CN105157578B - 测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统及方法，该系统包括光轴标杆A、光轴标杆B、自准直经纬仪A、自准直经纬仪B、自准直经纬仪C、干涉仪、平面反射镜和小平面镜；自准直经纬仪A、光轴标杆A、光轴标杆B和自准直经纬仪B依次处于同一光轴上；自准直经纬仪B与自准直经纬仪C处于同一光轴上；待测离轴反射镜置于自准直经纬仪B与自准直经纬仪C之间；小平面镜贴附在待测离轴反射镜上；干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合；干涉仪发出的球面波经待测离轴反射镜反射后形成反射光；平面反射镜置于反射光所在光路上。本发明提供了一种可对离轴反射镜的离轴量和离轴角进行精确测量的系统及方法。

Description

测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统及方法

技术领域

本发明属于光学装配领域，涉及一种测量装置及测量方法，尤其涉及一种测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统及方法。

背景技术

离轴反射镜相比同轴反射镜来说多了两个重要指标，分别是离轴量以及离轴角，这两个指标反映了离轴反射镜相对母镜光轴的偏离量，也就是离轴反射镜相对于系统光轴的偏移量。根据离轴光学系统的结构形式特点，主镜通常口径较大，且通常采用抛物面形式。对于大口径离轴反射镜，由于其自身口径较大，如果采用母镜分离的切割方式进行加工，则母镜的口径将会更大且加工难度更大，因此对于大口径主镜加工通常采用单个零件加工的方式。单个零件加工的方式对于离轴量和离轴角的加工误差较大，会使得离轴抛物面主反射镜在系统结构中的初始定位精度较低。离轴光学系统由于自由度较多，使得计算机辅助装调过程中的变量较多，如果初始定位精度太低，使得线迭代方程不收敛，从而难以解出离轴光学系统的失调量。因此如何精确测量离轴抛物面主反射镜的离轴量以及离轴角、实现离轴抛物面主反射镜在系统中高精度的初始定位对于离轴光学系统的装配是至关重要的。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可对离轴反射镜的离轴量和离轴角进行精确测量的系统及方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统，其特征在于：所述系统包括光轴标杆A、光轴标杆B、自准直经纬仪A、自准直经纬仪B、自准直经纬仪C、干涉仪、平面反射镜以及小平面镜；所述自准直经纬仪A、光轴标杆A、光轴标杆B以及自准直经纬仪B依次处于同一光轴上；所述自准直经纬仪B与自准直经纬仪C处于同一光轴上；待测离轴反射镜置于自准直经纬仪B与自准直经纬仪C之间；所述小平面镜贴附在待测离轴反射镜上；所述干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合；所述干涉仪发出的球面波经待测离轴反射镜反射后形成反射光；所述平面反射镜置于反射光所在光路上。

上述小平面镜置于待测离轴反射镜与自准直经纬仪C之间并贴附在待测离轴反射镜上。

上述干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合并位于自准直经纬仪A、光轴标杆A、光轴标杆B以及自准直经纬仪B所在的光轴上。

上述自准直经纬仪A、自准直经纬仪B以及自准直经纬仪C的精度均优于0.5”。

一种基于如上所述的测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统的测量方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)由光轴标杆A以及光轴标杆B确定了基准光轴；

2)自准直经纬仪A以及自准直经纬仪B与基准光轴穿心，使自准直经纬仪A以及自准直经纬仪B与基准光轴重合；

3)将自准直经纬仪B旋转90度，与自准直经纬仪C对镜，自准直经纬仪C的光轴与基准光轴成90度夹角，将自准直经纬仪C旋转90度与基准光轴重合；

4)将干涉仪、平面反射镜以及待测离轴反射镜按前述的位置关系置于系统中形成无像差点面形检测光路，其中干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合，干涉仪发出的球面波经过待测离轴反射镜反射后成为平行光，经平面反射镜反射后与干涉仪的参考光发生干涉，得到待测离轴反射镜的面形数据；

