CN105116515A - 离轴三反射镜变焦距光学系统的装调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及军用探测、识别离轴非球面反射变焦距光学成像系统装调方法，属于光学仪器技术领域。该离轴反射变焦距光学系统依次包括主镜(凸双曲面)、次镜(凹双曲面)、三镜(扁椭球面)。针对变焦系统装调方法的步骤如下：1)对主镜、次镜和三镜进行初调，2)对系统进行精调，3)对系统变焦后进行补偿精调。通过该装调方法能保证离轴三反射镜变焦距光学系统在变焦后成像质量达到最佳。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及军用探测、识别离轴非球面反射变焦距光学成像系统装调方法。
背景技术
以光电阵列探测器作为成像接收器的离轴全反射变焦距光学系统具有宽谱段、大视场、高分辨率成像的特点，在航空航天的空间侦察、空间观测中，能获得位于无穷远目标的高清晰度照片，可广泛应用于现代工业或机载遥感等领域，因此备受工业及军事等部门的青睐。在掌握此类离轴反射光学系统设计与加工检测技术同时，探索并掌握此类变焦光学系统装调方法，是当务之急。目前对于离轴三反射镜光学系统的装配调试方法普遍采用方法是自准直干涉法和空间定位法，但由于变焦系统具有多重结构，系统在变焦过程中，反射镜需要运动，这对反射变焦系统装调带来了很大的麻烦。
发明内容
为了克服变焦系统在变焦过程中，由于反射镜需要运动，运动之后反射镜可能会发生倾斜或者偏心导致最终成像不清晰的问题，本发明提出关于离轴三反射镜变焦系统的初装调及其变焦过程中补偿的方法，最后根据自准直干涉法结合计算机辅助优化算法得出满足最后系统精装调的结果。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：离轴三反射镜变焦距光学系统的装调方法包括如下步骤：
(1)初装调
离轴三反射镜变焦距光学系统光路如图1所示，包括主镜(凸双曲面)、离轴次镜(凹双曲面)、三镜(扁椭球面)和像面。次镜作为主动变焦运动，三镜为补偿运动。其中主镜和三镜为同轴，次镜离轴。根据该系统的特点，整个离轴三反射镜变焦距系统机械平台如图2所示，首先利用自准直仪和主镜三维调整机构调整主镜，保证主镜轴中心与机械平台平行并垂直固定在机械平台上。其次利用自准直干涉法，以主镜为基准对次镜进行装调，通过对干涉图进行优化计算得出次镜失调量，利用次镜六维调整机构将次镜相对机械平台调整好。利用自准直仪将三镜相对机械平台调整好。
(2)精装调
利用自准直干涉法对系统进行精装调，如图3所示，在离轴三反射镜光学系统焦点的球面干涉仪发出球面光波，经过离轴三反射镜光学系统后变成平面波，出射光束由一块标准平面镜反射后，按原路返回形成被测波面，此波面再次通过光学系统后与干涉仪内部的标准参考球面波发生干涉，得到干涉条纹从而通过计算机辅助装调优化处理得到系统失调量。然而系统在变焦过程中，利用次镜主动变焦，三镜补偿的特点，通过得到干涉条纹来计算得出三镜的主动补偿次镜失调量，从而达到系统的精装调的结果。
附图说明
图1为离轴三反射镜变焦距光学系统的光路示意图；
图2为本发明提供的离轴三反射镜变焦距光学系统机械平台的示意图
图3为自准干涉法装调离轴三反射镜变焦距光学系统的示意图。
图中，1-主镜、2-次镜、2′-次镜、3-三镜、3′-三镜、4-像面、5-次镜电动位移台、6-三镜电动位移台、7-标准平面反射镜、8-平面反射镜、9-球面干涉仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明的离轴三反射镜变焦距光学系统的装调方法包括初调和精调两个步骤。如图3所示，初装调的步骤为：在精密机械平台下，首先机械精度决定了主镜z轴上的精度，运用自准直仪对主镜检测，通过调整主镜三维调整结构来确保主镜中心轴与机械平台轴平行并垂直机械平台；其次由于次镜是离轴反射镜，以主镜为基准，主镜和次镜作为一个子系统，利用自准直干涉法，通过干涉图与次镜的像散和慧差的关系，通过计算机辅助优化算法计算得出次镜的偏心和倾斜的量，最后通过调整次镜六维调整结构来调整好次镜；三镜和主镜同轴，故以主镜一样利用自准直仪来将三镜相对机械平台调整好。
精调在初调的基础上，如图2所示，在离轴三反射镜光学系统焦点的球面干涉仪发出球面光波，经过离轴三反射镜光学系统后变成平面波，出射光束由一块标准平面镜反射后，按原路返回形成被测波面，此波面再次通过光学系统后与干涉仪内部的标准参考球面波发生干涉，得到干涉条纹，利用干涉条纹与系统的像散和慧差的关系，计算得出在初调完成后的失调量，最后分别精调整好次镜和三镜。系统在变焦过程中，由于次镜主动变焦，反射镜在运动过程中往往会偏离设计的位置，运用自准直干涉法测得各个视场干涉图，然后对干涉图进行分析，根据干涉图与像散和慧差的关系，通过计算机辅助优化算法反推出三镜的补偿量，通过三镜三维调整机构来调整三镜，最后重复计算三镜补偿量然后继续调整，直到达到最佳像质为止，这样确保系统在变焦之后达到精确装调的结果。
Claims (2)
1.离轴三反射镜变焦距光学系统的装调方法，其特征在于包括以下两个步骤：
（1）初装调：在精密机械平台下，首先机械精度决定了主镜z轴上的精度，运用自准直仪对主镜检测，通过调整主镜三维调整结构来确保主镜中心轴与机械平台轴平行并垂直机械平台；其次由于次镜是离轴反射镜，以主镜为基准，主镜和次镜作为一个子系统，利用自准直干涉法，通过干涉图与次镜的像散和慧差的关系，通过计算机辅助优化算法计算得出次镜的偏心和倾斜的量，最后通过调整次镜六维调整结构来调整好次镜；三镜和主镜同轴，故以主镜一样利用自准直仪来将三镜相对机械平台调整好；
（2）精装调：在离轴三反射镜光学系统焦点的球面干涉仪发出球面光波，经过离轴三反射镜光学系统后变成平面波，出射光束由一块标准平面镜反射后，按原路返回形成被测波面，此波面再次通过光学系统后与干涉仪内部的标准参考球面波发生干涉，得到干涉条纹，利用干涉条纹与系统的像散和慧差的关系，计算得出在初调完成后的失调量，最后分别精调整好次镜和三镜。系统在变焦过程中，由于次镜主动变焦，反射镜在运动过程中往往会偏离设计的位置，运用自准直干涉法测得各个视场干涉图，然后对干涉图进行分析，根据干涉图与像散和慧差的关系，通过计算机辅助优化算法反推出三镜的补偿量，通过三镜三维调整机构来调整三镜，最后重复计算三镜补偿量然后继续调整，直到达到最佳像质为止，这样确保系统在变焦之后达到精确装调的结果。
2.根据权利要求1所述的离轴三反射镜变焦距光学系统的装调方法，其特征在于利用装调工具调整三个反射位置，系统在变焦后，通过自准直干涉法与计算机辅助算法结合计算三镜补偿次镜失调量，几次重复计算后直到成像质量达到最佳为止。
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