CN102608728A - 一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置及方法，包含：固定金属反射镜和安装磁力面形校正部件用的安装基板，局部面形校正对阵列：包含多对局部面形校正对，局部面形校正对：包含永磁体和磁力面形校正部件，永磁体固定于金属反射镜背面，磁力面形校正部件固定于安装基板上，磁力面形校正部件分为静态磁力面形校正部件和动态磁力面形校正部件两种，静态磁力面形校正部件通过调整永磁体柱的磁极方向及调整局部面形校正对的间隙来进行静态的面形校正；动态磁力面形校正部件通过控制驱动线圈中的电流大小及方向进行动态面形校正；本发明的一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置及方法能够对加工好的金属反射镜面形进行校正，还可以动态、快速校正快速的环境因素带来的像质衰退。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置及方法，用于光学零件的校正。
背景技术
光学零件是组成光学系统的重要零件。光学零件有很多种，比如透镜、棱镜等往往都是通过研磨而成的，它们的材质往往都是各种光学玻璃，面形往往是球面，是组成折射光学系统的重要零件；还有一种是在金属材料上用高速车削的方法加工而成的反射面构成的反射光学零件，这种反射面可以是常规的球面，也可以是复杂的高次非球面，这是通常的研磨所做不到的。研磨透镜的周期较长，某些光学系统必需用到复杂的面形所以要用高速切削的方法加工金属反射镜，切削的方法可以短时间内成形，但是反射镜面形会受到许多因素的影响而出现不稳定性，即使同一批次加工出来的反射镜面也会有较大的离散性，加工后的反射镜进行镀膜，镀膜会对面形带来一些不可控的影响，再者反射面本来对光学系统的影响就大，这给光学系统的集成带来困难，通常的做法是从一批中挑选面形较好的反射镜来装配，或系统中的不同零件之间进行配对以达到互相补偿的作用，但是这种补偿的组合是很有限的，效果也有限，而且挑选较好的零件进行集成势必造成浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置及方法，能够对加工好的金属反射镜面形进行有效的校正。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置，包括：局部校正对阵列9和安装基板2；所述局部校正对阵列9包含有多个局部面形校正对8，所述每个局部面形校正对8包括永磁体4和磁力面形校正部件3，所述永磁体4和磁力面形校正部件3的中心线在一条直线上且两者之间有间隙d；所述永磁体4安装在金属反射镜1背面的安装孔13内，磁力面形校正部件3安装在安装基板2的安装螺纹孔21上；所述磁力面形校正部件3分为静态磁力面形校正部件3A和动态磁力面形校正部件3B，动态磁力面形校正部件3B或静态磁力面形校正部件3A通过螺纹固定于安装基板2的螺纹安装孔21内，当对金属反射镜1进行静态面形校正时，采用静态磁力面形校正部件3A；当对金属反射镜1进行动态面形校正时，采用动态磁力面形校正部件3B；所述安装基板2加工有安装螺纹孔21，为金属反射镜1和磁力面形校正部件3提供必要的支撑和约束；
所述静态磁力面形校正部件3A由螺纹套筒33、固定螺母32、压板31和永磁体柱34构成；螺纹套筒33的内壁和外壁加工成螺纹，外部螺纹与安装基板1的安装螺纹孔21配合用于调整局部面形校正对8的间隙d和固定静态磁力面形校正部件3A用；固定螺母32与螺纹套筒33的外部螺纹配合用来锁紧静态磁力面形校正部件3A到安装基板2上面；永磁体柱34安装在螺纹套筒33内，压板31与螺纹套筒33的内部螺纹配合压紧永磁体柱34；
所述动态磁力面形校正部件3B由螺纹套筒33、固定螺母32、压板31、驱动线圈37、铁芯36和正负引线38、39构成；螺纹套筒33的内壁和外壁加工成螺纹，外部螺纹与安装基板1的安装螺纹孔21配合用于固定动态磁力面形校正部件3B用，固定螺母32与螺纹套筒33的外部螺纹配合用来锁紧动态磁力面形校正部件3B到安装基板2上面，驱动线圈37、铁芯36安装在螺纹套筒33内，压板31与螺纹套筒33的内部螺纹配合压紧驱动线圈37、铁芯36，铁芯36由高磁导率的材料比如坡莫合金构成，驱动线圈37中的电流通过正负引线38、39导入。
所述安装基板2的材质为磁导率小于100的材料。
