CN110702032B - 一种望远镜主镜检测与标定的对准系统及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种望远镜主镜检测与标定的对准系统，包括主镜、计算全息元件、干涉仪、夏克‑哈特曼标定装置、切换反射镜、第一切换驱动装置，切换反射镜切出时，干涉仪对准主镜；切换反射镜切入时，夏克‑哈特曼标定装置对准主镜；分别与计算全息元件和干涉仪相连以调整两者位姿的第一位姿调整装置，以使干涉仪、计算全息元件和主镜对准；用于在干涉仪与主镜对准后辅助夏克‑哈特曼标定装置对准主镜的球面反射镜，用于调整球面反射镜位姿的第二位姿调整装置，以使球面反射镜与干涉仪对准；用于调整夏克‑哈特曼标定装置位姿的第三位姿调整装置，以使夏克‑哈特曼标定装置与球面反射镜对准；降低了夏克‑哈特曼标定装置与主镜对准的难度。

Description

一种望远镜主镜检测与标定的对准系统及对准方法

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，更具体地说，涉及一种望远镜主镜检测与标定的对准系统。此外，本发明还涉及一种应用于上述望远镜主镜检测与标定的对准系统的对准方法。

背景技术

在光学检测技术领域，通常采用干涉仪与计算全息元件(CGH)对望远镜的主镜进行面型检测，以判断主镜的面型是否合格。

而随着望远镜口径的增大，望远镜的主镜支撑已经由被动支撑转变为主动支撑，因此，在实际应用中，为了保持镜面的良好面型，必须利用力促动器对面型进行校正。

为此，现有技术中通常在主镜检测阶段利用夏克-哈特曼(S-H)系统对主镜进行面型标定，也即，当采用干涉仪与计算全息元件(CGH)检测到面型不合格时，将干涉仪撤掉，安装夏克-哈特曼(S-H)系统并调好位置后，获取主镜的面型数据，通过对面型数据进行处理，得到响应函数，进而与力促动器形成闭环，通过力促动器对主镜的面型进行调整校正。

然而，在主镜的检测与标定的过程中，需要频繁切换干涉仪和夏克-哈特曼(S-H)系统，通过反复测量和响应测试，来保证镜面的良好面型，不仅操作繁琐，而且对切换精度和重复精度要求很高。

因此，如何在保持主镜检测系统不动的情况下采用夏克-哈特曼(S-H)系统对主镜进行标定，成为本领域技术人员研究的一个重点和难点。

而在不破坏主镜检测系统的情况下对主镜进行标定时，在主镜检测完成后，需要对夏克-哈特曼(S-H)系统进行对准，由于夏克-哈特曼(S-H)系统受位置影响较为敏感，其视场小，无法检测到计算全息元件(CGH)的对准区域，且光源经过传播反射后回光较弱，因此，夏克-哈特曼(S-H)系统与主镜的对准非常困难。

综上所述，如何提供一种能够兼容干涉仪和夏克-哈特曼(S-H)系统且可降低夏克-哈特曼(S-H)系统与主镜的对准难度的望远镜主镜检测与标定的对准系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种望远镜主镜检测与标定的对准系统及对准方法，可在不破坏主镜检测系统的情况下，降低夏克-哈特曼标定装置与主镜的对准难度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种望远镜主镜检测与标定的对准系统，包括主镜和计算全息元件，还包括：

用于配合所述计算全息元件对所述主镜进行面型检测的干涉仪；

用于配合所述计算全息元件来获取所述主镜的面型数据以便对所述主镜进行面型标定的夏克-哈特曼标定装置；

用于使所述干涉仪和所述夏克-哈特曼标定装置切换工作的切换反射镜；

与所述切换反射镜相连且用于驱动所述切换反射镜切入或切出的第一切换驱动装置，当所述切换反射镜从所述计算全息元件和所述干涉仪之间切出时，所述干涉仪对准所述计算全息元件和所述主镜，以对所述主镜进行面型检测；当所述切换反射镜切入所述计算全息元件和所述干涉仪之间时，所述切换反射镜遮挡所述干涉仪，并使所述主镜的焦点折转至所述夏克-哈特曼标定装置中，使所述夏克-哈特曼标定装置对准所述计算全息元件和所述主镜，以便于对所述主镜进行面型标定；

