CN109029925B - 一种用于瞄准监测望远镜光轴的立方棱镜光校装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于瞄准监测望远镜光轴的立方棱镜光校装置。立方棱镜光校装置采用一个立方棱镜办法折转两束激光束成180度夹角，实现了望远镜光学系统光轴与参考标准平面镜法线平行的初始调节；再采用两块平行平板的平行关系，解决了望远镜光轴与参考平面镜法线平行的高精度精密调节。本发明攻克了望远镜装调过程光轴漂移引起像质变化的难题，实现了被测试系统状态的实时高精度监控，光路结构简单，粗调与精调相结合，大大提高了光校效率。采用本发明所述的光校装置，不仅适用望远镜光学系统光轴与标准平面镜法线的配准与实时监测，还适用于标定相对的两块反射镜面的夹角、两块光学平板的夹角等其它光校领域。

Description

一种用于瞄准监测望远镜光轴的立方棱镜光校装置

技术领域

本发明涉及望远镜光学系统装调以及整机系统性能测试中收发同轴的配准，特别适用于反射式望远镜装调过程中，望远镜光学系统光轴与标准平面镜法线的配准与实时监测。还适用于标定相对的两块反射镜面的夹角、两块光学平板的夹角等其他光校领域。

背景技术

激光测高测距仪、激光雷达等空间反射式空间相机光学系统载荷，对于光轴指向要求越来越高，必然导致光学系统在光校过程中，对于光轴配准要求越来越高。空间相机载荷在自准直光校过程中，经常采用大口径标准平面镜作为参考，将光学系统光轴与标准平面镜法线标定为平行。传统标定方法是采用经纬仪或者全站仪。首先，与光学系统光轴调至平行；然后，将经纬仪光轴旋转180度，调节平面镜，使得其法线与经纬仪光轴平行。这样建立基准将会引入多种误差，经纬仪的固定误差，调节经纬仪水平的零位误差，旋转经纬仪引入的旋转误差等，其过程繁琐，重复精度不高，难以实现光校过程光轴的实时监测。

因此，在光校过程中，如何提高光学系统光轴基准与标准平面镜法线的平行度，提高二者配准的重复精度，实现实时监测，是光学装校领域需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种望远镜光学系统光校过程中，光学系统光轴与测试参考的标准平面镜法线的配准及实时监测的辅助光校装置。本立方棱镜光校装置如附图1所示，左侧为望远镜光学系统，右侧为本专利装置，辅助测试装置光电自准直仪8，测试参考平面镜，光校自准直测试的干涉仪。

本立方棱镜光校装置分为两部分：第一部分，粗调部分。一号激光二极管1和二号激光二极管2分别经过一号准直透镜3和二号准直透镜4出射到立方棱镜7的A和B面上，透射一号平行平板5和二号平行平板6，形成异向的接近180度的两束激光，分别到达望远镜光学系统的光轴基准镜上与测试参考平面镜上，调整本专利装置的角度，使到光学系统基准镜的激光光束原路返回到一号激光二极管1出射口，再调整参考的标准平面镜，使得该路激光光束原路返回二号激光二极管2出射口；第二部分，精测部分。辅助测试设备光电自准直仪8，出射光同时入射到立方棱镜7的D和C面上，反射后透射过一号平行平板5和二号平行平板6，形成180度的两束平行光，分别到达望远镜光学系统的光轴基准镜与测试参考平面镜，返回进入光电自准直仪8，精调本立方棱镜光校装置和标准平面镜，使得光电自准直仪8中三个十字叉丝重合，即完成了光学系统光轴与标准平面镜法线的配准。

本立方棱镜光校装置在反射式望远镜装调过程中，进行标准平面镜法线与望远镜光学系统光轴的配准与实时检测，由以下步骤组成：

1、本发明装置的自检。

第一，粗调部分的自检。将一号激光二极管1和二号激光二极管2分别打开，观察经过立方棱镜A和B面反射到一号平行平板5和二号平行平板6的激光能否原路返回到出射口。第二，精测部分的自检。将辅助测试的光电自准直仪8，对准立方棱镜7的C和D面，反射到一号平行平板5和二号平行平板6，再返回来到光电自准直仪8，两路返回的十字叉丝是否重合。重合，即设备完好，可以进行后续测试。