所述安装螺纹孔21与金属反射镜1背面的安装孔13一致。
一种利用磁力校正金属反射镜面形的方法，包括静态面形校正方法和动态面形校正方法；
所述静态面形校正方法实现步骤如下：
(1)将多个永磁体4固定于金属反射镜1背面的安装孔13内，静态磁力面形校正部件3A通过螺纹固定于安装基板2的螺纹安装孔21内，金属反射镜1通过自身的安装座11固定到安装基板2上，金属反射镜1上安装完永磁体4、安装基板2装配完静态磁力校正部件3A后，金属反射镜1和安装基板2装配为一个整体，形成带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件0；
(2)然后将带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件0通过安装基板2上固定孔20整体安装在调节机构5上，调整调节机5使金属反射镜1通过辅助光路7的作用在干涉仪中形成干涉图，根据干涉图判断局部面形的高低，决定是否改变静态磁力面形校正部件3A中的永磁体柱34的磁极方向，如果需要改变永磁体柱34的磁极方向，并不需要将静态磁力面形校正部件3A从安装基板2上取下，只需要把静态磁力面形校正部件3A中的压板31从固定螺纹套筒33中旋出，取出调整永磁体柱34，将永磁体柱34反向放入固定螺纹套筒33中重新旋紧压板31即可；
(3)最后对照干涉图调整局部面形校正对8中的永磁体4和磁力面形校正部件3两者之间的间隙d，直到局部面形满足要求即可，同样的方法调整所有的局部面形校正对8，直到金属反射镜1的镜面12的整体面形满足要求，调整好间隙d后旋紧固定螺母32，采用同样的方法调整其它局部面形校正对8，直到整个局部面形校正对阵列9全部发生作用；
所述动态面形校正方法：
(1)将上述静态磁力面形校正部件3A替换为动态磁力面形校正部件3B，动态磁力面形校正部件3B通过螺纹固定于安装基板2的螺纹安装孔21内，金属反射镜1通过自身的安装座11固定到安装基板2上；金属反射镜1上安装完永磁体4、安装基板2装配完静态磁力校正部件3A后，金属反射镜1和安装基板2装配为一个整体，形成带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件0；
(2)通过改变在驱动线圈37中电流的大小及方向从而改变动态磁力面形校正部件3B中的磁场来改变局部面形校正对8的动态磁力面形校正部件3B和永磁体4之间的相互作用力来改变金属反射镜1的局部面形，多对局部面形校正对8构成阵列，同时驱动多对局部面形校正对8构成的局部面形校正对阵列9用来快速校正快速的环境变化比如大气湍流带来的光波场变化。
所述的一种利用磁力校正金属反射镜面形的方法，其特征在于：所述调整间隙d的调整方法是：旋转螺纹套筒33，使得磁力面形校正部件3相对安装基板1的安装螺纹孔21发生位移。
本发明的原理：本发明提出的一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置，金属反射镜镜面的背面分散安装永磁体，永磁体的磁极相同，数量视反射镜的口径大小而定，金属反射镜的安装基座上安装磁力面形校正部件，磁力面形校正部件与永磁体配对使用形成局部面形校正对，多对局部面形校正对构成局部面形校正阵列，磁力面形校正部件采用静态和动态两种形式。静态磁力面形校正部件的磁极方向视反射镜面形的局部高低而定使得静态磁力面形校正部件与永磁体之间形成拉力或推力，从而校正局部面面形，力的大小靠调节永磁体与永磁体棒之间的空气间隙来完成，永磁体与永磁体棒之间的空气间隙的调节靠旋转永磁体棒后端的螺纹套来实现，调整好间隙后旋紧箍紧固定螺母。面形校正时，所要校正的金属反射镜通过辅助光路在干涉仪上产生干涉条纹，并由干涉仪测出面形起伏，根据干涉仪所提供的面形图，调节永磁体与静态磁力面形校正部件之间的间隙及磁力面形校正部件的磁极方向以达到校正金属反射镜面形的目的。
将上述静态磁力面形校正部件替换为动态磁力面形校正部件，就可实现实时的动态面形校正，动态磁力面形校正部件与永磁体配对使用形成局部面形校正对不靠调整部面形校正对的间隙来实现的，而是通过改变在驱动线圈中电流的大小及方向从而改变动态磁力面形校正部件中的磁场来实现，多对局部面形校正对构成阵列，同时驱动多对局部面形校正对构成的阵列可以用来快速校正快速的环境变化比如大气湍流带来的光波场变化。静态面形校正的依据是干涉图；动态面形校正依据来自光波前探测器，动态磁力面形校正部件作为执行机构。
