CN102393255A - 可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可解决小视场镜头在波像差检测过程中遇到的光轴偏斜问题的系统及方法，该系统包括激光干涉仪、五棱镜、自准直经纬仪、平面反射镜以及与待测小视场镜头共光轴的光轴指向工装；激光干涉仪、五棱镜、光轴指向工装以及平面反射镜依次设置于同一光路上；五棱镜设置于自准经纬仪的出射光路上。本发明提供了一种检测精度高，检测周期短以及可重复性好的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统及方法。

Description

可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统及方法

技术领域

本发明属于光学检测领域，尤其涉及一种可解决小视场镜头在波像差检测过程中遇到的光轴偏斜问题的系统及方法。

背景技术

随着航天、航空事业的不断发展，小视场镜头以其高分辨率广泛应用于以上领域。光学系统波像差是表征镜头成像质量的重要指标之一，它与光学系统的焦距、相对孔径等性能参数无关，但与其他像质评价指标如中心点亮度、光学传递函数等有密切关系，可以准确反映出整个光学系统的性能。在大多数镜头的波像差检测工作中，许多结果都是以干涉条纹的分布形式记录下来，通过对干涉条纹进行分析来获得所需信息，因此如何快速并准确地得到干涉条纹是整个检测过程的关键。小视场镜头由于视场角小，其面形数据更易受到镜头相对于检测仪器的调整精度的影响，通常从对面形干涉条纹的表现形式进行人工判断，其结果随机性极强，并在条纹不规则情况下变得复杂，对操作者的经验要求很高，导致小视场镜头波像差的准确检测很难控制，检测效率低，可操作性及重复性差。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种检测精度高，检测周期短以及可重复性好的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统及方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统，其特殊之处在于：所述可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统包括激光干涉仪、五棱镜、自准直经纬仪、平面反射镜以及与待测小视场镜头共光轴的光轴指向工装；所述激光干涉仪、五棱镜、光轴指向工装以及平面反射镜依次设置于同一光路上；所述五棱镜设置于自准经纬仪的出射光路上。

