CN110596910B - 一种含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，属于高成像质量光学系统精密装调领域。其主要过程为：利用中心偏测量仪器确定次镜光轴和运动导轨轴线的偏差，通过测试次镜处于导轨两端时的中心偏差，来调整导轨的位置使次镜在两端时的中心偏差一致；然后按照原始零位位置(出射为平行光)装配次镜调焦机构，利用平面补偿器搭建光路，借助于干涉仪进行自准直调校，调整次镜调焦机构整体装配位置，使波像差在零位满足系统波像差要求。本方法解决了含有次镜调焦机构的共孔径光学系统高精度装调过程中存在的问题，具有仪器架设简单、操作方便、装调精度高等特点。

Description

一种含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法

技术领域

本发明属于光机装调技术领域，涉及一种含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法。

背景技术

卡塞格林系统是多波段共孔径光电瞄准装置的核心组件，是实现观瞄系统远距离、高分辨力探测的关键，应经应用于多个重点型号项目中，该型光学系统通常由卡塞格林主、次镜系统(如图1所示)与后续反射分光组件及望远系统组成。由于系统为长焦系统，受环境温度影响导致系统像面发生一定的位移使成像质量下降，目前解决此问题的方式有以下几种，CCD移动调焦与次镜移动调焦，CCD移动调焦过程中由于调焦行程方向与光轴方向不一致或CCD移动导轨的游隙导致光轴发生变化，对系统光轴平行性带来影响；另一种为次镜移动调焦(如图2所示)，能解决共光路光轴一致性问题，但次镜移动调焦要求次镜移动过程中卡式系统像质不退化，所以对次镜移动调焦过程中次镜光轴指向精度要求很高，并要实现调焦过程中系统波像差不下降。

作为该系统的核心部件，次镜调焦机构要求次镜光轴与导轨运动轴线严格平行，要求平行性不低于6秒，且运动过程中光轴跳动量小于0.008mm。相比之前的装调要求更为严苛，需要进步一部优化装调手段来保证该要求。同时次镜调校机构作为该独立部件，其中次镜为非球面，其光轴与导轨运动轴线误差会明显影响到共孔径系统的波像差，所以必须严格控制。先前的经验认为，将调焦机构与主镜集成后的初始位置正确，即可满足系统的成像质量要求，但实际装调结果并不理想，需要在本发明中进一步优化装调方案，在将该次镜调焦机构装配至系统中时需要对共孔径系统的波像差进行连续标定装调，通过调整次镜调焦机构的位置，使得次镜在整个调焦范围内的波像差均满足要求。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：解决含有次镜调焦机构镜组的共孔径系统高精度装调过程中存在的问题，为实现机载共孔径光学系统的定心装调提供一种高精度、科学合理的方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，其包括以下步骤：

步骤1：确定次镜光轴与次镜调焦机构导轨轴线偏差；

步骤2：含有次镜调焦机构的共孔径光学系统的装调。

其中，所述步骤1包括以下子步骤：

1.1选用中心偏测量仪，将次镜调焦机构置于中心偏测量仪回转台上，并以次镜装配框为基准定心装配；

1.2将次镜调整至导轨上的一处位置，此时测量次镜的偏心误差C1，然后将次镜调整至导轨上的另一处位置，测量次镜的偏心误差C2；

1.3根据次镜偏心误差C1和C2，并进行比较，然后调整导轨方向，使C1＝C2，使得导轨轴线与仪器回转台转轴一致；

1.4原位调次镜相对于导轨的位置，利用双光路测量法，使次镜背面的平面自准反射像与自身十字重合，次镜正面的球心划圈像组合的光轴偏满足6秒要求，此时次镜的光轴与导轨轴线一致。

其中，所述步骤2包括以下子步骤：

2.1将次镜调焦机构装配到主镜框上，按照出射光为平行光的原始零位位置进行装调，先将用作平面补偿镜的平面工装反射镜调整至与干涉仪自准的位置，将共光路组件置于装调光路中，主镜靠近干涉仪布置，次镜位于主镜和平面工装反射镜之间，同时利用主镜框背面的装调基准调整其位置与干涉仪自准；此时，借助于干涉仪进行在线自准直调校，调整次镜调焦机构整体装配位置，通过干涉仪测量共孔径光学系统波像差的值，使系统在零位满足系统波像差要求；

2.2保持步骤2.1装调后的位置，通过调整次镜调焦机构使次镜离焦，将系统分别离焦至多个位置，通过布置在主镜和次镜之间的球面透镜补偿器来补偿系统波像差；用干涉仪进行在线调校，通过调整次镜调焦机构的位置，使得各个离焦位置均满足系统波像差要求；

2.3此时将光路恢复至步骤2.1装调后的位置，检查零位位置的系统波相差，满足要求后系统装调完成，若不满足重复步骤2.1和2.2，直至波像差满足系统要求，至此完成系统装调。