分别与所述计算全息元件和所述干涉仪相连以调整两者的位姿的第一位姿调整装置，以使所述干涉仪、所述计算全息元件和所述主镜三者对准；

用于在所述干涉仪与所述主镜对准后辅助所述夏克-哈特曼标定装置对准所述主镜的球面反射镜，当所述切换反射镜切入所述计算全息元件和所述干涉仪之间时，所述球面反射镜位于所述计算全息元件和所述切换反射镜之间；

与所述球面反射镜相连且用于调整所述球面反射镜的位姿的第二位姿调整装置，以使所述球面反射镜与所述干涉仪对准；

与所述夏克-哈特曼标定装置相连且用于调整所述夏克-哈特曼标定装置的位姿的第三位姿调整装置，以使所述夏克-哈特曼标定装置与所述球面反射镜对准。

优选地，还包括与所述球面反射镜相连且用于驱动所述球面反射镜切入或切出所述计算全息元件和所述干涉仪之间的第二切换驱动装置。

优选地，所述第一位姿调整装置包括两个相同的位姿调整模组，所述计算全息元件和所述干涉仪分别与两个所述位姿调整模组一一对应相连。

优选地，两个所述位姿调整模组、所述第二位姿调整装置和所述第三位姿调整装置的结构相同。

优选地，两个所述位姿调整模组、所述第二位姿调整装置和所述第三位姿调整装置中的至少一者为五维调整台，所述五维调整台包括：

底板、X向移动板和与所述X向移动板螺纹连接以驱动所述X向移动板沿X轴移动的X向推拉顶丝，所述底板与所述X向移动板之间设有X向滑轨导向机构；

Y向移动板和与所述Y向移动板螺纹连接以驱动所述Y向移动板沿Y轴移动的Y向推拉顶丝，所述Y向移动板与所述X向移动板之间设有Y向滑轨导向机构；

Z向移动座和与所述Y向移动板相连的转接板，所述Z向移动座与所述Y向移动板之间设有Z向滑轨导向机构，所述转接板设有与之螺纹连接的Z向推拉顶丝，以推动所述Z向移动座沿Z轴移动；

与所述Z向移动座转动连接的Z向转动板和与所述Z向移动座相连且用于推动所述Z向转动板绕Z轴转动的Z向转动推拉顶丝；

与所述Z向转动板通过偏摆支点相连的偏摆板和与所述Z向转动板相连且用于推动所述偏摆板绕所述偏摆支点摆动的偏摆推拉顶丝，所述偏摆板与所述Z向转动板之间设有拉簧。

优选地，所述切换反射镜切入所述计算全息元件和所述干涉仪之间时，所述切换反射镜相对所述计算全息元件和所述干涉仪之间的连线方向倾斜45度角，以使所述主镜的焦点位置折转90度。

