CN108983434B - 一种多凹面光栅共轴装配系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的多凹面光栅共轴装配系统及方法，采用两两匹配原则，利用标准模板保证待装配凹面光栅之间横向距离不变，通过半反半透镜组实现各级次光轴互逆，根据干涉仪检测波像差原理，将待装配凹面光栅调整到共轴，提高了装调精度。
Description
技术领域
本发明涉及光栅装配领域，特别涉及一种多凹面光栅共轴装配系统及方法。
背景技术
凹面光栅兼有色散和聚焦功能，在减小光谱仪重量、体积和能量损失等方面有着巨大优势。相比平面光栅，凹面光栅在三个坐标轴方向的平移和旋转都会影响光谱仪器的成像质量，而为减小系统体积、重量级杂散光而采用的同轴驱动多光栅结构，则对凹面光栅及光栅之间的匹配装调提出了更高要求。
目前光栅光谱仪中平面光栅最常用，平面光栅一般工作在平行光路中，光栅角度及位置的偏差对成像质量的影响相对较小，无论是单块还是多块级联，对装调的要求都不太高，一般利用发散角小的激光束和平行光直接在光谱仪中调节。
凸面光栅工作于汇聚光路中，一般先采用干涉法装调反射镜，在采用谱图直读法装调光栅，其精度由接收光谱图的探测器分辨率决定，而凹面光栅工作在发散光路中，单凹面光栅一般借鉴凸面光栅的谱图直读法，结合计算机实时检测辅助装调，而多块级联凹面光栅还需考虑各光栅之间的匹配一致性，这是光谱仪整体装调的前提，单光栅的装调方法并不适用于多光谱的级联匹配，多平面光栅对装调精度要求低，直接利用发散角小的激光束和平行光即可满足装调要求，而多凹面光栅还涉及各光栅之间的匹配一致性，其装调精度要求较高，相对复杂，目前还未有相关报道。
发明内容
本发明实施例提供了一种多凹面光栅共轴装配系统及方法，具有较高装调精度。
第一方面，本发明提供一种多凹面光栅共轴装配系统，所述系统包括：
干涉仪，用于发出准直平面波，以及观测多凹面光栅返回的波像差；
平面折转镜，与所述干涉仪相对，用于将所述干涉仪发出的准直平面波折转；
调整机构，包括多个子调整组件，用于调节控制待装配凹面光栅的状态；
标准平面镜，用于对折转后的平行光束进行平移；
半反半透镜组，由两个互相垂直的半反半透镜组成，所述平行光束经过所述半反半透镜分光形成第一路光束和第二路光束，第一路光束汇聚成回路与所述干涉仪的标准镜后面返回光束形成干涉；
标准模板，具有两条平行刻线，所述第二路光束汇聚在所述标准模板处，用于根据所述第二路光束的汇聚情况辅助确定凹面光栅之间间距以及相对位置；
硫酸纸屏，设置在两个半反半透镜之间，用于展示光束汇聚情况；
经纬仪，设置在所述标准模板后侧，用于平移平行光束且观测待装配凹面光栅各级光谱汇聚情况。
可选地，所述子调整组件包括用于安装待装配凹面光栅的光栅座以及与所述光栅座连接的摆杆及丝杠，所述光栅座在所述丝杠及摆杆的带动下进行角度调整。
可选地，所述光栅座中设有用于调整待装配凹面光栅位置的顶丝或垫片。
第二方面，本发明提供一种多凹面光栅共轴装配方法，应用于上述的多凹面光栅共轴装配系统，所述方法包括：
利用标准平面镜和经纬仪将干涉仪发出的准直平面波进行平移，使得平移后的准直平面波与标准模板的表面垂直，并利用经纬仪监测调节所述标准模板使得所述标准模板上平行刻线均垂直于水平面；
调节平面折转镜和调整机构驱动多个待装配凹面光栅产生旋转，使得所述多个待装配凹面光栅将准直平面波的平行光束汇聚于所述标准模板的平行刻线上，调节半反半透镜组和硫酸纸屏使得部分所述平行光束汇聚在硫酸纸屏上；
保持所述平行光束汇聚于所述标准模板的平行刻线上，调节光栅座使得待装配凹面光栅进行旋转和/或平移微动，直到所述多个待装配凹面光栅的相同级次的衍射在所述硫酸纸屏上的汇聚点重合；
利用丝杠驱动摆杆带动所述待装配凹面光栅进行旋转和/或平移直到不同级次的光栅衍射在所述硫酸纸屏上的汇聚点都重合；
移除所述硫酸纸屏，利用所述丝杠驱动摆杆带动所述多个待装配凹面光栅使得在硫酸纸屏处的各级汇聚点依次形成互逆，直到在所述干涉仪的屏幕上形成干涉图的波像差最小。
可选地，所述多个待装配凹面光栅至少包括第一凹面光栅和第二凹面光栅。
