CN108955537B - 一种可实现离轴反射镜高低点位置精确测量的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学检测领域，尤其涉及一种可实现离轴抛物面反射镜高低点精确标定的系统及方法。本发明解决了离轴反射镜在加工过程中以及装调过程中难以精确标定高低点位置的问题。本发明可精确标定离轴抛物面反射镜高低点位置的系统，包括平台、激光干涉仪、平面反射镜、第一经纬仪、第二经纬仪和第三经纬仪；激光干涉仪、平面反射镜、第一经纬仪、第二经纬仪和第三经纬仪均设置在平台上；第一经纬仪和第三经纬仪位于平台的两侧，第一经纬仪的光轴和第三经纬仪的光轴均与大地水平，且二者处于同一直线上；平面反射镜、第二经纬仪和待测的离轴抛物面反射镜均位于平台的中部，且均位于第一经纬仪和第二经纬仪连线的一侧。
Description
技术领域
本发明属于光学检测领域，尤其涉及一种可实现离轴抛物面反射镜高低点精确标定的系统及方法。
背景技术
随着航天、航空事业的不断发展，离轴多反射式光学系统以其传递函数高、无中心遮拦以及大视场的优点得到了广泛应用。对于离轴多反射光学系统，由于离轴反射镜中心光轴缺失，因此无法设计中心光轴的指向工装，使得系统穿心带来困难，系统同轴精度难以保证，像质较难达到设计要求。离轴反射镜的离轴参数包括离轴量和离轴角，还包括离轴反射镜在弧矢平面的高低点位置。高点为离轴反射镜弧矢平面内距离光轴最远的点，低点为离轴反射镜弧矢平面内距离光轴最近的点。主反射镜高低点位置的标定偏差直接引起系统整体装调基准的偏差，系统光路偏离理论设计光路位置，使得后续元件装调误差较大，甚至出现整个系统装调不可实现的情况。离轴光学系统的离轴反射镜面形通常为抛物面，离轴反射镜在加工过程中以及装调过程中如何实现其高低点位置的精确标定，对于整个离轴光学系统的装调是极其重要的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的离轴反射镜在加工过程中以及装调过程中难以精确标定高低点位置的问题，本发明提供了一种可精确标定离轴抛物面反射镜高低点位置的系统，该系统结构简单，运用此系统可提高离轴抛物面高低点标定精度。
本发明解决上述问题的技术方案是，一种可精确标定离轴抛物面反射镜高低点位置的系统，其特殊之处在于：包括平台、激光干涉仪、平面反射镜、第一经纬仪、第二经纬仪和第三经纬仪；激光干涉仪、平面反射镜、第一经纬仪、第二经纬仪和第三经纬仪均设置在平台上；
所述平台水平放置；
所述第一经纬仪和第三经纬仪位于平台的两侧，第一经纬仪的光轴和第三经纬仪的光轴均与大地水平，且二者处于同一直线上；
平面反射镜、第二经纬仪和待测的离轴抛物面反射镜均位于平台的中部，且均位于第一经纬仪和第二经纬仪连线的一侧，待测的离轴抛物面反射镜位于平面反射镜的右侧，第二经纬仪位于待测的离轴抛物面反射镜之后；平面反射镜的光轴与第一经纬仪的光轴平行；第二经纬仪的光轴与第一经纬仪的光轴处于同一水平面；离轴抛物面反射镜的中心到第一经纬仪的光轴的距离等于离轴抛物面反射镜离轴量，且离轴抛物面反射镜的光轴与第二经纬仪的光轴平行；
激光干涉仪位于平台的中部，且位于第一经纬仪和第二经纬仪连线的另一侧；
激光干涉仪出射的平行光入射在离轴抛物面反射镜的中心后，反射到平面反射镜上，再经平面反射镜反射后沿原路返回到激光干涉仪。进一步地，上述平台为光学隔振平台。
