CN101699328B - 一种空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构 - Google Patents

Abstract

一种空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构，在干涉仪基板上，由分束器、呈两路设置的光楔隔片、扩视场棱镜和光栅隔片构成的呈“L”形、具有X臂和Y臂两个臂端的集成干涉体前置单元，其特征是在底板上，处于集成干涉体前置单元的两个臂端位置处分别设置二维调整机构和角度调整机构；同时设置由均匀光源，处于输出光轴上的成像镜头、CCD光电接收器件及显示器构成的监测系统；由均匀光源的出射光线经干涉仪产生的干涉图像，在显示器中获得监测图像。本发明操作方便，可靠性强、可实时监测干涉效果。

Description

一种空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构

技术领域

本发明涉及一种空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构，特别涉及能够调整两臂光栅刻线相对倾角的装置和实时检测装调图像效果的方法。

背景技术

空间外差干涉仪能在较短的光谱范围内获得极高的光谱分辨率，系统设有前置准直系统、干涉仪系统、成像系统以及探测器系统四大部分；前置准直和成像系统的镜筒安装和定位方式已经非常成熟，因此，系统难点在于对核心部件干涉仪主体各分离光学元件进行准确定位。

现有的桌面光学系统搭建在抗震光学平台上，且光栅、分束器、扩视场棱镜等光学元件均采用多维调整台或光学夹具安装于光学导轨上。由于调节机构多，且这一系统对各器件的调整精度要求很高，需要达到秒级，所以装调的过程难度非常大。这样的系统也易受到实验室环境的影响，如振动、杂散光等都会对干涉结果造成不同程度的干扰，较难获得高质量的干涉图。显然，这样的分离元件方案难以在实验室以外的测量环境中进行应用。美国最早的SHIMMER系统采用这一方案，但是在实际使用中也是发现装调困难，系统也容易受环境影响，因此，以上方案的系统难以在机载或星载等平台上的应用。

对于集成的一体化胶合干涉仪系统而言，传统方法主要依赖于各光学元件自身的加工精度和装配经验，没有相应的装调机构，系统精度难以控制，同时为了探测信息的实时和准确性，也需要能够实时地检测干涉图像。例如中国专利号CN200710018571.8，公开日2008年02月13日，名称为“横向剪切干涉仪的胶合检测方法”的专利，该发明涉及一种横向剪切干涉仪的胶合检测方法，是将平行光照在待胶合横向剪切干涉仪上，微量移动两棱镜的位置，使数码相机接受待胶合干涉仪出射端的实际条纹数与理论计算相一致。另外，该发明的装置具有：激光器、散射板、平行光管、精密调整平台的高精度光学平板以及数码相机接收器。该技术方案解决了胶合过程中装调效果的实时检测，但其不足在于：所提供的方法局限于横向剪切干涉仪内两个五角棱镜的胶合检测，不适用于空间外差干涉仪光栅胶合过程的检测，同时不能补偿由于两臂待胶合光栅之前各光学元件加工精度引起的角度累积误差；激光器波长的不稳定性很容易引入判断误差；两棱镜放置在同一个具有六自由度调整的光学平台上，两棱镜调整过程中互相干涉。

发明内容

为解决现有空间外差干涉仪主体各分离光学元件定位精度难以控制，且性能易受环境影响的问题，本发明提供一种操作方便，可靠性强、可实时监测干涉效果的空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构，在干涉仪基板上，由分束器、呈两路设置的光楔隔片、扩视场棱镜和光栅隔片构成的呈“L”形、具有X臂和Y臂两个臂端的集成干涉体前置单元，其特征是在底板上，处于所述集成干涉体前置单元的两个臂端位置处分别设置装调结构，所述装调结构由二维调整机构和角度调整机构构成；

所述二维调整机构由固定板、调节板、对角螺栓和拉簧构成；其中，固定板固定设置在底板上，调节板与固定板通过对角螺栓相连，对角螺栓和拉簧设置在固定板和调节板之间，调节对角螺栓可使调节板将所在臂端的光栅的刻划面贴靠在与其相邻的光栅隔片上；

所述角度调整机构是在光栅的顶面、偏离中心位置上设置压板，所述压板与光栅的顶面为线接触，并以其接触位置为光栅调节过程中的转动轴线；在所述光栅的底面、与所述压板相反方向的偏离中心位置上，设置处在纵向导套中的滚珠，调整螺钉以其前端楔形面为滚珠的底部支撑面，调整螺钉的不同的推进位置对应于滚珠对光栅的不同的支撑高度；

设置由均匀光源，处于输出光轴上的成像镜头、CCD光电接收器件以及显示器构成的监测系统；由均匀光源的出射光线经干涉仪产生的干涉图像经成像镜头、CCD光电接收器件，在显示器中获得监测图像。