可选地，所述干涉仪采用Zygo干涉仪，所述经纬仪采用莱卡经纬仪。
可选地，所述待装调凹面光栅的入射出射臂要求一致，刻线密度相同或者成整数倍递进。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的多凹面光栅共轴装配系统及方法，采用两两匹配原则，利用标准模板保证待装配凹面光栅之间横向距离不变，通过半反半透镜组实现各级次光轴互逆，根据干涉仪检测波像差原理，将待装配凹面光栅调整到共轴，提高了装调精度。
附图说明
图1是本发明提供的多凹面光栅共轴装配系统一种实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的多凹面光栅共轴装配方法一种实施例的流程图。
附图标记：干涉仪1，平面折转镜2，标准平面镜3，待装配凹面光栅4，调整机构5，半反半透镜组6，硫酸纸屏7，标准模板8，经纬仪9。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示，本发明提供一种多凹面光栅共轴装配系统，所述系统包括：
干涉仪1，用于发出准直平面波，以及观测多凹面光栅返回的波像差；
平面折转镜2，与所述干涉仪相对，用于将所述干涉仪发出的准直平面波折转，便于观测；
调整机构5，包括多个子调整组件，用于调节控制待装配凹面光栅的状态；
标准平面镜3，用于对折转后的平行光束进行平移；
半反半透镜组6，由两个互相垂直的半反半透镜组成，所述平行光束经过所述半反半透镜分光形成第一路光束和第二路光束，第一路光束汇聚成回路与所述干涉仪的标准镜后面返回光束形成干涉；
标准模板8，具有两条平行刻线，所述第二路光束汇聚在所述标准模板，用于根据所述第二路光束的汇聚情况辅助确定凹面光栅之间间距以及相对位置；
硫酸纸屏7，设置在两个半反半透镜之间，用于展示光束汇聚情况；
经纬仪9，设置在所述标准模板后侧，用于平移平行光束且观测待装配凹面光栅各级光谱汇聚情况。
所述子调整组件包括用于安装待装配凹面光栅的光栅座以及与所述光栅座连接的摆杆及丝杠，所述光栅座在所述丝杠及摆杆的带动下进行角度调整，丝杠可以采用滚珠丝杠，滚珠丝杠通常由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成，丝杠可以将回转运动转化为直线运动，使得光栅座可以在丝杠的位移带动下进行角度调整。
所述光栅座中设有用于调整待装配凹面光栅位置的顶丝或垫片，可以灵活选择，对此不作限定。
本发明提供的多凹面光栅共轴装配方案，采用两两匹配原则，利用标准模板保证待装配凹面光栅之间横向距离不变，通过半反半透镜组实现各级次光轴互逆，根据干涉仪波检测像差原理，将待装配凹面光栅调整到共轴，提高了装调精度。
第二方面，本发明提供一种多凹面光栅共轴装配方法，应用于上述的多凹面光栅共轴装配系统，所述方法包括：
S201、利用标准平面镜和经纬仪将干涉仪发出的准直平面波进行平移，使得平移后的准直平面波与标准模板的表面垂直，并利用经纬仪监测调节所述标准模板使得所述标准模板上平行刻线均垂直于水平面。
使用干涉仪和经纬仪保证了光轴平移及标准模板刻线方向的精度，可依据干涉图实现在微调过程中的实时动态监测调校。
S202、调节平面折转镜和调整机构驱动多个待装配凹面光栅产生旋转，使得所述多个待装配凹面光栅将准直平面波的平行光束汇聚于所述标准模板的平行刻线上，调节半反半透镜组和硫酸纸屏使得部分所述平行光束汇聚在硫酸纸屏上。
S203、保持所述平行光束汇聚于所述标准模板的平行刻线上，调节光栅座使得待装配凹面光栅进行旋转和/或平移微动，直到所述多个待装配凹面光栅的相同级次的衍射在所述硫酸纸屏上的汇聚点重合。
S204、利用丝杠驱动摆杆带动所述待装配凹面光栅进行旋转和/或平移直到不同级次的光栅衍射在所述硫酸纸屏上的汇聚点都重合。
S205、移除所述硫酸纸屏，利用所述丝杠驱动所述多个待装配凹面光栅使得在硫酸纸屏处的各级汇聚点依次形成互逆，直到在所述干涉仪的屏幕上形成干涉图的波像差最小。
具体地，多个待装配凹面光栅至少包括第一凹面光栅和第二凹面光栅。
可选地，所述干涉仪采用Zygo干涉仪，所述经纬仪采用莱卡经纬仪，对此不作限定。
