CN109445124B - 紧凑型红外光学镜头的装调方法 - Google Patents

紧凑型红外光学镜头的装调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型红外光学镜头的装调方法，包括如下步骤：(1)将单个红外透镜组内的所有红外透镜利用隔圈修研和机械加工精度保证所有红外透镜的间隔和同轴；(2)利用可见光透射材料制作单片工装透镜，刻画有十字线，并镀半反半透膜可见光波段，代替相应的红外透镜组；(3)在所有镜筒均设置相互独立的用于间隔调整的修调垫和用于倾角及同轴调整的修调垫；(4)利用经纬仪、标准平板玻璃、水平仪检测工装透镜和各个平面反射镜的倾角和同轴；(5)通过修调垫调整工装透镜和各个平面反射镜的倾角和同轴；(6)利用激光测距仪检测各工装透镜的间隔，通过修调垫达到设计值；(7)以红外透镜替换工装透镜，从而实现系统的装调。

Description

紧凑型红外光学镜头的装调方法
技术领域
本发明属于空间红外光学系统装调领域，具体涉及一种紧凑型红外光学系统的装调方法，适用于空间体例受限，利用多块折叠反射镜缩短光路的紧凑型红外光学系统的装调过程。
背景技术
轻小型化、高集成化和高性价比是现今空间光学遥感领域的发展趋势，是敏捷型和快速响应型卫星的重要前提条件。一颗卫星上通常会搭载多个有效载荷，通过不同载荷、不同功能的有效搭配和协同工作以实现多方面的任务需求，这样就带来了空间、体积分配的种种矛盾。因此空间光学遥感器的小型化和紧凑化是载荷设计中与成像性能几乎同样重要的目标。利用多块平面反射镜实现光路折叠以减小成像系统后截距是一种常见的减小载荷占用空间的常用方法，但会带来装调难度的显著增加。
现有的大部分红外光学透射材料如硅、锗等均无法透过可见光，因此常用的可见光定心仪无法直接对具有多透镜组的红外光学系统进行装调。传统的公差要求不甚严格的红外光学透射镜头主要依靠精密机械加工保证镜壳的尺寸精度，然后进行安装，无法再进行后续调整优化成像质量；对于透镜数量较少并且共用镜筒的镜头也可以利用定心仪或者激光干涉仪及微调整机构对各个镜片(或透镜组件)进行单独调整，最终实现系统装调，这对于具有多个透镜组并安装于不同的镜筒内，各镜筒之间不再简单共轴的系统(前文所述的紧凑型系统)很难适用。
发明内容
为解决背景技术中描述的现有红外光学系统装调中存在的问题，本发明的目的旨在提供一种易于实现，具有可调和精度可控特点的适用于紧凑型红外光学镜头的装调方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种紧凑型红外光学镜头的装调方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将单个红外透镜组内的所有红外透镜利用隔圈修研和机械加工精度保证所有红外透镜的间隔和同轴；
(2)利用可见光透射材料制作单片工装透镜，刻画十字线，并镀半反半透膜可见光波段，代替相应的红外透镜组；
(3)在所有镜筒均设置相互独立的用于间隔调整的修调垫和用于倾角及同轴调整的修调垫；
(4)利用经纬仪、标准平板玻璃、水平仪检测工装透镜组和各个平面反射镜的倾角和同轴；
(5)通过修调垫调整工装透镜组和各个平面反射镜的倾角和同轴；
(6)利用激光测距仪检测各工装透镜组的间隔，通过修调垫达到设计值；
(7)以红外透镜替换工装透镜，从而实现系统的装调。
步骤(1)中：共镜筒的单个红外透镜组内的所有红外透镜利用隔圈修研和机械加工精度保证所有红外透镜的间隔和同轴。
步骤(2)中：按照透镜组的镜壳制作工装透镜，工装透镜为圆柱型平面镜，直径与透镜组最后一片透镜直径相同，并通过配研保证各工装透镜装入镜壳后，可攒动间隙不超过0.01mm，在工装透镜前表面刻画十字线，十字线线宽小于0.02mm，十字线与工装透镜中心偏差小于0.005mm，镀可见光波段半反半透膜，代替相应的红外透镜组。