上述可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统还包括与激光干涉仪连接的计算机。

上述自准直经纬仪6的自准精度为0.5”。

一种可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)调整自准直经纬仪并实现与平面反射镜的自准直；

2)在没有待测小视场镜头的情况下，调整激光干涉仪，实现激光干涉仪出射光束光轴与平面反射镜的法线平行；

4)在有待测小视场镜头的情况下，调整待测小视场镜头的空间位置，实现光轴指向工装在自准经纬仪的自准。

上述方法在步骤2)和步骤4)直接还包括：

3)复检平面反射镜与自准直经纬仪的自准。

上述步骤1)的具体实现方式是：

通过自准经纬仪观察其发出的光束经五棱镜转折并经平面反射镜反射后的自准像，调节平面反射镜使平面反射镜的自准像与经纬仪十字线重合。

上述步骤2)的具体实现方式是：

在没有待测小视场镜头的情况下，打开激光干涉仪，不加标准镜头，激光干涉仪出射平行光，并移去五棱镜，调节激光干涉仪使其发出的激光光束与其经平面反射镜反射的光束重合。

上述步骤4)的具体实现方式是：

4.1)将待测小视场镜头固定在光轴指向工装上；

4.2)将光轴指向工装放置在五棱镜与平面反射镜之间；

4.3)调整待测小视场镜头使光轴指向工装的反射平面在经纬仪中自准。

本发明的优点是：

本发明基于干涉仪检测波像差原理，从自准直测量原理出发，提出一种基于自准直原理的波像差检测系统及方法，本发明通过自准直经纬仪分别与待测小视场镜头光轴指向工装以及平面反射镜的自准直保证了待测小视场镜头光轴与平面反射镜的垂直性，再通过干涉仪与平面反射镜的自准直保证了干涉仪光轴与平面反射镜的垂直性，从而实现了干涉仪、待测小视场镜头以及平面反射镜的光轴一致性。同时，自准直经纬仪用来观察系统光路中的自准像，由于波像差对系统光轴一致性非常敏感，因此要求自准直经纬仪的自准精度为0.5”，从而实现光轴的高精度定位。第三，本发明采用五棱镜进行光路转折，从而可以方便地观察待测小视场镜头以及平面反射镜的自准直情况。第四，本发明采用光轴指向工装的光轴可以用来代替待测小视场镜头的光轴，定心加工的精度为μm数量级，因此光轴替代精度可以达到角秒级，可以精确地标定待测小视场镜头的光轴指向。本发明将不可见的系统光轴通过自准直光路进行识别，实现了光学镜头特别是小视场光学镜头波像差的快速、高精度检测，可操作性强，检测精度高，检测周期短，可重复性好；此外，对于批量生产的光学镜头以及需要多次装配调整的光学镜头，可大大提高波像差的检测效率，具有很好的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明所采用的光轴指向工装的结构示意图；

其中：1-激光干涉仪，2-五棱镜，3-待测小视场镜头，4-光轴指向工装，5-平面反射镜，6-自准直经纬仪，7-计算机；A-工装镜框内圆尺寸，B-定心加工的切断面。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统，该系统有三条自准直光路，分别为自准直经纬仪6与光轴指向工装4中的平板玻璃组成的自准直光路、自准直经纬仪6与平面反射镜5组成的自准直光路、以及激光干涉仪1与平面反射镜5组成的自准直光路。通过自准直经纬仪6分别与待测小视场镜头光轴指向工装4以及平面反射镜5的自准直保证了待测小视场镜头3的光轴与平面反射镜5的垂直性，再通过激光干涉仪1与平面反射镜5的自准直保证了激光干涉仪出射光束光轴与平面反射镜5的垂直性，从而实现了激光干涉仪1、待测小视场镜头3以及平面反射镜5的光轴一致性。

自准直经纬仪6用来观察系统光路中的自准像，由于波像差对系统光轴一致性非常敏感，因此要求自准直经纬仪6的自准精度为0.5”，从而实现光轴的高精度定位。

对于焦距较短的光学镜头，激光干涉仪1与镜头之间的距离较短，检测系统光路比较紧凑。如果将自准直经纬仪6放在激光干涉仪与待测小视场镜头3之间，操作空间较小甚至无操作空间，因此加入五棱镜2进行光路转折，从而可以方便地观察待测小视场镜头3以及平面反射镜5的自准直情况。

为了精确地标定待测小视场镜头3的光轴指向，设计了光轴指向工装4。光轴指向工装4是一个经过光学定心加工的平板玻璃，其结构示意图参见图2所示。A表示工装镜框内圆尺寸，B面为定心加工的切断面。通过光学定心加工可以保证平板玻璃的光轴与其镜框内圆机械轴同轴，且镜框内圆周尺寸与待测小视场镜头3镜框的外圆周尺寸紧配合。另外，为了保证待测小视场镜头3的外圆机械轴与其光轴重合，通过光学定心的原理在定心车床上找到镜头的光轴位置，然后用车削工具轻加工镜框外圆，从而保证了外圆机械轴与镜头光轴的同轴性。根据传递原则，光轴指向工装4的光轴可以用来代替待测小视场镜头3的光轴，定心加工的精度为μm数量级，因此光轴替代精度可以达到角秒级，可以精确地标定待测小视场镜头3的光轴指向。