优选地，所述第一切换驱动装置包括：

用于设置所述切换反射镜的支撑组件；

与所述支撑组件相连且用于驱动所述支撑组件直线往复移动的直线驱动机构。

优选地，所述支撑组件包括：

与所述直线驱动机构的输出端相连的支撑座；

与所述支撑座固定连接且用于设置所述切换反射镜的镜框；

嵌设于所述镜框的边缘部以压紧所述切换反射镜的压圈。

一种望远镜主镜检测与标定的对准方法，包括：

分别调整干涉仪和计算全息元件的位姿，以使所述干涉仪、所述计算全息元件和所述主镜三者对准；

在所述干涉仪和所述计算全息元件之间设置一个球面反射镜，调整所述球面反射镜的位姿，以使所述球面反射镜与所述干涉仪对准；

在所述球面反射镜和所述干涉仪之间切入切换反射镜；

调整夏克-哈特曼标定装置的位姿，以使所述夏克-哈特曼标定装置与所述球面反射镜对准。

优选地，在所述的调整夏克-哈特曼标定装置的位姿，以使所述夏克-哈特曼标定装置与所述球面反射镜对准之后，还包括：

撤掉所述球面反射镜；

当需要对所述主镜进行面型检测时，将所述切换反射镜切出，以使所述切换反射镜避让所述干涉仪的光路；

当需要对所述主镜进行面型标定时，将所述切换反射镜切入所述干涉仪和所述计算全息元件之间，以使所述切换反射镜遮挡所述干涉仪，使所述夏克-哈特曼标定装置对准所述计算全息元件和所述主镜，以便于对所述主镜进行面型标定。

本发明提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统，将干涉仪和夏克-哈特曼标定装置集成于同一个系统中，通过切换反射镜的切入或切出，实现干涉仪和夏克-哈特曼标定装置的切换工作，从而可实现对主镜进行面型检测和面型标定的快速分时工作。相比于现有技术通过频繁切换干涉仪和夏克-哈特曼(S-H)系统来实现对面型的检测和标定，该望远镜主镜检测与标定的对准系统无需反复拆装干涉仪和夏克-哈特曼标定装置，操作简单，而且，可以随时进行检测和标定的切换，对切换反射镜的切换精度和重复精度要求不高；另外，只需要对干涉仪和夏克-哈特曼标定装置的位姿调整一次，使两者分别与主镜对准即可，后续的每次测量或标定均无需再次调整干涉仪和夏克-哈特曼标定装置的位姿，因此，进一步降低了操作的复杂性和难度；进一步地，干涉仪的检测数据与夏克-哈特曼标定装置获取的面型数据可以相互验证，提高了系统的可靠性。

进一步地，本发明通过引入球面反射镜，使干涉仪和夏克-哈特曼标定装置分别与球面反射镜对准，由于在干涉仪和球面反射镜对准之前，已通过第一位姿调整装置使干涉仪、计算全息元件和主镜三者对准，因此，当以球面反射镜为基准，使夏克-哈特曼标定装置与球面反射镜对准时，则使得夏克-哈特曼标定装置与主镜对准。可见，这种对准方法简单，可重复性强，精度高，极大地降低了主镜标定难度和装调时间，提高了装调检测效率，在不破坏主镜检测系统的情况下，降低了夏克-哈特曼标定装置与主镜的对准难度。

本发明提供的望远镜主镜检测与标定的对准方法，由于干涉仪、计算全息元件和主镜三者对准后，再使球面反射镜与干涉仪对准时，则可保证球面反射镜与主镜的位姿相同；因此，当夏克-哈特曼标定装置与球面反射镜对准时，则表明夏克-哈特曼标定装置与主镜对准。

该对准方法简单，可重复性强，精度高，极大地降低了主镜标定难度和装调时间，提高了装调检测效率，在不破坏主镜检测系统的情况下，降低了夏克-哈特曼标定装置与主镜的对准难度。

进一步地，在主镜进行检测或标定时，只需要撤掉球面反射镜，通过切入或切出切换反射镜，即可实现主镜检测和主镜标定的分时工作，以在不破坏主镜检测系统的情况下，降低夏克-哈特曼标定装置与主镜的对准难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统中夏克-哈特曼标定装置与球面反射镜对准的原理图；