可选地，所述待调凹面光栅的入射出射臂要求一致，刻线密度相同或者成整数倍递进，如300g/mm，1200g/mm，通过一次对相邻两个待装配凹面光栅的调校，保证所有待装配凹面光栅共轴的一致性。
本发明的待装配凹面光栅共轴装配方法，只需要装配过程中通用的干涉仪、经纬仪、半反半透镜组以及由相邻光栅距离决定的标准模板，使用干涉仪和经纬仪保证了光轴平移及标准模板刻线方向的精度，并依据干涉图实现微调过程中的实时动态监测调校。
本发明提供的多凹面光栅共轴装配方案已用于FY-3(05星)太阳辐照度光谱仪原理样机及初样机装调三通道光栅轴装调过程，且光栅轴用于后续整机集成后，整机性能满足各项任务书要求，表明光栅轴装配有效。
本发明提供的多凹面光栅共轴装配方案，采用两两匹配原则，利用标准模板保证待装配凹面光栅之间横向距离不变，通过半反半透镜组实现各级次光轴互逆，根据干涉仪检测波像差原理，将待装配凹面光栅调整到共轴，提高了装调精度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种多凹面光栅共轴装配系统及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种多凹面光栅共轴装配系统，其特征在于，所述系统包括：
干涉仪，用于发出准直平面波，以及观测多凹面光栅返回的波像差；
平面折转镜，与所述干涉仪相对，用于将所述干涉仪发出的准直平面波折转；
调整机构，包括多个子调整组件，用于调节控制待装配凹面光栅的状态；
标准平面镜，用于对折转后的平行光束进行平移；
半反半透镜组，由两个互相垂直的半反半透镜组成，所述平行光束经过所述半反半透镜分光形成第一路光束和第二路光束，第一路光束汇聚成回路与所述干涉仪的标准镜后面返回光束形成干涉；
标准模板，具有两条平行刻线，所述第二路光束汇聚在所述标准模板处，用于根据所述第二路光束的汇聚情况辅助确定凹面光栅之间间距以及相对位置；
硫酸纸屏，设置在两个半反半透镜之间，用于展示光束汇聚情况；
经纬仪，设置在所述标准模板后侧，用于平移平行光束且观测待装配凹面光栅各级光谱汇聚情况；
其中：所述子调整组件包括用于安装待装配凹面光栅的光栅座以及与所述光栅座连接的摆杆及丝杠，所述光栅座在所述丝杠及摆杆的带动下进行角度调整。
2.根据权利要求1所述的多凹面光栅共轴装配系统，其特征在于，所述光栅座中设有用于调整待装配凹面光栅位置的顶丝或垫片。
3.一种多凹面光栅共轴装配方法，其特征在于，应用于权利要求1至2中任一项所述的多凹面光栅共轴装配系统，所述方法包括：
利用标准平面镜和经纬仪将干涉仪发出的准直平面波进行平移，使得平移后的准直平面波与标准模板的表面垂直，并利用经纬仪监测调节所述标准模板使得所述标准模板上平行刻线均垂直于水平面；
调节平面折转镜和调整机构驱动多个待装配凹面光栅产生旋转，使得所述多个待装配凹面光栅将准直平面波的平行光束汇聚于所述标准模板的平行刻线上，调节半反半透镜组和硫酸纸屏使得部分所述平行光束汇聚在硫酸纸屏上；
保持所述平行光束汇聚于所述标准模板的平行刻线上，调节光栅座使得待装配凹面光栅进行旋转和/或平移微动，直到所述多个待装配凹面光栅的相同级次的衍射在所述硫酸纸屏上的汇聚点重合；
利用丝杠驱动摆杆带动所述待装配凹面光栅进行旋转直到不同级次的光栅衍射在所述硫酸纸屏上的汇聚点都重合；
移除所述硫酸纸屏，利用所述丝杠驱动摆杆带动所述多个待装配凹面光栅使得在硫酸纸屏处的各级汇聚点依次形成互逆，直到在所述干涉仪的屏幕上形成干涉图的波像差最小。
4.根据权利要求3所述的多凹面光栅共轴装配方法，其特征在于，所述多个待装配凹面光栅至少包括第一凹面光栅和第二凹面光栅。
5.根据权利要求3所述的多凹面光栅共轴装配方法，其特征在于，所述干涉仪采用Zygo干涉仪，所述经纬仪采用莱卡经纬仪。
6.根据权利要求3所述的多凹面光栅共轴装配方法，其特征在于，所述待装调凹面光栅的入射出射臂要求一致，刻线密度相同或者成整数倍递进。
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