CN104181670A - 实现离轴光学系统共光轴的调整系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于实现离轴光学系统共光轴的调整方法及系统。该实现离轴光学系统共光轴的调整系统包括干涉仪、补偿器光学系统、十字分划板组件以及平面反射镜；十字分划板组件套装在补偿器光学系统端部；干涉仪、十字分划板组件、补偿器光学系统以及平面反射镜依次设置在同一光路上。本发明提供了一种使得离轴反射镜光轴可视化以及方便整个离轴光学系统的共光轴调整的实现离轴光学系统共光轴的调整系统及方法。

Description

实现离轴光学系统共光轴的调整系统及方法

技术领域

本发明属于光学精密装调技术领域，涉及一种用于实现离轴光学系统共光轴的调整方法及系统。

背景技术

光学系统多样化的发展，从传统同轴光学系统发展到离轴光学系统，再到现在的偏轴光学系统。光学系统形式的日益复杂，使得装调难度增大，对于离轴光学系统，由于离轴光学元件不具有光轴中心部分，因此利用传统旋转定中心轴的方法无法实现离轴光学系统共光轴的调整，从而无法保证系统的最终成像质量。此外，由于离轴光学系统光学元件数量较多，利用计算机辅助装调的方法对系统进行辅助调整时调整变量太多，使得调整有效性降低，不能实现偏轴光学中各偏轴球面反射镜的有效定位。

发明内容

为了解决现有技术中实现离轴光学系统共光轴调整精度低、过程复杂这一技术问题，本发明提供了一种使得离轴反射镜光轴可视化以及方便整个离轴光学系统的共光轴调整的实现离轴光学系统共光轴的调整系统及方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特殊之处在于：所述实现离轴光学系统共光轴的调整系统包括干涉仪、补偿器光学系统、十字分划板组件以及平面反射镜；所述十字分划板组件套装在补偿器光学系统端部；所述干涉仪、十字分划板组件、补偿器光学系统以及平面反射镜依次设置在同一光路上。

上述十字分划板组件包括十字分划板工装以及设置在十字分划板工装内部的十字分划板；所述十字分划板工装套装在补偿器光学系统端部。

上述十字分划板工装是经过光学定心加工的十字分划板工装。

上述十字分划板的光轴与十字分划板工装内圆所在的机械轴同轴；所述十字分划板工装内圆套装在补偿器光学系统外圆端部；所述十字分划板工装内圆尺寸与补偿器光学系统外圆尺寸紧配合。

上述补偿器光学系统包括补偿器光学系统镜框以及设置在补偿器光学系统内部的一片或多片光学补偿元件；所述十字分划板工装套装在补偿器光学系统镜框的端部。

上述补偿器光学系统经过光学定心加工的补偿器光学系统。

上述光学定心加工的精度为μm数量级。

一种基于如上所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统的调整方法，其特殊之处在于：所述调整方法包括以下步骤：

1)通过干涉自准检验法检验离轴光学系统中任一离轴反射镜面形并进行离轴反射镜光轴定位；

2)根据步骤1)所得到的离轴光学系统中任一离轴反射镜光轴定位对离轴光学系统中其他离轴反射镜进行共光轴调整。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)调整干涉仪并使干涉仪的光轴与补偿器光学系统的光轴重合；

1.2)对离轴光学系统中任一离轴反射镜进行初步定位；

1.3)采集干涉图形，根据干涉数据处理得到的Zernike系数对步骤1.2)中的离轴反射镜的位置进行精装调，使干涉仪的光轴、补偿器光学系统的光轴以及离轴反射镜的光轴重合；

1.4)将十字分化板工装套装在补偿器光学系统镜框外圆，十字分划板工装光轴代表了离轴反射镜的光轴。

上述步骤1.1)的具体实现方式是：

调整补偿器光学系统的位置，使补偿器光学系统的焦点与干涉仪焦点重合，补偿器光学系统输出平行光，平行光经过平面反射镜反射后原路返回，与入射光形成干涉，当补偿器光学系统的面形误差最小时，干涉仪的光轴与补偿器光学系统的光轴重合；