图2为图1所示望远镜主镜检测与标定的对准系统中球面反射镜与干涉仪对准的原理图；

图3为图1所示望远镜主镜检测与标定的对准系统撤掉球面反射镜后处于主镜标定状态的原理图；

图4为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统中五维调整台的结构示意图；

图5为图4的半剖视图；

图6为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统中第一切换驱动装置的结构示意图；

图7为图6的剖视图；

图8为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准方法的流程图。

图1至图7中的附图标记如下：

1为主镜、2为计算全息元件、3为干涉仪、4为夏克-哈特曼标定装置、5为切换反射镜、6为球面反射镜、71为底板、721为X向推拉顶丝、722为X向滑轨导向机构、731为Y向推拉顶丝、732为Y向滑轨导向机构、741为Z向移动座、742为Z向滑轨导向机构、743为Z向推拉顶丝、751为Z向转动板、752为Z向转动推拉顶丝、761为偏摆支点、762为偏摆板、763为偏摆推拉顶丝、764为拉簧、81为支撑座、811为挡片、82为镜框、83为压圈、841为电机、842为螺母、85为导向杆、851为上限位座、86为直线轴承、861为卡环、87为底座、88为限位开关、89为压簧。

具体实施方式

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种望远镜主镜检测与标定的对准系统及对准方法，可在不破坏主镜检测系统的情况下，降低夏克-哈特曼标定装置与主镜的对准难度。

请参考图1-图3，图1为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统中夏克-哈特曼标定装置与球面反射镜对准的原理图；图2为图1所示望远镜主镜检测与标定的对准系统中球面反射镜与干涉仪对准的原理图；图3为图1所示望远镜主镜检测与标定的对准系统撤掉球面反射镜后处于主镜标定状态的原理图。

本发明提供一种望远镜主镜检测与标定的对准系统，包括主镜1、计算全息元件2、干涉仪3、夏克-哈特曼标定装置4、切换反射镜5、第一切换驱动装置、球面反射镜6、第一位姿调整装置、第二位姿调整装置和第三位姿调整装置。

需要说明的是，本发明中的主镜1主要指本领域中大口径望远镜对应的主镜1；本发明中的计算全息元件2的主体结构及其功能原理分别与现有技术中常规的计算全息元件2的结构及功能原理相同，本文不再赘述。

另外，干涉仪3用于配合计算全息元件2对主镜1进行面型检测，其检测方法与现有技术中的检测方法相同，本文不再赘述。

优选地，干涉仪3为4D干涉仪3。

夏克-哈特曼标定装置4用于配合计算全息元件2来获取主镜1的面型数据，以便对主镜1进行面型标定，夏克-哈特曼标定装置4的结构及其工作原理也可以参见现有技术，本文不做具体限定。

本发明的一个重点在于，将干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4集成于一个系统中，并通过增设切换反射镜5，利用第一切换驱动装置驱动切换反射镜5切入或切出计算全息元件2和干涉仪3之间，来实现干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4的切换工作，从而可实现对主镜1进行面型检测和面型标定的分时工作。

具体地，切换反射镜5与第一切换驱动装置相连，第一切换驱动装置用于驱动切换反射镜5运动，以使切换反射镜5切入计算全息元件2和干涉仪3之间，或使切换反射镜5从计算全息元件2和干涉仪3之间切出。

当切换反射镜5从计算全息元件2和干涉仪3之间切出时，干涉仪3对准计算全息元件2和主镜1，干涉仪3、计算全息元件2和主镜1形成主镜1面型检测系统，此时，通过干涉仪3和计算全息元件2可对主镜1进行面型检测。

当切换反射镜5切入计算全息元件2和干涉仪3之间时，切换反射镜5遮挡干涉仪3，并使夏克-哈特曼标定装置4对准计算全息元件2和主镜1，此时，夏克-哈特曼标定装置4、切换反射镜5、计算全息元件2和主镜1形成主镜1面型标定系统，通过夏克-哈特曼标定装置4和计算全息元件2可获取主镜1的面型数据。当夏克-哈特曼标定装置4获取主镜1的面型数据后，通过对面型数据进行处理，可得到响应函数，以便于根据该响应函数通过力促器来对主镜1的面型进行校正，以实现对主镜1面型的标定。