本发明空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构的结构特点也在于：

在所述滚珠与作为其底部支撑面的调整螺钉的前端楔形面之间，设置可保持相互间磁性吸力的铁磁结构。

所述均匀光源为包含于空间外差干涉仪的光谱范围内的连续光谱工作波段的光源，在连续光谱波段的光源出射端加装有滤光片。

本发明与现有的技术相比的有益效果是：

1、本发明采用二维调整机构将光栅分别压靠在集成干涉体前置单元两臂的光栅隔片上，通过一定光胶厚度可对各前置光学元件加工和装配精度在光栅处引起的角度误差进行补偿；利用角度调整、与调整螺钉相匹配的磁性球、线接触压紧机构来调整两臂光栅刻线的相对偏角，调节过程操作方便，具有可回复性、可控制性。

2、本发明采用实时检测技术，在胶合体前置集成单元两臂调节光栅方位的同时，利用图像采集和显示器实时检测干涉图像是否清晰且无黑白条纹纠结，在理想位置处将调节机构锁死，检测可靠性高，且结构简单，便于实现。

3、本发明通过采用固化技术，在实时检测到要求的干涉图像时，开启固化光源照射待胶合体，使其固化成一体，从而完成空间外差干涉仪的光栅胶合过程。一体化干涉仪克服了传统分离元件系统易受环境等因素干扰，精度难以控制的问题。

附图说明

图1为本发明光栅装调机构图；

图2a、图2b为本发明角度调节机构两个不同的位置状态示意图；

图3为本发明的实时检测图。

图中标号：1分束器、2光楔隔片、3扩视场棱镜、4光栅隔片、5光栅、6调节板、7固定板、8锁紧螺钉、9调整螺钉、10对角螺栓、11滚珠、12底板、13拉簧、14压板、15光栅、16干涉仪基板、17为X臂端光栅、18为X臂端调整螺钉、19为X臂端锁紧螺钉、20为X臂端滚珠、21为X臂端调节板、22为X臂端压板、23为X臂端对角螺栓、24为X臂端固定板、25为X臂端拉簧、26均匀光源、27成像镜头、28显示器、29CCD光电接收器件。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

参见图1、图2，在干涉仪基板16上，由分束器1、呈两路设置的光楔隔片2、扩视场棱镜3和光栅隔片4构成的呈“L”形、具有X臂和Y臂两个臂端的集成干涉体前置单元；本实施例中，在底板12上，处于集成干涉体前置单元的两个臂端位置处分别设置装调结构，装调结构由二维调整机构和角度调整机构构成；

如图1所示，本实施例中，设置在Y臂臂端的二维调整机构由固定板7、调节板6、对角螺栓10和拉簧13构成；其中，固定板7固定设置在底板12上，调节板6与固定板7通过对角螺栓10相连，对角螺栓10和拉簧13设置在固定板7和调节板6之间，调节对角螺栓10可使调节板6将所在臂端的光栅5的刻画面贴靠在与其相邻的光栅隔片4上。

两臂端光栅与光栅隔片之间的光胶具有一定厚度，在对角螺栓和相应拉簧调节作用下，可在一定程度上补偿由集成干涉体前置单元内各光学元件加工和装配精度不足在光栅位置处引起的角度累积误差。

如图2所示，本实施例中，设置在Y臂臂端的角度调整机构是在光栅5的顶面、偏离中心位置上设置压板14，压板14与光栅5的顶面为线接触，并以其接触位置为光栅5调节过程中的转动轴线；在光栅5的底面、与压板14相反方向的偏离中心位置上，设置处在纵向导套中的滚珠11，调整螺钉9以其前端楔形面为滚珠11的底部支撑面，调整螺钉9的轴向推进通过其前端楔形面转化为滚珠11在纵向导套中的升降运动，调整螺钉9的不同的推进位置对应于滚珠11对光栅5的不同的支撑高度，设置相对高度变化范围为3mm，这一高度上的调节使光栅5以压板14的压线为轴线形成纵向平面内的旋转，从而使所在的Y臂或X臂光栅刻线方向产生相应的角度倾斜，对应3mm的高度变化范围，角度倾斜变化范围在0-4°，这一角度调整范围极大程度上满足了由于光栅刻划工艺有限而带来的两光栅刻线方向的相对误差。

此外，如图1和图3所示，与Y臂臂端相同的是，在X臂臂端同样设置有X臂臂端二维调整机构和X臂臂端角度调整机构，调整机构的组成部件包括X臂端光栅17、X臂端调整螺钉18、X臂端锁紧螺钉19、X臂端滚珠20、X臂端调节板21、X臂端压板22、X臂端对角螺栓23、X臂端固定板24和X臂端拉簧25。

本实施例中，在滚珠11与作为其底部支撑面的调整螺钉9的前端楔形面之间，设置可保持相互间磁性吸力的铁磁结构，是将滚珠11设置为磁性体，在这一磁性体与调整螺钉9的前端楔形面之间保持的磁性吸力可以保证滚珠的可靠复位，避免两个臂端的光栅刻划方向相对夹角产生过度调整，调整精度可通过改变底板和角度调节螺钉的配合螺纹螺距来调整；图中所示的锁紧螺钉8用于将调整螺钉9锁紧在相应的位置上。