本发明与现有技术相比所具有的优点在于：本发明可以降低金属反射镜面形切削加工时的要求，从而节省加工时间及人力成本；能够减小甚至消除镀膜对金属反射镜面形造成的不可控的影响；能够在光学系统中校正来此其它光学零件比如透镜等的面形误差从而提高整个光学系统的成像质量；避免挑选好的零件来装配造成的浪费。利用磁力进行非接触式的面形校正，不会对反射镜本身造成损伤，还可以利用动态磁力面形校正部件进行金属反射镜面形的动态、快速校正，用来校正快速的环境因素带来的像质衰退。
附图说明
图1为本发明中磁力面形校正装置透视图；
图2为图1的上视分解图；
图3为图1的下视分解图；
图4为本发明中金属反射镜底部视图；
图5为本发明中安装基板部分视图；
图6为本发明中静态磁力面形校正部件结构示意图；
图7为本发明中动态磁力面形校正部件结构示意图；
图8为本发明中局部面形校正对；
图9为本发明中局部面形校正对阵列；
图10为本发明中磁力面形校正光学布置框图。
具体实施方式
图1～图3对本发明的结构构成做了整体描述，图4～图9对分部件做了详细描述，图10为磁力面形校正光学布置框图。1是金属反射镜，12是金属反射镜1的镜面可以是平面、抛物面甚至是高次非球面，2是安装基板，4是永磁体，3是校正金属反射镜1镜面12的面形用的磁力面形校正部件，磁力面形校正部件3和永磁体构成局部面形校正对8，多对局部面形校正对8构成多对局部面形校正阵列9。磁力面形校正部件3分为两种：静态磁力面形校正部件3A和动态磁力面形校正部件3B。下面主要以静态磁力面形校正部件3A进行描述。多个永磁体4固定于金属反射镜背面的安装槽13内，静态磁力面形校正部件3A通过螺纹固定于安装基板2的螺纹安装孔21内，金属反射镜1通过自身的安装座11固定到安装基板2上。金属反射镜1上安装完永磁体4、安装基板2装配完磁校正部件后，金属反射镜1和安装基板2装配为一个整体，如同图1所示的带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件0，永磁体4和磁力面形校正部件3构成对局部面形校正对8，通过调整调整永磁体4和静态磁力面形校正部件3A之间的间隙d，达到校正局部面形的目的，多对局部面形的校正对8构成局部面形校正对阵列9的产生组合效应达到校正金属反射镜1的镜面12的整体面形的目的。然后将带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件0通过安装基板2上固定孔20整体安装在调节机构5上，调整调节机5使得金属反射镜1通过辅助光路7的作用在干涉仪中形成干涉图，根据干涉图判断局部面形的高低，决定是否改变静态磁力面形校正部件3A中的永磁体柱34的磁极方向，如果要改变永磁体柱34的磁极方向，并不需要将静态磁力面形校正部件3从安装基板上取下，只需要把静态磁力面形校正部件3A中的压板31从固定螺纹套筒33中旋出，取出调整永磁体柱34，将永磁体柱34反向放入固定螺纹套筒33中重新旋紧压板31即可，然后对照干涉图调整局部面形校正对8的间隙d直到局部面形满足要求即可，同样的方法调整所有的局部面形校正对8，直到金属反射镜1的镜面12的整体面形满足要求。调整局部面形校正对8的间隙d的调整方法是旋转螺纹套筒33，使得磁力面形校正部件3相对安装基板1的安装螺纹孔21发生位移，调整好间隙d后旋紧固定螺母32。同样的方法调整其它局部面形校正对8直到整个局部面形校正对阵列9全部发生作用。上述描述都是采用静态磁力面形校正部件3A进行的静态面形校正的方法。
将上述静态磁力面形校正部件3A替换为动态磁力面形校正部件3B，就可实现实时的动态面形校正。动态磁力面形校正部件3B与永磁体配对使用形成局部面形校正对8，动态面形校正不靠调整部面形校正对8的间隙d来实现，而是通过改变在驱动线圈37中电流的大小及方向从而改变动态磁力面形校正部件3B中的磁场来实现，多对局部面形校正对8构成阵列，同时驱动多对局部面形校正对8构成的局部面形校正对阵列9可以用来快速校正快速的环境变化比如大气湍流带来的光波场变化。
静态面形校正的依据是干涉图；动态面形校正依据来自光波前探测器，动态磁力面形校正部件3B作为执行机构。
本发明的一种利用磁力校正金属反射镜面形的磁力面形校正部件3。