进一步地，上述激光干涉仪为4d动态激光干涉仪。
另外，本发明还提出一种针对上述可实现离轴抛物面反射镜高低点精确测量系统的测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)设定基准光轴
第一经纬仪与第三经纬仪分别调整至与大地水平，其视场中心高度与离轴抛物面反射镜弧矢面上高低点位置等高；调整第一经纬仪与第三经纬仪的相对位置，使得相互自准直穿心，第一经纬仪与第三经纬仪所确定的光轴即为基准光轴；
2)确定平面反射镜的姿态
调整平面反射镜的姿态，使平面反射镜的光轴与基准光轴平行；
3)确定激光干涉仪的姿态
通过细孔接收板确定激光干涉仪的焦点位置，通过第三经纬仪定位细孔接收板的中心孔位置，通过第一经纬仪定位干涉仪的焦点在基准光轴上的位置，调整激光干涉仪使其焦点位于第三经纬仪视场中心，此时激光干涉仪的焦点位于基准光轴上；
4)初步确定离轴抛物面反射镜的位置
将离轴抛物面反射镜竖直放置于平台上，其高点为远光轴点，低点为近光轴点；调整离轴抛物面反射镜的位置，使得激光干涉仪出射的平行光入射在离轴抛物面反射镜的中心，且离轴抛物面反射镜的中心到基准光轴的距离为离轴抛物面反射镜离轴量；调节离轴抛物面反射镜的方位使得其反射的激光干涉仪的平行光与激光干涉仪的出射光线重合，完成离轴抛物面反射镜位置的初步定位；
5)精确确定离轴抛物面反射镜的高低点位置
用激光干涉仪的测试窗口界面接收离轴抛物面反射镜面形的干涉条纹检测结果；通过第二经纬仪监视离轴抛物面反射镜的背部自准像；通过第二经纬仪自准确定好离轴抛物面反射镜的光轴与大地水平；通过调节离轴抛物面反射镜的方位，使离轴抛物面反射镜的焦点位于基准平面内并且在基准光轴上，通过激光水平仪在离轴抛物面反射镜弧矢面光轴线处扫出一个水平面，即可标定出离轴抛物面反射镜的高低点位置。
本发明的优点：
本发明可实现离轴反射镜高低点位置精确测量的系统具有结构简单、易实现的优点；利用本发明可实现离轴反射镜高低点位置精确测量的测量方法，可快速标定出离轴抛物面反射镜的高低点位置，且精度高，其离轴抛物面高低点精度≦0.1mm。
附图说明
图1为本发明可实现离轴反射镜高低点位置精确测量的系统整体结构图。
其中，1-平台；2-激光干涉仪；3-平面反射镜；4-第一经纬仪；5-第二经纬仪；6-第三经纬仪；7-离轴抛物面反射镜；8、基准光轴；9、离轴抛物面反射镜焦点。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，一种可实现离轴反射镜高低点位置精确测量的系统，包括平台1、激光干涉仪2、平面反射镜3、第一经纬仪4、第二经纬仪5和第三经纬仪6；激光干涉仪2、平面反射镜3、第一经纬仪4、第二经纬仪5和第三经纬仪6都设置在平台1上。
所述第一经纬仪4和第三经纬仪6位于平台1的两侧，第一经纬仪4的光轴和第三经纬仪6的光轴处于同一直线上；平面反射镜3、第二经纬仪5和待测的离轴抛物面反射镜7均位于平台1的中部，且均位于第一经纬仪4和第二经纬仪5连线的一侧，待测的离轴抛物面反射镜7位于平面反射镜的右侧，第二经纬仪5位于待测的离轴抛物面反射镜7之后；平面反射镜3的光轴与第一经纬仪4的光轴平行；第二经纬仪5的光轴与第一经纬仪4的光轴处于同一水平面；离轴抛物面反射镜7的中心到第一经纬仪4的光轴的距离等于离轴抛物面反射镜7离轴量，且离轴抛物面反射镜7的光轴与第二经纬仪5的光轴平行；激光干涉仪2位于平台1的中部，且位于第一经纬仪4和第二经纬仪5连线的另一侧；激光干涉仪2出射的平行光入射在离轴抛物面反射镜7的中心后，反射到平面反射镜3上，再经平面反射镜3反射后沿原路返回到激光干涉仪2。