所述步骤1.2)的具体实现方式是：

将离轴光学系统中任一离轴反射镜置于干涉仪与补偿器光学系统所在的光路中，根据干涉仪、补偿器以及离轴反射镜的位置对离轴反射镜进行初步定位；

所述步骤1.3)中干涉仪的光轴、补偿器光学系统的光轴以及离轴反射镜的光轴重合的条件是离轴反射镜面形误差最小。

本发明的优点是：

本发明提供了一种实现离轴光学系统共光轴的调整系统及方法，该系统及方法是基于干涉自准测量原理，利用补偿法检验离轴反射镜面形，当离轴反射镜光轴与补偿器光轴重合时，离轴反射镜面形误差最低，此时补偿器的光轴代表了离轴反射镜的光轴，通过设计保证补偿器光学系统经过定心加工，其外圆机械旋转轴与补偿器光轴重合，通过设计与外圆配合的十字分划板工装，该工装的光轴与外圆机械旋转轴重合，从而保证该十字分划板工装的光轴可以代替离轴反射镜的光轴，从而使得离轴反射镜光轴可视化，方便整个离轴光学系统的共光轴调整。

附图说明

图1是曲率半径中心定位辅助工装的总体结构示意图；

图2是本发明所采用的十字分划板工装的结构示意图；

图3是本发明所采用的十字分划板的结构示意图；

图4是图3的侧视结构示意图；

图5是本发明所采用的补偿器定位调整示意图；

其中：

1-干涉仪；2-补偿器光学系统；3-十字分划板工装；4-离轴反射镜；5-平面反射镜。

具体实施方式

本发明提供了一种实现离轴光学系统共光轴的调整系统，该实现离轴光学系统共光轴的调整系统包括干涉仪1、补偿器光学系统2、十字分划板组件以及平面反射镜5；十字分划板组件套装在补偿器光学系统2端部；干涉仪1、十字分划板组件、补偿器光学系统2以及平面反射镜5依次设置在同一光路上。

为了精确地标定补偿器的光轴指向，设计了十字分划板工装3。十字分划板工装3是一个经过光学定心加工的十字分划板组件，其结构示意图参见图2所示，十字分划板如图3以及图4所示。在图2中，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十字分划板的光轴与其镜框内圆机械轴同轴，且镜框内圆周尺寸与补偿器镜框的外圆周尺寸紧配合。另外，为了保证补偿器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补偿器的光轴位置，然后用车削工具精加工镜框外圆，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，十字分划板工装3的光轴可以用来代替补偿器的光轴，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，可以精确地标定补偿器的光轴指向。

十字分划板组件包括十字分划板工装3以及设置在十字分划板工装3内部的十字分划板；十字分划板工装3套装在补偿器光学系统2端部。

补偿器光学系统2包括补偿器光学系统镜框以及设置在补偿器光学系统2内部的一片或多片光学补偿元件；十字分划板工装3套装在补偿器光学系统镜框的端部。

一种基于如上的实现离轴光学系统共光轴的调整系统的调整方法，该调整方法包括以下步骤：

1)通过干涉自准检验法检验离轴光学系统中任一离轴反射镜4面形并进行离轴反射镜4光轴定位：

1.1)调整干涉仪1并使干涉仪1的光轴与补偿器光学系统2的光轴重合；采用的调整系统如图5所示。

调整补偿器光学系统2的位置，使补偿器光学系统2的焦点与干涉仪1焦点重合，补偿器光学系统2输出平行光，平行光经过平面反射镜5反射后原路返回，与入射光形成干涉，当补偿器光学系统2的面形误差最小时，干涉仪1的光轴与补偿器光学系统2的光轴重合；

1.2)对离轴光学系统中任一离轴反射镜4进行初步定位；

将离轴光学系统中任一离轴反射镜4置于干涉仪1与补偿器光学系统2所在的光路中，参见图1，根据干涉仪1、补偿器以及离轴反射镜4的位置对离轴反射镜4进行初步定位；补偿器放置在平移导轨上，其前后平移对补偿器光轴位置的变化影响不大。