本发明的磁力面形校正部件3分为两种：静态磁力面形校正部件3A和动态磁力面形校正部件3B。
静态磁力面形校正部件3A的构成：33为螺纹套筒，螺纹套筒33的内壁和外壁加工成螺纹，外部螺纹与安装基板1的安装螺纹孔21配合用于调整局部面形校正对8的间隙d和固定静态磁力面形校正部件3A用，固定螺母32与螺纹套筒33的外部螺纹配合用来锁紧静态磁力面形校正部件3A到安装基板2上面。34为永磁体柱，永磁体柱34安装在螺纹套筒33内，压板31与螺纹套筒33的内部螺纹配合压紧永磁体柱34，永磁体柱34的安装方向视需要而定。
动态磁力面形校正部件3B的构成：压板31、固定螺母32、33为螺纹套筒作用与静态磁力面形校正部件3A的相同。37是驱动线圈，38、39是分别是驱动线圈37的正负引线。36是铁芯，铁芯36由高磁导率的材料比如坡莫合金构成，铁芯36不用像永磁体柱34那样需要视需要改变磁极的安置方向，金属反射镜1面形12的局部高低改变不是靠调整部面形校正对8的间隙d来实现的，而是通过改变在驱动线圈37中电流的大小及方向从而改变动态磁力面形校正部件3B中的磁场来实现的，驱动线圈37中的电流通过正负引线38、39导入。
动态磁力面形校正部件3B与永磁体4构成局部面形校正对8，多对局部面形校正对8构成阵列，同时驱动多对局部面形校正对8构成的阵列可以用来快速校正快速的环境变化比如大气湍流带来的光波场变化。
本发明的一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置及方法的应用。
本发明涉及一种为校正金属反射镜面形的方法，可以用在切削加工后、经过镀膜等处理过的金属反射镜的面形利用动态磁力面形校正部件3B进行静态磁力校正，从而可以降低金属反射镜面形切削加工时的要求；可以减小甚至消除镀膜对金属反射镜面形造成的不可控的影响；可以在光学系统中校正来自其它光学零件比如透镜等的面形误差从而提高整个光学系统的成像质量；避免挑选好的零件来装配造成的浪费。还可以采用动态磁力面形校正部件3B，进行动态面形校正，用来校正来自光学系统之外的因素引起的像质的衰退，比如大气湍流引起的载有目标的光波场的紊乱。
带有静态磁力面形校正部件3A的金属反射镜组件0作为经过了磁力面形校正的组件可以直接用在光学系统中，也可以针对整个光学系统的要求进行进一步的校正来校正光学系统中来自其它光学零件比如透镜金属的面形误差。本发明通过调节不同对数的局部面形校正对8的间隙d可以获得不同的静态面形校正效果，一个具体的例子，利用两对局部面形校正对8获得校正效果：加工完铝合金材质的平面反射镜并且镀膜后，反射镜镜面的整体面形为PV值1.7λ(λ＝632.8nm)，利用本发明的一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置及方法校正后，PV值达到0.8λ。
Claims (5)
1.一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置，其特征在于包括：局部校正对阵列(9)和安装基板(2)；所述局部校正对阵列(9)包含有多个局部面形校正对(8)，所述每个局部面形校正对(8)包括永磁体(4)和磁力面形校正部件(3)，所述永磁体(4)和磁力面形校正部件(3)的中心线在一条直线上且两者之间有间隙d；所述永磁体(4)安装在金属反射镜(1)背面的安装孔(13)内，磁力面形校正部件(3)安装在安装基板(2)的安装螺纹孔(21)上；所述磁力面形校正部件(3)分为静态磁力面形校正部件(3A)和动态磁力面形校正部件(3B)，动态磁力面形校正部件(3B)或静态磁力面形校正部件(3A)通过螺纹固定于安装基板(2)的螺纹安装孔(21)内，当对金属反射镜(1)进行静态面形校正时，采用静态磁力面形校正部件(3A)；当对金属反射镜(1)进行动态面形校正时，采用动态磁力面形校正部件(3B)；所述安装基板(2)加工有安装螺纹孔(21)，为金属反射镜(1)和磁力面形校正部件(3)提供必要的支撑和约束；
所述静态磁力面形校正部件(3A)由螺纹套筒(33)、固定螺母(32)、压板(31)和永磁体柱(34)构成；螺纹套筒(33)的内壁和外壁加工成螺纹，外部螺纹与安装基板(1)的安装螺纹孔(21)配合用于调整局部面形校正对(8)的间隙d和固定静态磁力面形校正部件(3A)用；固定螺母(32)与螺纹套筒(33)的外部螺纹配合用来锁紧静态磁力面形校正部件(3A)到安装基板(2)上面；永磁体柱(34)安装在螺纹套筒(33)内，压板(31)与螺纹套筒(33)的内部螺纹配合压紧永磁体柱(34)；