5)平面反射镜的方位及俯仰通过自准直经纬仪C进行定位，调节平面反射镜，使平面反射镜与自准直经纬仪C自准直，此时平面反射镜的光轴与基准光轴平行；

6)调整无像差点面形检测光路时，将干涉仪的焦点调节在基准光轴线上，保证经待测离轴反射镜反射后的光与基准光轴平行；

7)调节待测离轴反射镜的方位及俯仰，使待测离轴反射镜的光轴与基准光轴重合；

8)通过测量待测离轴反射镜中心与基准光轴之间的距离即可得到离轴反射镜的离轴量大小；

9)调节自准直经纬仪C，使自准直经纬仪C与待测离轴反射镜后的小平面镜自准直，自准直经纬仪C转过的角度为待测离轴反射镜的离轴角大小。

本发明的优点是：本发明基于无像差点法检测离轴抛物面主反射镜的光路原理，通过设置基准光轴并进行空间基准转换，最终实现了离轴量以及离轴角的精确测量，为主反射镜在离轴光学系统中的精确初始定位提供了准确的数据。

附图说明

图1是本发明所提供的测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统的结构示意图；

图2是本发明所采用的光轴标杆的结构示意图；

其中：

1-光轴标杆A；2-光轴标杆B；3-自准直经纬仪A；4-自准直经纬仪B；5-自准直经纬仪C；6-干涉仪；7-平面反射镜；8-待测离轴反射镜；9-小平面镜。

具体实施方式

本发明提供了一种测量离轴抛物面主反射镜的系统及方法，如图1所示，该系统包括光轴标杆A1、光轴标杆B2、自准直经纬仪A3、自准直经纬仪B、自准直经纬仪C、干涉仪、平面反射镜以及小平面镜；自准直经纬仪A、光轴标杆A、光轴标杆B以及自准直经纬仪B依次处于同一光轴上；自准直经纬仪B与自准直经纬仪C处于同一光轴上；待测离轴反射镜置于自准直经纬仪B与自准直经纬仪C之间；小平面镜贴附在待测离轴反射镜上；干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合；干涉仪发出的球面波经待测离轴反射镜反射后形成反射光；平面反射镜置于反射光所在光路上。小平面镜置于待测离轴反射镜与自准直经纬仪C之间并贴附在待测离轴反射镜上。干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合并位于自准直经纬仪A、光轴标杆A、光轴标杆B以及自准直经纬仪B所在的光轴上。

可确定离轴光学系统主光轴位置的系统包括1为光轴标杆A、2为光轴标杆B，如图2所示，光轴标杆A以及光轴标杆B确定基准光轴位置；3为自准直经纬仪A、4为自准直经纬仪B、5为自准直经纬仪C，自准直经纬仪A、自准直经纬仪B以及自准直经纬仪C的自准精度均优于0.5”；6为干涉仪，用来测量反射镜的面形情况；7为平面反射镜，用于自准光路反射；8为待测离轴反射镜；9为小平面镜，贴在待测离轴反射镜的背后，作为待测离轴反射镜的背部基准。

本发明的实际测量步骤为：

光轴标杆A1顶尖、光轴标杆B2顶尖确定了一条基准光轴；

自准直经纬仪A3、自准直经纬仪B4与基准光轴穿心，从而保证自准直经纬仪A3、自准直经纬仪B4与基准光轴重合；

自准直经纬仪B4转90度，与自准直经纬仪C5对镜，此时自准直经纬仪C5的光轴与基准光轴成90度夹角，这时将自准直经纬仪C5转90度与基准光轴重合；

干涉仪6、平面反射镜7以及待测离轴反射镜8组成了离轴反射镜的无像差点面形检测光路，其中干涉仪6的焦点与待测离轴反射镜8的焦点重合，干涉仪6发出的球面波经过待测离轴反射镜8反射后成为平行光，经平面反射镜7反射后与干涉仪6的参考光发生干涉，从而得到待测离轴反射镜8的面形数据；

