技术方案是：一种可见光与中红外光自动合束装置，它包括：

3、第一光源，用于发射可见光；

4、第二光源，用于发射中红外光；

5、激光扩束器，安装于可见光光路，用于将可见光的光斑扩大至与中红外光的光斑尺寸大小一致；

6、第一电动反射镜，安装于可见光光路，用于反射可见光至第二电动反射镜；

7、第二电动反射镜，用于反射可见光使其光路与中红外光光路重合，并安装在翻折镜架上，当自动合束完成后，将第二反射镜翻折至红外光的光路外，使其不被第二反射镜遮挡，从而能够继续传播；

8、探测器，用于探测可见光和中红外光光斑的位置、形状和强度信息；

9、主控模块，根据探测器反馈的信息，计算得出两束光位置的偏差值，并控制第一电动反射镜、第二电动反射镜的俯仰、偏转角度。

10、在上述方案的基础上，并作为对上述方案的优化方案的是：所述探测器安装在电动滑轨上，当自动合束完成后，探测器沿电动滑轨移动至光路外，使得可见光与中红外光能继续在光路中传播。

11、在上述方案的基础上，并作为对上述方案的优化方案的是：所述第二电动反射镜与探测器之间设有光阑，光阑为判断两束光是否合束的第一个位置，探测器为判断两束光是否合束的第二个位置。

12、在上述方案的基础上，并作为对上述方案的优化方案的是：所述激光扩束器由安装在可见光光路上的凹透镜和凸透镜组成。

13、本发明的另一个技术方案是：一种可见光与中红外光自动合束方法，利用上述自动合束装置，包括以下步骤：

14、1)启动第二光源，探测器为判断两束光是否合束的第二个位置，探测中红外光斑被第一个判断位置处的光阑限位遮挡后的位置、形状以及强度信息；

15、2)启动第一光源，可见光光斑由激光扩束器进行扩束，使其与中红外光斑的尺寸一致；

16、3)粗调第二电动反射镜的俯仰、偏转角度，使可见光光斑被探测器接收到；

17、4)探测器获取可见光的光斑位置、形状和强度信息；

18、5)对可见光的光斑位置与中红外光的光斑位置信息进行匹配，计算两光斑中心位置的偏差值；

19、6)将计算得到的位置偏差值与预设的阈值进行比较，当位置偏差值大于阈值，则跳转至步骤7)，当位置偏差值小于阈值，则跳转至步骤8)；

20、7)根据位置偏差值，调整第一电动反射镜、第二电动反射镜的俯仰、偏转角度，并重复步骤4)～6)；

21、8)可见光与中红外光完成自动合束，探测器移出光路，两束光继续传播。

22、在上述方案的基础上并作为一种对上述方案的优化方案：所述步骤1)中，翻折第二电动反射镜至光路外，使其无法遮挡中红外光，中红外光穿过光阑正中心，随后到达探测器，探测器获取中红外光的光斑位置、形状以及强度信息。

23、在上述方案的基础上，并作为一种对上述方案的优化方案的是：所述步骤7)中，位置偏差值即为可见光的光斑强度最大处与中红外光的光斑强度最大处之间的位置偏差，设为x；

24、第一电动反射镜的转动角度为β，可见光在第一电动反射镜的入射角为γ，与探测器所在平面垂直的平面为平面p，设入射光与平面p的夹角为α；

25、光阑的半径为r，光阑到探测器的距离为l，第二电动反射镜上的光斑到光阑的距离为h，第二电动反射镜上出射光线和平面p的夹角为θ；

26、步骤s1：使第一电动反射镜与第二电动反射镜平行，则：

27、γ＝90°-(β-α) 公式(1)；

28、由于两电动反射镜平行，光线在两反射镜上入射角反射角均为γ，则：

29、γ+(β-θ)＝90°→γ＝90°-(β-θ)公式(2)；

30、根据公式(1)(2)可知：θ＝α；

31、由三角形相似，可得则：

32、

33、

34、步骤s2：翻转第二电动反射镜，使其与平面p的夹角为45°，最终可见光与中红外光合束时，可见光在第一电动反射镜、第二电动反射镜之间的光路t与探测器平行；

35、t与探测器平面平行时：

36、

37、则第一电动反射镜的转动角度：

38、

39、代入公式(4)，可得：

40、

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、1、通过光斑探测、数据处理和运动控制三个部分，来完成可见光和中红外光的自动合束操作，利用可见光来指示中红外光的传播路径，能快速、准确地完成光路的校准，确保了系统的稳定性，提升了测量精度。

43、2、利用电动反射镜来调整可见光的位置和角度，重复精度高，具备精细的调节角度能力，实现对反射镜的自动化控制，从而精确调整中红外光和可见光的相对位置和角度，达到自动合束的目的。

44、3、根据探测器反馈的可见光与中红外光光斑位置、形状和强度信息，计算得出两束光的偏差位置，确保可见光与中红外光在共轴或接近共轴的状态下传播，达到合束状态。

技术特征：

1.一种可见光与中红外光自动合束装置，其特征在于，它包括：

2.如权利要求1所述的一种可见光与中红外光自动合束装置，其特征在于：所述探测器安装在电动滑轨上，当自动合束完成后，探测器沿电动滑轨移动至光路外，使得可见光与中红外光能继续在光路中传播。

3.如权利要求1所述的一种可见光与中红外光自动合束装置，其特征在于：所述第二电动反射镜与探测器之间设有光阑，光阑为判断两束光是否合束的第一个位置，探测器为判断两束光是否合束的第二个位置。

4.如权利要求1所述的一种可见光与中红外光自动合束装置，其特征在于：所述激光扩束器由安装在可见光光路上的凹透镜和凸透镜组成。

5.一种可见光与中红外光自动合束方法，其特征在于：利用权利要求1～4任一项所述自动合束装置，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的一种可见光与中红外光自动合束方法，其特征在于：所述步骤1)中，翻折第二电动反射镜至光路外，使其无法遮挡中红外光，中红外光穿过光阑正中心，随后到达探测器，探测器获取中红外光的光斑位置、形状以及强度信息。

7.如权利要求6所述的一种可见光与中红外光自动合束方法，其特征在于：所述步骤7)中，位置偏差值即为可见光的光斑强度最大处与中红外光的光斑强度最大处之间的位置偏差，设为x；

技术总结本发明公开了一种可见光与中红外光自动合束装置及方法，包括第一光源、第二光源、激光扩束器、第一电动反射镜、第二电动反射镜和探测器；第一光源、第二光源分别发射可见光和中红外光；激光扩束器用于将可见光的光斑扩至与中红外光的光斑大小一致；电动反射镜包括电动光学调整架和反射镜，用于反射可见光使其光路与中红外光光路重合；探测器用于接收可见光和中红外光，获取两束光的光斑位置、强度、大小；主控模块计算得出两束光的偏差位置，并控制电动反射镜的俯仰、偏转角度。本发明通过光斑探测、数据处理、运动控制来完成可见光和中红外光自动合束操作，利用可见光来指示中红外光的传播路径，能快速准确地完成光路校准，并提升测量精度。技术研发人员：沈昊,郑寒琼,原甜,潘登,郭俊宏,李贝贝,孙超伟受保护的技术使用者：华东师范大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29