步骤(3)中：还包括将基板固定于高精度气浮平台上，利用水平仪调整基板水平。
步骤(5)中：
a、还包括将平面反射镜一通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪一、标准平板玻璃和水平仪调整基板上的基准参考面标定好平面反射镜一的理论反射光线方向，以经纬仪一的光轴表征，经纬仪一的双向读数应均为零，修研反射镜一的调整垫，使得工装透镜的十字线交点位于经纬仪十字线中心处；
b、将反射镜二通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪二与经纬仪一进行互瞄，调整经纬仪二与经纬仪一光轴方向成90°，然后监视反射镜二的反射光线，使得工装透镜一十字线交点位于经纬仪十字线中心处；
c、将工装透镜二安装于镜壳内，然后将镜壳通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪二进行监视，修研调整垫并微调镜壳方向使得工装透镜二的十字线中心与透镜工装一的十字线中心重合，两个十字线明暗程度区别明显，较亮的十字线为工装透镜二表面上的；
d、重复步骤a、b、c、之过程，可以将反射镜和工装透镜均装调完毕。
本发明的有益效果在于：(1)将单个红外透镜组内的所有红外透镜利用隔圈修研和机械加工精度保证所有红外透镜的间隔和同轴；(2)利用可见光透射材料制作单片工装透镜，刻画十字线，并镀有半反半透膜可见光波段，代替相应的红外透镜组；(3)在所有镜筒均设置相互独立的用于间隔调整的修调垫和用于倾角及同轴调整的修调垫；(4)利用经纬仪、标准平板玻璃、水平仪检测工装透镜和各个平面反射镜的倾角和同轴；(5)通过修调垫调整工装透镜和各个平面反射镜的倾角和同轴；(6)利用激光测距仪检测各工装透镜的间隔，通过修调垫达到设计值；(7)以红外透镜替换工装透镜，从而实现系统的装调。本发明是一种易于实现，具有可调和精度可控特点的适用于紧凑型红外光学系统的装调方法。
附图说明
图1所示为本发明紧凑型红外光学系统的装调方法的装调结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
以一个9片透镜(共3个透镜组)和4片平面反射镜构成的红外系统为例，如图1所示，本发明由以下步骤实现：
1、按照3个透镜组的镜壳制作3片工装透镜组(分别称为工装透镜组一、二、三，其中工装透镜组一为准直透镜组透镜1、2，工装透镜组二为调焦透镜组透镜3、4，工装透镜组三为中继透镜组透镜5、6、7、8、9，工装透镜为圆柱型平面镜，直径与各透镜组最后一片透镜(以安装顺序计)直径相同，并通过配研保证各工装透镜组装入镜壳后，可攒动间隙不超过0.01mm，工装透镜组前表面(沿系统入射光方向)刻画十字线，十字线线宽小于0.02mm，十字线与工装透镜组中心偏差小于0.005mm，镀可见光波段半反半透膜；
2、将光学系统基板(以下简称基板)固定于高精度气浮平台上，利用水平仪调整基板水平；
3、将工装透镜组一安装于镜壳内，以螺纹压圈适当压紧，保证工装透镜组一不会移动即可，然后将镜壳通过调整垫(图上未示)安装于基板上；
4、将反射镜10通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪一(图上未示)、标准平板玻璃和基板上的基准参考面标定好反射镜10的理论反射光线方向，以经纬仪一的光轴表征，此时，经纬仪一的双向读数应均为零。修研反射镜10的调整垫，使得工装透镜组一十字线交点位于经纬仪十字线中心处；
5、将反射镜11通过调整垫(图上未示)安装于基板上，利用经纬仪二(图上未示)与经纬仪一进行互瞄，调整经纬仪二与经纬仪一光轴方向成90°，然后监视反射镜11的反射光线，使得工装透镜组一十字线交点位于经纬仪十字线中心处；