平面反射镜7的方位及俯仰通过自准直经纬仪C5进行定位，调节平面反射镜7使得其与自准直经纬仪C5自准直，说明此时平面反射镜7的光轴与基准光轴平行；

调整无像差点面形检测光路时，还需将干涉仪6的焦点调节在基准光轴线上，从而保证经待测离轴反射镜8反射后的光与基准光轴平行；

调节待测离轴反射镜8的方位及俯仰，使得待测离轴反射镜8在此检测光路中的面形最佳，此时待测离轴反射镜8的光轴与基准光轴重合；

通过测量待测离轴反射镜8中心与基准光轴之间的距离即可得到离轴反射镜的离轴量大小；

调节自准直经纬仪C5使得自准直经纬仪C5与待测离轴反射镜8后的小平面镜自准直，此时自准直经纬仪C5转过的角度即为待测离轴反射镜8的离轴角大小。

以上测量系统和方法基于离轴反射镜的无像差点法检测原理，可对离轴反射镜的离轴量和离轴角实现精确测量。

Claims (5)

1.一种测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统，其特征在于：所述系统包括光轴标杆A、光轴标杆B、自准直经纬仪A、自准直经纬仪B、自准直经纬仪C、干涉仪、平面反射镜以及小平面镜；所述自准直经纬仪A、光轴标杆A、光轴标杆B以及自准直经纬仪B依次处于同一光轴上；所述自准直经纬仪B与自准直经纬仪C处于同一光轴上；待测离轴反射镜置于自准直经纬仪B与自准直经纬仪C之间；所述小平面镜贴附在待测离轴反射镜上；所述干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合；所述干涉仪发出的球面波经待测离轴反射镜反射后形成反射光；所述平面反射镜置于反射光所在光路上。

2.根据权利要求1所述的测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统，其特征在于：所述小平面镜置于待测离轴反射镜与自准直经纬仪C之间并贴附在待测离轴反射镜上。

3.根据权利要求2所述的测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统，其特征在于：所述干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合并位于自准直经纬仪A、光轴标杆A、光轴标杆B以及自准直经纬仪B所在的光轴上。

4.根据权利要求1或2或3所述的测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统，其特征在于：所述自准直经纬仪A、自准直经纬仪B以及自准直经纬仪C的精度均优于0.5”。

5.一种基于如权利要求4所述的测量离轴抛物面主反射镜离轴量和离轴角的系统的测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)由光轴标杆A以及光轴标杆B确定了基准光轴；

2)自准直经纬仪A以及自准直经纬仪B与基准光轴穿心，使自准直经纬仪A以及自准直经纬仪B与基准光轴重合；

3)将自准直经纬仪B旋转90度，与自准直经纬仪C对镜，自准直经纬仪C的光轴与基准光轴成90度夹角，将自准直经纬仪C旋转90度与基准光轴重合；

4)将干涉仪、平面反射镜以及待测离轴反射镜按权利要求1所述的位置关系置于系统中形成无像差点面形检测光路，其中干涉仪的焦点与待测离轴反射镜的焦点重合，干涉仪发出的球面波经过待测离轴反射镜反射后成为平行光，经平面反射镜反射后与干涉仪的参考光发生干涉，得到待测离轴反射镜的面形数据；

5)平面反射镜的方位及俯仰通过自准直经纬仪C进行定位，调节平面反射镜，使平面反射镜与自准直经纬仪C自准直，此时平面反射镜的光轴与基准光轴平行；

6)调整无像差点面形检测光路时，将干涉仪的焦点调节在基准光轴线上，保证经待测离轴反射镜反射后的光与基准光轴平行；

7)调节待测离轴反射镜的方位及俯仰，使待测离轴反射镜的光轴与基准光轴重合；

8)通过测量待测离轴反射镜中心与基准光轴之间的距离即可得到离轴反射镜的离轴量大小；

9)调节自准直经纬仪C，使自准直经纬仪C与待测离轴反射镜后的小平面镜自准直，自准直经纬仪C转过的角度为待测离轴反射镜的离轴角大小。