如图3所示，本实施例中，设置由均匀光源26，处于输出光轴上的成像镜头27、CCD光电接收器件29以及显示器28构成的监测系统；由均匀光源26在干涉仪中产生的干涉图像经成像镜头27、CCD光电接收器件29，在显示器28中获得监测图像。

具体实施中，均匀光源26为包含于空间外差干涉仪的光谱范围内的连续光谱工作波段的光源，在连续光谱波段的光源出射端加装有滤光片以增强被观测图像的干涉度。

均匀光源26发出的光线由分束器1分束成两路光线，两路光线分别经两臂的光楔隔片2空气间隙、扩视场棱镜3、光栅隔片4的空气间隙到达光栅衍射面，经光栅衍射后的两束光线返回经扩视场棱镜，并在分束器分束面汇合，从而在分束器出射面产生干涉图像。干涉图像经由成像镜头27进行比例缩放后，由CCD光电接受器件29获取，并在显示器28中显示。

工作时，均匀光源26、CCD图像采集29以及图像显示装置28上电，与胶合体基板16固连的干涉体前置集成单元两个臂端的光楔面涂有固化胶，使用两个臂端设置的二维调整机构和角度调整机构对光栅配合监测系统进行调节，判断两臂光栅是否调节至所要求的位置，同一横向或纵向像素单元内干涉图像应清晰无明暗条纹的交叉纽结，最后通过固化光胶完成空间外差干涉仪的光栅装调和胶合过程。

操作过程：

将光固化胶涂在集成干涉体前置单元两个臂端的光楔面上；调整对角螺栓10将光栅的刻划面压靠在相邻的光栅隔片4上。

转动调整螺钉9，使Y臂与X臂的光栅刻线方向产生相应角度的倾斜。

需要同时兼顾集成干涉体前置单元两个臂端的二维调整机构，通过二维调整机构将光栅刻划面压靠在光栅隔片上的同时，可利用光栅隔片与光栅之间一定厚度的光胶，来补偿集成干涉体前置单元内各光学元件由于加工和装配精度在两臂光栅位置处产生的角度累积误差。

辅助于监测系统实时检测干涉图像对两臂上待胶合光栅的调节位置进行评估，使用两个臂端设置的二维调整机构和角度调整机构对光栅配合监测系统进行调节，判断两臂光栅是否调节至所要求的位置，在检测到同一横向或纵向像素单元内干涉图像应清晰无明暗条纹的交叉纽结时，开启固化光源将待胶合光栅固化到集成干涉体前置单元的两个臂端，从而完成空间外差干涉仪中光栅胶合的装调和胶合过程。

Claims (3)

1.一种空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构，所述装调机构包括：在干涉仪基板(16)上，由分束器(1)、呈两路设置的光楔隔片(2)、扩视场棱镜(3)和光栅隔片(4)构成的呈“L”形、具有X臂和Y臂两个臂端的集成干涉体前置单元；其特征是所述装调机构也包括：在底板(12)上，处于所述集成干涉体前置单元的两个臂端位置处分别设置装调结构，所述装调结构由二维调整机构和角度调整机构构成；

所述二维调整机构由固定板(7)、调节板(6)、对角螺栓(10)和拉簧(13)构成；其中，固定板(7)固定设置在底板(12)上，调节板(6)与固定板(7)通过对角螺栓(10)相连，对角螺栓(10)和拉簧(13)设置在固定板(7)和调节板(6)之间，调节对角螺栓(10)可使调节板(6)将所在臂端的光栅(5)的刻划面贴靠在与其相邻的光栅隔片(4)上；

所述角度调整机构是在光栅(5)的顶面、偏离中心位置上设置压板(14)，所述压板(14)与光栅(5)的顶面为线接触，并以其接触位置为光栅(5)调节过程中的转动轴线；在所述光栅(5)的底面、与所述压板(14)相反方向的偏离中心位置上，设置处在纵向导套中的滚珠(11)，调整螺钉(9)以其前端楔形面为滚珠(11)的底部支撑面，调整螺钉(9)的不同的推进位置对应于滚珠(11)对光栅(5)的不同的支撑高度；

所述装调机构还包括：设置由均匀光源(26)，处于输出光轴上的成像镜头(27)、CCD光电接收器件(29)以及显示器(28)构成的监测系统；由均匀光源(26)的出射光线经干涉仪产生的干涉图像经成像镜头(27)、CCD光电接收器件(29)，在显示器(28)中获得监测图像。

2.根据权利要求1所述的空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构，其特征是在所述滚珠(11)与作为其底部支撑面的调整螺钉(9)的前端楔形面之间，设置可保持相互间磁性吸力的铁磁结构。

3.根据权利要求1所述的空间外差干涉仪中光栅胶合的装调机构，其特征是所述均匀光源(26)为包含于空间外差干涉仪的光谱范围内的连续光谱工作波段的光源，在连续光谱波段的光源出射端加装有滤光片。

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