本发明在具体使用时，首先将激光干涉仪1放置在五维调整台上，可实现前后平移、左右平移、上下平移以及左右、上下偏摆；平面反射镜5可以实现上下、左右偏摆，并使平面反射镜5口径包含激光干涉仪1发出的激光光束，最好大于待测小视场镜头3的通光口径，且面形精度优于待测小视场镜头3两倍以上；在激光干涉仪1和平面反射镜5中间放置五棱镜2，可将光束转折90°，其出射端高度与平面反射镜5等高；在五棱镜2的入射端放置自准直经纬仪6，其高度与五棱镜2等高，调整自准直经纬仪6与大地水平，通过自准直经纬仪6观察其发出的光束经五棱镜2转折并经平面反射镜5反射后的自准像，调节平面反射镜5使其自准像与自准直经纬仪6十字线重合，从而保证了平面反射镜5法线与大地水平；打开激光干涉仪1，不加标准镜头，此时激光干涉仪1出射平行光，移去五棱镜2，调节激光干涉仪1使得其发出的激光与其经平面反射镜5反射的光束重合，从而保证了激光干涉仪1出射光束光轴与平面反射镜5法线平行；调整镜头光轴方向与激光干涉仪1出射光束光轴及平面反射镜5法线均平行；重新放入五棱镜2，复检平面反射镜5在自准直经纬仪6中的自准情况；将待测小视场镜头3固定在五维调整架上，并放置在五棱镜3与平面反射镜5之间，其高度与整个系统光路高度一致，调整镜头使其工装反射平面在自准经纬仪6中自准，从而保证了镜头光轴方向与激光干涉仪1光轴及平面反射镜5法线均平行，从而避免了小镜头光轴偏斜造成系统检测结果中慧差过大，可以快速有效地检测镜头参数，重复性好。在待测小视场镜头3外圆处设计一个光轴指向工装4，具体是一个经过光学对心加工的平面镜，其光轴与其内圆机械轴同轴；保证指向工装的内圆尺寸与待测小视场镜头的外圆尺寸配合间隙合理，具体间隙参照待测小视场镜头的外圆尺寸给出；根据光轴传递原理，从而可以保证光轴指向工装的光轴与待测小视场镜头光轴重合。将五棱镜2从光路中移走；将标准镜头装在激光干涉仪1上，标准镜头的F数要与待测小视场镜头的F数匹配，即标准镜头的F数要小于待测小视场镜头3的F数；通过前后、左右平移激光干涉仪1，使得测试干涉条纹尽可能少并且平整、竖直，干涉条纹测试结果可在计算机7显示器中显示，并可通过激光干涉仪1配置的测量软件测量出待测小视场镜头3的PV值及RMS值。

Claims (8)

1.一种可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统，其特征在于：所述可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统包括激光干涉仪、五棱镜、自准直经纬仪、平面反射镜以及与待测小视场镜头共光轴的光轴指向工装；所述激光干涉仪、五棱镜、光轴指向工装以及平面反射镜依次设置于同一光路上；所述五棱镜设置于自准经纬仪的出射光路上。

2.根据权利要求1所述的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统，其特征在于：所述可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统还包括与激光干涉仪连接的计算机。

3.根据权利要求1或2所述的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的系统，其特征在于：所述自准直经纬仪的自准精度为0.5”。

4.一种基于权利要求1或2或3所述的系统的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)调整自准直经纬仪并实现与平面反射镜的自准直；

2)在没有待测小视场镜头的情况下，调整激光干涉仪，实现激光干涉仪出射光束光轴与平面反射镜的法线平行；

4)在有待测小视场镜头的情况下，调整待测镜头的空间位置，实现光轴指向工装在自准经纬仪的自准。

5.根据权利要求4所述的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的方法，其特征在于：所述方法在步骤2)和步骤4)直接还包括：

3)复检平面反射镜与自准直经纬仪的自准。

6.根据权利要求4或5所述的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：

通过自准经纬仪观察其发出的光束经五棱镜转折并经平面反射镜反射后的自准像，调节平面反射镜使平面反射镜的自准像与经纬仪十字线重合。

7.根据权利要求6所述的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：

在没有待测小视场镜头的情况下，打开激光干涉仪，不加标准镜头，激光干涉仪出射平行光，并移去五棱镜，调节激光干涉仪使其发出的激光光束与其经平面反射镜反射的光束重合。

8.根据权利要求7所述的可解决小视场镜头波像差检测中光轴偏斜问题的方法，其特征在于：所述步骤4)的具体实现方式是：

4.1)将待测小视场镜头固定在光轴指向工装上；

4.2)将光轴指向工装放置在五棱镜与平面反射镜之间；

4.3)调整待测小视场镜头使光轴指向工装的反射平面在经纬仪中自准。

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