所述平台1为光学隔振平台；所述激光干涉仪2为4d动态激光干涉仪。
一种上述可实现离轴反射镜高低点位置精确测量系统的测量方法，包括以下步骤：
1)设定基准光轴8
第一经纬仪4与第三经纬仪6分别调整至与大地水平，其视场中心高度与离轴抛物面反射镜7弧矢面上高低点位置等高；调整第一经纬仪4与第三经纬仪6的相对位置，使得相互自准直穿心，第一经纬仪4与第三经纬仪6所确定的光轴即为基准光轴8；
2)确定平面反射镜3的姿态
调整平面反射镜3的姿态，使平面反射镜3的光轴与基准光轴8平行；
3)确定激光干涉仪2的姿态
通过激光干涉仪2的细孔接收板确定激光干涉仪2的焦点位置，通过第三经纬仪6定位细孔接收板的中心孔位置，通过第一经纬仪4定位干涉仪的焦点在基准光轴8上的位置，调整激光干涉仪2使其焦点位于第三经纬仪6视场中心，此时激光干涉仪2的焦点位于基准光轴8上；
4)初步确定离轴抛物面反射镜7的位置
将离轴抛物面反射镜7竖直放置于平台1上，其高点为远光轴点，低点为近光轴点；调整离轴抛物面反射镜7的位置，使得激光干涉仪2出射的平行光入射在离轴抛物面反射镜7的中心，且离轴抛物面反射镜7的中心到基准光轴8的距离为离轴抛物面反射镜7离轴量；调节离轴抛物面反射镜7的方位使得其反射的激光干涉仪2的平行光与激光干涉仪2的出射光线重合(激光干涉仪2发出的激光经过离轴抛物面反射镜7打到平面反射镜3后，在原路返回，入射的光和出射的光相干射，在显示器上显示为平行的干涉条纹)，完成离轴抛物面反射镜7位置的初步定位；
5)精确确定离轴抛物面反射镜7的高低点位置
用激光干涉仪2的测试窗口界面接收离轴抛物面反射镜7面形的干涉条纹检测结果；通过第二经纬仪5监视离轴抛物面反射镜7的背部自准像；通过第二经纬仪5自准确定好离轴抛物面反射镜7的光轴与大地水平；通过调节离轴抛物面反射镜7的方位，使得离轴抛物面反射镜7面形最佳(RMS控制在1/40波长)，此时离轴抛物面反射镜焦点9位于基准平面内并且在基准光轴8上，此时离轴抛物面反射镜7的光轴与基准光轴8的夹角为离轴角；通过激光水平仪在离轴抛物面反射镜7弧矢面光轴线处扫出一个水平面，即可标定出离轴抛物面反射镜7的高低点位置。
利用本发明可实现离轴反射镜高低点位置精确测量的测量方法，可使离轴抛物面高低点精度≦0.1mm。
Claims (3)
1.一种可实现离轴反射镜高低点位置精确测量方法，所使用的测量系统包括平台（1）、激光干涉仪（2）、平面反射镜（3）、第一经纬仪（4）、第二经纬仪（5）和第三经纬仪（6）；激光干涉仪（2）、平面反射镜（3）、第一经纬仪（4）、第二经纬仪（5）和第三经纬仪（6）均设置在平台（1）上；
所述平台（1）水平放置；
所述第一经纬仪（4）和第三经纬仪（6）位于平台（1）的两侧，第一经纬仪（4）的光轴和第三经纬仪（6）的光轴均与大地水平，且二者处于同一直线上；