1.3)采集干涉图形，根据干涉数据处理得到的Zernike系数对步骤1.2)中的离轴反射镜4的位置进行精装调，使干涉仪1的光轴、补偿器光学系统2的光轴以及离轴反射镜4的光轴重合；光轴重合的条件是离轴反射镜4面形误差最小。

1.4)将十字分化板工装套装在补偿器光学系统镜框外圆，十字分划板工装3光轴代表了离轴反射镜4的光轴。

2)进行离轴光学系统其他离轴反射镜4光轴定位的原理同上，根据步骤1)所得到的离轴光学系统中任一离轴反射镜4光轴定位对离轴光学系统中其他离轴反射镜4进行共光轴调整。通过以上方法找到了各离轴反射镜4的可见光轴，从而可以实现离轴反射光学系统的共光轴调整。

Claims (10)

1.一种实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特征在于：所述实现离轴光学系统共光轴的调整系统包括干涉仪、补偿器光学系统、十字分划板组件以及平面反射镜；所述十字分划板组件套装在补偿器光学系统端部；所述干涉仪、十字分划板组件、补偿器光学系统以及平面反射镜依次设置在同一光路上。

2.根据权利要求1所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特征在于：所述十字分划板组件包括十字分划板工装以及设置在十字分划板工装内部的十字分划板；所述十字分划板工装套装在补偿器光学系统端部。

3.根据权利要求2所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特征在于：所述十字分划板工装是经过光学定心加工的十字分划板工装。

4.根据权利要求3所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特征在于：所述十字分划板的光轴与十字分划板工装内圆所在的机械轴同轴；所述十字分划板工装内圆套装在补偿器光学系统外圆端部；所述十字分划板工装内圆尺寸与补偿器光学系统外圆尺寸紧配合。

5.根据权利要求2或3或4所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特征在于：所述补偿器光学系统包括补偿器光学系统镜框以及设置在补偿器光学系统内部的一片或多片光学补偿元件；所述十字分划板工装套装在补偿器光学系统镜框的端部。

6.根据权利要求5所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特征在于：所述补偿器光学系统经过光学定心加工的补偿器光学系统。

7.根据权利要求6所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统，其特征在于：所述光学定心加工的精度为μm数量级。

8.一种基于如权利要求7所述的实现离轴光学系统共光轴的调整系统的调整方法，其特征在于：所述调整方法包括以下步骤：

1)通过干涉自准检验法检验离轴光学系统中任一离轴反射镜面形并进行离轴反射镜光轴定位；

2)根据步骤1)所得到的离轴光学系统中任一离轴反射镜光轴定位对离轴光学系统中其他离轴反射镜进行共光轴调整。

9.根据权利要求8所述的调整方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)调整干涉仪并使干涉仪的光轴与补偿器光学系统的光轴重合；

1.2)对离轴光学系统中任一离轴反射镜进行初步定位；

1.3)采集干涉图形，根据干涉数据处理得到的Zernike系数对步骤1.2)中的离轴反射镜的位置进行精装调，使干涉仪的光轴、补偿器光学系统的光轴以及离轴反射镜的光轴重合；

1.4)将十字分化板工装套装在补偿器光学系统镜框外圆，十字分划板工装光轴代表了离轴反射镜的光轴。

10.根据权利要求9所述的调整方法，其特征在于：

所述步骤1.1)的具体实现方式是：

调整补偿器光学系统的位置，使补偿器光学系统的焦点与干涉仪焦点重合，补偿器光学系统输出平行光，平行光经过平面反射镜反射后原路返回，与入射光形成干涉，当补偿器光学系统的面形误差最小时，干涉仪的光轴与补偿器光学系统的光轴重合；

所述步骤1.2)的具体实现方式是：

将离轴光学系统中任一离轴反射镜置于干涉仪与补偿器光学系统所在的光路中，根据干涉仪、补偿器以及离轴反射镜的位置对离轴反射镜进行初步定位；

所述步骤1.3)中干涉仪的光轴、补偿器光学系统的光轴以及离轴反射镜的光轴重合的条件是离轴反射镜面形误差最小。