2、光学系统的基准光轴与参考平面镜法线粗调配准。

如附图1所示，将本立方棱镜光校装置置于望远镜光线系统与装调用的参考平面镜之间，辅助测试的光电自准直仪8正对立方棱镜7的位置。开启一号激光二极管1，调整本立方棱镜光校装置的角度，使一号激光二极管1发出的经过一号准直透镜3的激光束，经过立方棱镜7的A面反射，透射一号平行平板5，到达望远镜光轴基准镜反射后，原路返回到一号激光二极管1的出射口。开启二号激光二极管2，经过二号准直透镜4的激光光束，经过立方棱镜7的B面反射，透过二号平行平板6，到达装调用参考平面镜，调节参考平面镜的角度，使得此路激光光束原路返回到二号激光二极管2的出射口，即完成光学系统的基准光轴与参考平面镜法线的粗调快速配准。

3、光学系统的基准光轴与参考平面镜法线精测配准。

关闭一号激光二极管1和二号激光二极管2，开启光电自准直仪8，调节自准直仪8，使得本专利装置本身返回的十字叉丝S1与望远镜光学系统光轴基准镜返回来的十字叉丝S2同时出现在光电自准直仪8的视场中，微调本立方棱镜光校装置使得二者重合。此时查看参考平面镜返回的十字叉丝S3的位置，调整参考平面镜的角度，使其返回的十字叉丝S3与前两个十字叉丝S1、S2重合，如附图2中图(1)所示，三个十字叉丝完全重合，即完成望远镜光学系统的基准光轴与参考平面镜法线的精细配准。

4、光学系统的基准光轴与参考平面镜法线平行度的实时监测。

本专利设备整体体积较小，在望远镜光学系统和参考平面镜之间，不影响光校测试，故可以实时监控系统光轴与标准平面镜法线的平行度。另外，本立方棱镜光校装置具有抗振动的特性，当本立方棱镜光校装置有小角度的方位变化，而光学系统基准镜与参考平面镜的方位没有变化时，望远镜光学系统返回的十字叉丝S2与参考平面镜返回的十字叉丝S3在竖直方向仍是重合的，在水平方向相对于本立方棱镜光校装置本身的基准十字叉丝S1是对称的，仍可以监测望远镜光学系统基准光轴与参考平面镜法线的平行度，如附图2中图(2)。当光学系统基准镜与参考平面镜的方位发生变化时，望远镜光学系统光轴基准镜返回的十字叉丝S2与参考平面镜返回的十字叉丝S3在竖直方向分开，在水平方向相对于本立方棱镜光校装置本身的基准十字叉丝S1不对称，如附图2中图(3)，二者的偏差值也可以在光电自准直仪8上直接计算出来，达到了望远镜光学系统的基准光轴与参考平面镜法线平行度实时监测的目的。

本发明的特点主要体现在以下几个方面：(1)结构简单小巧，易于搭建，另外有粗调与精调功能，高效率，易于测试；(2)可满足光学系统光轴与测试参考的标准平面镜法线平行性的装校，也可以满足光学系统光轴与测试用标准平面镜法线成指定角度的装校与测试；(3)被测试的状态可以实时监测，同时装置自身的状态也可实时检测，对于监测过程中，外界因素导致的设备轻微振动，对测试没有影响，抗扰动能力强。另外，本发明不仅能辅助装调同轴反射式望远镜，而且对于离轴反射式望远镜等对于光轴指向要求较高的光学系统装调也同样适用。

附图说明

图1为本发明装置用于光校的示意图；

图2为本发明装置、光学系统光轴基准镜和参考平面镜三种不同状态下光电自准直仪显示结果的示意图，其中,(1)是光学系统光轴与参考平面镜配准时，光电自准直仪显示结果示意图；(2)是本发明装置有小角度移动时，光电自准直仪显示结果示意图；(3)是光学系统光轴与参考平面镜法线夹角发生变化时，光电自准直仪显示结果示意图；

图3为本发明装置自身光校步骤的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本专利方法的实施实例进行详细的描述。

本专利中所使用的主要元器件进行说明：

一号激光二极管1，二号激光二极管2：采用ThorLab公司型号为HL6312G的激光二极管，波长为635nm，功率5mw，直径5.6mm，A型引脚。

一号准直透镜3，二号准直透镜4：采用ThorLab公司型号为A230的准直透镜，口径6.34mm，焦距4.51mm，中心波长780nm，材料S-NPH1。

一号平行平板5，二号平行平板6：定制加工，口径50mm，两面平行度优于3秒，透射波前RMS优于1/15波长，材料K9。

立方棱镜7：定制加工，边长35mm，90度角差与塔差均优于3秒，每个面面型RMS优于1/15波长，五面镀铝反射膜，材料K9。

光电自准直仪8：TriAngle公司型号为TA500-57光电自准直仪，通光口径50mm，视场角度1300X950秒，分辨率0.02秒，重复精度±0.05秒，精度±0.4秒。