可以理解的是，在利用干涉仪3和计算全息元件2对主镜1进行面型检测之前，需要首先使干涉仪3和计算全息元件2均与主镜1对准，因此，本发明采用第一位姿调整装置来调整计算全息元件2和干涉仪3的位姿，以使干涉仪3、计算全息元件2和主镜1三者对准。

需要说明的是，本实施例对第一位姿调整装置的具体结构及其位姿调整方式不做限定，只要能够调整干涉仪3和计算全息元件2的位姿，使两者均与主镜1对准即可。例如，第一位姿调整装置可以调整干涉仪3与计算全息元件2的相对位置，以使干涉仪3与计算全息元件2对准，并且，第一位姿调整装置可整体调整干涉仪3和计算全息元件2的位姿，使两者再与主镜1对准，对准的标准请参见现有技术，例如，可以使干涉仪3检测的主镜1面型数据的均方值最小，并与设计分析的结果相一致，本文不做具体详述。

进一步地，考虑到夏克-哈特曼标定装置4与主镜1对准的问题，本发明的另一个重点在于，通过增设球面反射镜6，并配合第二位姿调整装置和第三位姿调整装置来使得夏克-哈特曼标定装置4与主镜1对准。

具体地，球面反射镜6用于在干涉仪3与主镜1对准后辅助夏克-哈特曼标定装置4对准主镜1，球面反射镜6与第二位姿调整装置相连，以通过第二位姿调整装置来调整球面反射镜6的位置和姿态，从而使球面反射镜6与干涉仪3对准。

当切换反射镜5切入计算全息元件2和干涉仪3之间时，球面反射镜6位于计算全息元件2和切换反射镜5之间，此时，可以以球面反射镜6为基准，来对准夏克-哈特曼标定装置4。

夏克-哈特曼标定装置4与第三位姿调整装置相连，以通过第三位姿调整装置来调整夏克-哈特曼标定装置4的位置和姿态，使夏克-哈特曼标定装置4与球面反射镜6对准。

使用时，在通过第一位姿调整装置将干涉仪3和计算全息元件2调整至干涉仪3、计算全息元件2和主镜1三者对准的状态后，或者在利用干涉仪3和计算全息元件2对主镜1的面型检测之后，在计算全息元件2和干涉仪3之间放入球面反射镜6，并通过第二位姿调整装置调整球面反射镜6的位置和姿态，使球面反射镜6与干涉仪3对准，以便以球面反射镜6为基准，来对准夏克-哈特曼标定装置4。

在球面反射镜6与干涉仪3对准的过程中，利用干涉仪3检测球面反射镜6，使其面型误差最小，如图2所示，根据像差理论可知，出现零级条纹时，干涉仪3焦点与球面反射镜6的曲率中心对准。

在对准夏克-哈特曼标定装置4时，通过第一切换驱动装置将切换反射镜5切入计算全息元件2和干涉仪3之间，此时，球面反射镜6位于计算全息元件2和切换反射镜5之间，然后，利用第三位姿调整装置来调整夏克-哈特曼标定装置4的位置和姿态，使夏克-哈特曼标定装置4与球面反射镜6对准。也即，此时，球面反射镜6、切换反射镜5、夏克-哈特曼标定装置4和第三位姿调整装置形成夏克-哈特曼标定装置4对准系统。

在夏克-哈特曼标定装置4与球面反射镜6对准的过程中，利用夏克-哈特曼标定装置4检测球面反射镜6的波前像差，当夏克-哈特曼标定装置4的检测结果为零级条纹时，即可认为夏克-哈特曼标定装置4的焦点与球面反射镜6的曲率中心对准。

由于干涉仪3已经与主镜1对准，而对于同一块球面反射镜6来说，其球心、焦点和面型都是一定的，因此，当球面反射镜6与干涉仪3对准时，则表明球面反射镜6与主镜1对准；进而，当夏克-哈特曼标定装置4与球面反射镜6对准时，则表明夏克-哈特曼标定装置4与主镜1对准。