6、将工装透镜组二安装于镜壳内，然后将镜壳通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪二进行监视，修研调整垫并微调镜壳方向使得工装透镜组二的十字线中心与工装透镜组一的十字线中心重合，注意两个十字线明暗程度区别明显，较亮的十字线为工装透镜组二表面上的；
7、重复步骤4，5，6之过程，可以将反射镜12、反射镜13和工装透镜组三均装调完毕；
8、将此时的镜头取下，利用激光测距仪测定各工装透镜组前表面的位置，与理论位置比对后可以确定各工装透镜组的间隔(沿光轴)修调量，修研预先设计好的间隔调整平垫使得各透镜组间隔正确；
9、将所有镜壳以及反射镜镜座与基本之间打销钉定位；
10、恢复步骤7之状态，复检各工装透镜组十字线中心位置；
11、拆除所有镜壳的销钉，所有销钉应当按位置单独命名存放，取下各工装透镜组，将所有的红外透镜安装于各自的镜壳内，注意，镜组内部的透镜间隔应当按设计值事先修研完毕，点胶固化；
12、待固化完毕后将各工装透镜组安装于基板上，利用步骤9中所述各自对应的销钉复位，至此红外镜头装调完毕。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种紧凑型红外光学镜头的装调方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将单个红外透镜组内的所有红外透镜利用隔圈修研和机械加工精度保证所有红外透镜的间隔和同轴；
(2)利用可见光透射材料制作单片工装透镜，刻画十字线，并镀半反半透膜可见光波段，代替相应的红外透镜组；
(3)在所有镜筒均设置相互独立的用于间隔调整的修调垫和用于倾角及同轴调整的修调垫；
(4)利用经纬仪、标准平板玻璃、水平仪检测工装透镜组和各个平面反射镜的倾角和同轴；
(5)通过修调垫调整工装透镜组和各个平面反射镜的倾角和同轴；
(6)利用激光测距仪检测各工装透镜组的间隔，通过修调垫达到设计值；
(7)以红外透镜替换工装透镜，从而实现系统的装调。
2.如权利要求1所述的紧凑型红外光学镜头的装调方法，其特征在于，步骤(2)中：按照透镜组的镜壳制作工装透镜，工装透镜为圆柱型平面镜，直径与透镜组最后一片透镜直径相同，并通过配研保证各工装透镜装入镜壳后，可攒动间隙不超过0.01mm，在工装透镜前表面刻画十字线，十字线线宽小于0.02mm，十字线与工装透镜中心偏差小于0.005mm，镀可见光波段半反半透膜，代替相应的红外透镜组。
3.如权利要求1所述的紧凑型红外光学镜头的装调方法，其特征在于，步骤(3)中：还包括将基板固定于高精度气浮平台上，利用水平仪调整基板水平。
4.如权利要求3所述的紧凑型红外光学镜头的装调方法，其特征在于，步骤(5)中：
a、还包括将平面反射镜一通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪一、标准平板玻璃和水平仪调整基板上的基准参考面标定好平面反射镜一的理论反射光线方向，以经纬仪一的光轴表征，经纬仪一的双向读数应均为零，修研反射镜一的调整垫，使得工装透镜的十字线交点位于经纬仪十字线中心处；
b、将反射镜二通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪二与经纬仪一进行互瞄，调整经纬仪二与经纬仪一光轴方向成90°，然后监视反射镜二的反射光线，使得工装透镜一十字线交点位于经纬仪十字线中心处；
c、将工装透镜二安装于镜壳内，然后将镜壳通过调整垫安装于基板上，利用经纬仪二进行监视，修研调整垫并微调镜壳方向使得工装透镜二的十字线中心与透镜工装一的十字线中心重合，两个十字线明暗程度区别明显，较亮的十字线为工装透镜二表面上的；
d、重复步骤a、b、c、之过程，可以将反射镜和工装透镜均装调完毕。
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