本专利装置自身的装校的具体步骤如下：

1)固定二号平行平板6，利用光电自准直仪8对准二号平行平板6，调整光电自准直仪8使得返回十字叉丝居中。再安装一号平行平板5，调节其方位，使得返回十字叉丝与二号平行平板6返回的十字叉丝重合，固定一号平行平板5，如附图3中步骤1所示。

2)在步骤1的基础上加入立方棱镜7，并用光电自准直仪8对准，如附图3步骤2所示。在光电自准直仪返回图像中可以看出两个十字叉丝，竖直方向重合，而水平方向不重合，调节立方棱镜7的角度(绕y轴旋转)，使得两个十字叉丝完全重合即可。

3)调节一号激光二极管1和一号准直透镜3的间隔，在足够远的距离(大于10米)查看光点，最小即可，同样方法调整二号激光二极管2和二号准直透镜4的间隔，将激光二极管与准直透镜相对位置固定，组成两个激光器模块。然后分别调整两激光器模块的角度，使得入射到参考平面镜上的激光束能反射回到激光器即可，保持二者相对位置关系固定，如附图3中步骤3所示

4)将步骤3中调节好的两个激光器模块安装到步骤2调节好的装置上，如附图3中步骤4所示，调节激光器的角度，使得激光束经过立方棱镜，平行平板返回来的激光束能回到激光器即可。

Claims (3)

1.一种用于瞄准监测望远镜光轴的立方棱镜光校装置，包括一号激光二极管(1)，二号激光二极管(2)，一号准直透镜(3)，二号准直透镜(4)，一号平行平板(5)，二号平行平板(6)，立方棱镜(7)，辅助装置光电自准直仪(8)，其特征在于：

所述的立方棱镜光校装置位于望远镜测试装置光路中间，左侧为带有光轴基准镜的反射式或透射式望远镜，右侧为参考平面镜，分别位于一号准直透镜(3)和二号准直透镜(4)焦面位置的一号激光二极管(1)和二号激光二极管(2)出射准直激光到立方棱镜(7)的A和B面上，透射一号平行平板(5)和二号平行平板(6)，形成异向的接近180度的两束激光，分别到达望远镜光学系统的光轴基准镜上与测试参考平面镜上，调整本装置的角度，使到光学系统的光轴基准镜的激光光束原路返回到号激光二极管(1)出射口，再调整测试参考平面镜，使得入射至参考平面镜的激光光束反射后原路返回二号激光二极管(2)出射口；辅助测试设备光电自准直仪(8)出射十字叉丝激光，同时入射到立方棱镜(7)的D和C面上，反射后分别透射过平行度优于3秒的一号平行平板(5)和二号平行平板(6)，形成180度的两束平行光，分别到达望远镜光学系统的光轴基准镜与测试参考平面镜，返回进入光电自准直仪(8)，调整本装置和测试参考平面镜，使得光电自准直仪(8)中，望远镜光学系统光轴基准镜返回来的十字叉丝，测试参考平面镜返回来的十字叉丝，本立方棱镜光校装置本身的十字叉丝，三个十字叉丝重合，即完成了光学系统光轴与标准平面镜法线的配准与监测；

所述的一号平行平板(5)和二号平行平板(6)为透射石英材料，前后两面的平行度优于3秒，透射波前RMS值优于1/15个波长，表面不镀膜，其中波长为633nm；

所述的立方棱镜(7)为石英材料棱镜，垂直角差与塔差均优于3秒，六个面型RMS优于1/15波长，六面镀铝反射膜，反射率大于90％，其中波长为633nm。

2.根据权利要求1所述的一种用于瞄准监测望远镜光轴的立方棱镜光校装置，其特征在于：所述的一号激光二极管(1)和二号激光二极管(2)为可见激光二极管。

3.根据权利要求1所述的一种用于瞄准监测望远镜光轴的立方棱镜光校装置，其特征在于：所述的一号准直透镜(3)和二号准直透镜(4)为透射石英透镜。