其中，所述步骤1.2中，导轨上的两处位置分别选择导轨的一端和另一端。

其中，所述步骤1.1中，次镜调焦机构与回转台回转轴同轴装配时的允差为0.01mm。

其中，所述步骤1.3中，C1＝C2时的允差不大于0.008mm。

其中，所述步骤2.2中，将次镜调焦机构调整至次镜离焦，多个位置选择目标距离分别为0.5km、1km、3km。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，能够满足目前系统高像质需求，具有以下有益效果：

(1)采用中心偏测量仪测量的手段，利用次镜在导轨上下两端的中心偏测量值，分离出被测对象调焦导轨与所用仪器回转轴之间的偏心误差，相较于现有的短距离打表法，极大地提高了主导轨自身与仪器回转轴线一致性的精度，有效的保证了次镜运动过程中光轴跳动量小于0.008mm。

(2)通过利用预设在次镜背面的基准，在分离被测对象调焦导轨与所用仪器回转轴之间的偏心误差条件下，利用中心偏测量仪的双光路确定了次镜光轴，解决了非球面单面定心问题，保证了次镜光轴与导轨运动轴线平行性不低于6秒的要求。

(3)利用干涉仪，采用透射补偿器与平面反射补偿器装调，通过次镜调焦，同时装调并验证了目标在0.5km、1km、3km处系统的波像差，通过调整次镜调焦机构与主镜的相对位置使得次镜在整个调焦范围内的波像差均满足指标的要求，装调工艺方法科学合理，操作方便。

附图说明

图1是次镜调焦机构示意图。

图2是共孔径系统示意图。

图3是次镜光轴与导轨轴线偏差调试示意图。

图4是次镜零位位置装调光路示意图。

图5是次镜离焦位置装调光路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，包括以下步骤：

步骤1：确定次镜光轴与次镜调焦机构导轨轴线偏差

1.1选用中心偏测量仪，将次镜调焦机构置于中心偏测量仪回转台上，并以次镜装配框为基准定心装配，如图3所示；

1.2将次镜调整至导轨上的一处位置，此时测量次镜的偏心误差C1，然后将次镜调整至导轨上的另一处位置，测量次镜的偏心误差C2；

1.3根据次镜偏心误差C1和C2，并进行比较，然后调整导轨方向，使C1＝C2，使得导轨轴线与仪器回转台转轴一致；

1.4原位调次镜相对于导轨的位置，利用双光路测量法，使次镜背面的平面自准反射像与自身十字重合，次镜正面的球心划圈像组合的光轴偏满足6秒要求，此时次镜的光轴与导轨轴线一致。

步骤2：含有次镜调焦机构的共孔径光学系统的装调

2.1将次镜调焦机构装配到主镜框上，按照出射光为平行光的原始零位位置进行装调，先将用作平面补偿镜的平面工装反射镜调整至与干涉仪自准的位置，然后按照图4搭建装调光路，将共光路组件置于装调光路中，主镜靠近干涉仪布置，次镜位于主镜和平面工装反射镜之间，同时利用主镜框背面的装调基准调整其位置与干涉仪自准。此时借助于干涉仪进行在线自准直调校，调整次镜调焦机构整体装配位置，通过干涉仪测量共孔径光学系统波像差的值，使系统在零位满足系统波像差要求；

2.2保持步骤2.1装调后的位置，通过调整次镜调焦机构使次镜离焦，将系统分别离焦至多个位置，通过布置在主镜和次镜之间的球面透镜补偿器按图5搭建调试光路来补偿系统波像差。用干涉仪进行在线调校，可通过调整次镜调焦机构的位置，使得各个离焦位置均满足系统波像差要求。

2.3此时将光路恢复至图4所示，检查零位位置的系统波相差，满足要求后系统装调完成，若不满足重复步骤2.1和2.2，直至波像差满足系统要求，至此完成系统装调。

所述步骤1.2与1.3中，利用中心偏测量仪测量次镜某两个位置的中心偏差，根据这两个偏心误差值分离出了次镜调焦机构定心装调过程中由于定心仪回转轴系与被测对象导轨的中心偏，可以排除该系统误差，极大地提高了下一步的装调精度；优选地，两个位置分别选择导轨的一端和另一端，能够使装调精度得到更大提高。

所述步骤1.4中，利用了次镜两个反射面通过双光路中心偏测量仪实现次镜光轴的校准，能够实现6秒要求校准要求。

所述步骤2.1中，利用平面补偿镜在次镜调焦零位位置进行系统波像差装调，满足了系统波像差的要求并能够判断在次镜调焦机构部件校准合格情况下其它调焦位置波像差依然能够满足要求；