平面反射镜（3）、第二经纬仪（5）和待测的离轴抛物面反射镜（7）均位于平台（1）的中部，且均位于第一经纬仪（4）和第三经纬仪（6）连线的一侧，待测的离轴抛物面反射镜（7）位于平面反射镜（3）的右侧，第二经纬仪（5）位于待测的离轴抛物面反射镜（7）之后；平面反射镜（3）的光轴与第一经纬仪（4）的光轴平行；第二经纬仪（5）的光轴与第一经纬仪（4）的光轴处于同一水平面；离轴抛物面反射镜（7）的中心到第一经纬仪（4）的光轴的距离等于离轴抛物面反射镜（7）离轴量，且离轴抛物面反射镜（7）的光轴与第二经纬仪（5）的光轴平行，通过第二经纬仪（5）自准确定好离轴抛物面反射镜（7）的光轴与大地水平；
激光干涉仪（2）位于平台（1）的中部，且位于第一经纬仪（4）和第三经纬仪（6）连线的另一侧；
激光干涉仪（2）出射的平行光入射在离轴抛物面反射镜（7）的中心后，反射到平面反射镜（3）上，再经平面反射镜（3）反射后沿原路返回到激光干涉仪（2）；
其特征在于，包括以下步骤：
1）设定基准光轴（8）
第一经纬仪（4）与第三经纬仪（6）分别调整至与大地水平，其视场中心高度与离轴抛物面反射镜（7）弧矢面上高低点位置等高；调整第一经纬仪（4）与第三经纬仪（6）的相对位置，使得相互自准直穿心，第一经纬仪（4）与第三经纬仪（6）所确定的光轴即为基准光轴（8）；
2）确定平面反射镜（3）的姿态
调整平面反射镜（3）的姿态，使平面反射镜（3）的光轴与基准光轴（8）平行；
3）确定激光干涉仪（2）的姿态
通过激光干涉仪（2）的细孔接收板确定激光干涉仪（2）的焦点位置，通过第三经纬仪（6）定位细孔接收板的中心孔位置，通过第一经纬仪（4）定位激光干涉仪（2）的焦点在基准光轴（8）上的位置，调整激光干涉仪（2）使其焦点位于第三经纬仪（6）视场中心，此时激光干涉仪（2）的焦点位于基准光轴（8）上；
4）初步确定离轴抛物面反射镜（7）的位置
将离轴抛物面反射镜（7）竖直放置于平台（1）上，其高点为远光轴点，低点为近光轴点；调整离轴抛物面反射镜（7）的位置，使得激光干涉仪（2）出射的平行光入射在离轴抛物面反射镜（7）的中心，且离轴抛物面反射镜（7）的中心到基准光轴（8）的距离为离轴抛物面反射镜（7）离轴量；调节离轴抛物面反射镜（7）的方位使得其反射的激光干涉仪（2）的平行光与激光干涉仪（2）的出射光线重合，完成离轴抛物面反射镜（7）位置的初步定位；
5）精确确定离轴抛物面反射镜（7）的高低点位置
用激光干涉仪（2）接收离轴抛物面反射镜（7）面形的干涉条纹检测结果；通过第二经纬仪（5）监视离轴抛物面反射镜（7）的背部自准像；通过第二经纬仪（5）自准确定好离轴抛物面反射镜（7）的光轴与大地水平；通过调节离轴抛物面反射镜（7）的方位，使离轴抛物面反射镜焦点（9）位于基准平面内并且在基准光轴（8）上，通过激光水平仪在离轴抛物面反射镜（7）弧矢面光轴线处扫出一个水平面，即可标定出离轴抛物面反射镜（7）的高低点位置。
2.根据权利要求1所述的一种可实现离轴反射镜高低点位置精确测量方法，其特征在于：所述平台（1）为光学隔振平台。
3.根据权利要求1所述的一种可实现离轴反射镜高低点位置精确测量方法，其特征在于：所述激光干涉仪（2）为4d动态激光干涉仪。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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