所述动态磁力面形校正部件(3B)由螺纹套筒(33)、固定螺母(32)、压板(31)、驱动线圈(37)、铁芯(36)和正负引线(38、39)构成；螺纹套筒(33)的内壁和外壁加工成螺纹，外部螺纹与安装基板(1)的安装螺纹孔(21)配合用于固定动态磁力面形校正部件(3B)用，固定螺母(32)与螺纹套筒(33)的外部螺纹配合用来锁紧动态磁力面形校正部件(3B)到安装基板(2)上面，驱动线圈(37)、铁芯(36)安装在螺纹套筒(33)内，压板(31)与螺纹套筒(33)的内部螺纹配合压紧驱动线圈(37)、铁芯(36)，驱动线圈(37)中的电流通过正负引线(38、39)导入。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置，其特征在于：所述安装基板(2)的材质为磁导率小于100的材料。
3.根据权利要求1所述的一种利用磁力校正金属反射镜面形的装置，其特征在于：所述安装螺纹孔(21)与金属反射镜(1)背面的安装孔(13)一致。
4.一种利用磁力校正金属反射镜面形的方法，其特征在于包括静态面形校正方法和动态面形校正方法；
所述静态面形校正方法实现步骤如下：
(1)将多个永磁体(4)固定于金属反射镜(1)背面的安装孔(13)内，静态磁力面形校正部件(3A)通过螺纹固定于安装基板(2)的螺纹安装孔(21)内，金属反射镜(1)通过自身的安装座(11)固定到安装基板(2)上，金属反射镜(1)上安装完永磁体(4)、安装基板(2)装配完静态磁力校正部件(3A)后，金属反射镜(1)和安装基板(2)装配为一个整体，形成带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件(0)；
(2)然后将带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件(0)通过安装基板(2)上固定孔(20)整体安装在调节机构(5)上，调整调节机(5)使金属反射镜(1)通过辅助光路(7)的作用在干涉仪中形成干涉图，根据干涉图判断局部面形的高低，决定是否改变静态磁力面形校正部件(3A)中的永磁体柱(34)的磁极方向，如果需要改变永磁体柱(34)的磁极方向，并不需要将静态磁力面形校正部件(3A)从安装基板(2)上取下，只需要把静态磁力面形校正部件(3A)中的压板(31)从固定螺纹套筒(33)中旋出，取出调整永磁体柱(34)，将永磁体柱(34)反向放入固定螺纹套筒(33)中重新旋紧压板(31)即可；
(3)最后对照干涉图调整局部面形校正对(8)中的永磁体(4)和磁力面形校正部件(3)两者之间的间隙d，直到局部面形满足要求即可，同样的方法调整所有的局部面形校正对(8)，直到金属反射镜(1)的镜面(12)的整体面形满足要求，调整好间隙d后旋紧固定螺母(32)，采用同样的方法调整其它局部面形校正对(8)，直到整个局部面形校正对阵列(9)全部发生作用；
所述动态面形校正方法：
(1)将上述静态磁力面形校正部件(3A)替换为动态磁力面形校正部件(3B)，动态磁力面形校正部件(3B)通过螺纹固定于安装基板(2)的螺纹安装孔(21)内，金属反射镜(1)通过自身的安装座(11)固定到安装基板2上；金属反射镜(1)上安装完永磁体(4)、安装基板(2)装配完静态磁力校正部件(3A)后，金属反射镜(1)和安装基板(2)装配为一个整体，形成带有磁力面形校正部件的金属反射镜组件(0)；
(2)通过改变在驱动线圈(37)中电流的大小及方向从而改变动态磁力面形校正部件(3B)中的磁场来改变局部面形校正对(8)的动态磁力面形校正部件(3B)和永磁体(4)之间的相互作用力来改变金属反射镜(1)的局部面形，多对局部面形校正对(8)构成阵列，同时驱动多对局部面形校正对(8)构成的局部面形校正对阵列(9)用来快速校正快速的环境变化比如大气湍流带来的光波场变化。
5.根据权利要求4所述的一种利用磁力校正金属反射镜面形的方法，其特征在于：所述调整间隙d的调整方法是：旋转螺纹套筒(33)，使得磁力面形校正部件(3)相对安装基板(1)的安装螺纹孔(21)发生位移。
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