所述步骤2.2中，通过设计球面透镜补偿器与平面补偿镜组合补偿波像差，然后用步骤2.1的方法检测系统波像差，满足系统波像差要求，该步骤进一步验证了该系统装调指标的准确性。

实施例

对含有次镜调焦机构镜组的共孔径系统高精度装调过程如下：

S1:打开中心偏测量仪，将次镜调焦机构置于中心偏测量仪回转台上，次镜光轴基本与回转台光轴一致，通过回转台的调节手轮调整回转台的姿态，使次镜组件的装配基准轴(镜框外圆柱与安装面的机械基准线)与回转台回转轴重合，允差0.01mm；

S2：将次镜装入次镜框中并轻压固定，此时将次镜组件调整至次镜调焦机构导轨的一端，在中心偏测量仪中输入次镜相应的参数后，测量次镜球心像的划圈，记录测量值为C1，然后将次镜组件调整至导轨的另一端，再次测量次镜球心像的划圈，记录测量值为C2，根据C1、C2的测量值调整导轨的位置，使得C1＝C2，允差不大于0.008mm，将次镜框的机械轴和导轨的运动轴调整至重合；

S3：利用中心偏测量仪，用下光路测量次镜下表面的平面自准像，用上光路测量次镜的球心像，二者同时测量，调整次镜在次镜框中的位置，使得次镜在下表面自准的同时，球心像的中心偏差值不大于6秒，此时已经将次镜光轴与导轨轴线调整至重合，次镜调焦机构调试完成。

S4：将次镜调焦机构与主镜连接，将次镜调焦机构调整至原始零位位置(出射为平行光)进行装调，利用平面补偿镜搭建光路，将主次镜系统置于干涉仪前，借助于干涉仪进行自准直调校，调整次镜调焦机构整体装配位置，使波像差在零位满足系统波像差要求；

S5：将次镜调焦机构调整至离焦位置，目标距离分别为0.5km、1km、3km，再次搭建干涉测试光路，通过球面透镜补偿器补偿波像差，用S4中的方法检测系统波像差，从而满足系统波像差要求，至此，含有次镜调焦机构的共孔径光学系统的装调完成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定次镜光轴与次镜调焦机构导轨轴线偏差；

步骤2：含有次镜调焦机构的共孔径光学系统的装调；

所述步骤1包括以下子步骤：

1.1选用中心偏测量仪，将次镜调焦机构置于中心偏测量仪回转台上，并以次镜装配框为基准定心装配；

1.2将次镜调整至导轨上的一处位置，此时测量次镜的偏心误差C1，然后将次镜调整至导轨上的另一处位置，测量次镜的偏心误差C2；

1.3根据次镜偏心误差C1和C2，并进行比较，然后调整导轨方向，使C1=C2，使得导轨轴线与仪器回转台转轴一致；

1.4原位调次镜相对于导轨的位置，利用双光路测量法，使次镜背面的平面自准反射像与自身十字重合，次镜正面的球心划圈像组合的光轴偏满足6秒要求，此时次镜的光轴与导轨轴线一致；

所述步骤2包括以下子步骤：

2.1将次镜调焦机构装配到主镜框上，按照出射光为平行光的原始零位位置进行装调，先将用作平面补偿镜的平面工装反射镜调整至与干涉仪自准的位置，将共光路组件置于装调光路中，主镜靠近干涉仪布置，次镜位于主镜和平面工装反射镜之间，同时利用主镜框背面的装调基准调整其位置与干涉仪自准；此时，借助于干涉仪进行在线自准直调校，调整次镜调焦机构整体装配位置，通过干涉仪测量共孔径光学系统波像差的值，使系统在零位满足系统波像差要求；

2.2保持步骤2.1装调后的位置，通过调整次镜调焦机构使次镜离焦，将系统分别离焦至多个位置，通过布置在主镜和次镜之间的球面透镜补偿器来补偿系统波像差；用干涉仪进行在线调校，通过调整次镜调焦机构的位置，使得各个离焦位置均满足系统波像差要求；

2.3此时将光路恢复至步骤2.1装调后的位置，检查零位位置的系统波相差，满足要求后系统装调完成，若不满足重复步骤2.1和2.2，直至波像差满足系统要求，至此完成系统装调。

2.如权利要求1所述的含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，其特征在于，所述步骤1.2中，导轨上的两处位置分别选择导轨的一端和另一端。

3.如权利要求2所述的含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，其特征在于，所述步骤1.1中，次镜调焦机构与回转台回转轴同轴装配时的允差为0.01mm。

4.如权利要求3所述的含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，其特征在于，所述步骤1.3中，C1=C2时的允差不大于0.008mm。

5.如权利要求4所述的含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，其特征在于，所述步骤2.2中，将次镜调焦机构调整至次镜离焦，多个位置选择目标距离分别为0.5km、1km、3km。

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