需要说明的是，本发明对第二位姿调整装置和第三位姿调整装置的具体结构及各自的位姿调整方式不做限定，只要能够调整球面反射镜6和夏克-哈特曼标定装置4的位姿即可。

由此可以看出，本发明提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统，将干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4集成于同一个系统中，通过第一切换驱动装置驱动切换反射镜5移动，使切换反射镜5切入计算全息元件2和干涉仪3之间，或从计算全息元件2和干涉仪3之间切出。当切换反射镜5从计算全息元件2和干涉仪3之间切出时，可利用干涉仪3和计算全息元件2对主镜1进行面型检测；当切换反射镜5切入计算全息元件2和干涉仪3之间时，可利用夏克-哈特曼标定装置4和计算全息元件2来获取主镜1的面型数据，以便于根据该面型数据实现对主镜1面型的标定。

也即，通过切换反射镜5的切入或切出，实现干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4的切换工作，从而可实现对主镜1进行面型检测和面型标定的快速分时工作。相比于现有技术通过频繁切换干涉仪3和夏克-哈特曼(S-H)系统来实现对面型的检测和标定，该望远镜主镜检测与标定的对准系统无需反复拆装干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4，操作简单，而且，可以随时进行检测和标定的切换，对切换反射镜5的切换精度和重复精度要求不高；另外，只需要对干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4的位姿调整一次，使两者分别与主镜1对准即可，后续的每次测量或标定均无需再次调整干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4的位姿，因此，进一步降低了操作的复杂性和难度；进一步地，干涉仪3的检测数据与夏克-哈特曼标定装置4获取的面型数据可以相互验证，提高了系统的可靠性。

进一步地，本发明通过引入球面反射镜6，使干涉仪3和夏克-哈特曼标定装置4分别与球面反射镜6对准，由于在干涉仪3和球面反射镜6对准之前，已通过第一位姿调整装置使干涉仪3、计算全息元件2和主镜1三者对准，因此，当以球面反射镜6为基准，使夏克-哈特曼标定装置4与球面反射镜6对准时，则使得夏克-哈特曼标定装置4与主镜1对准。

可见，这种对准方法简单，可重复性强，精度高，极大地降低了主镜1标定难度和装调时间，提高了装调检测效率，在不破坏主镜1检测系统的情况下，降低了夏克-哈特曼标定装置4与主镜1的对准难度。

考虑到夏克-哈特曼标定装置4与主镜1对准和对主镜1进行面型标定的快速切换问题，在上述实施例的基础之上，还包括与球面反射镜6相连且用于驱动球面反射镜6切入或切出计算全息元件2和干涉仪3之间的第二切换驱动装置。

也就是说，在需要对夏克-哈特曼标定装置4进行对准时，通过第二切换驱动装置驱使球面反射镜6切入计算全息元件2和干涉仪3之间；在需要利用夏克-哈特曼标定装置4对主镜1进行标定时，通过第二切换驱动装置使球面反射镜6从计算全息元件2和干涉仪3之间切出。

本发明对第二切换驱动装置的具体结构不做限定，只要能够驱动球面反射镜6切入或切出计算全息元件2和干涉仪3之间即可。

考虑到第一位姿调整装置结构的简单及便于实现性，在上述各个实施例的基础之上，第一位姿调整装置包括两个结构相同的位姿调整模组，计算全息元件2和干涉仪3分别与两个位姿调整模组一一对应相连。

也即，本实施例通过两个位姿调整模组来分别调整干涉仪3和计算全息元件2的位姿，使得干涉仪3和计算全息元件2的位姿调整更加灵活方便。

考虑到整体结构的简单性，优选地，在上述实施例的基础之上，两个位姿调整模组、第二位姿调整装置和第三位姿调整装置的结构相同。

当然，位姿调整模组、第二位姿调整装置和第三位姿调整装置的结构也可以不相同。

考虑到位姿调整模组和/或第二位姿调整装置和/或第三位姿调整装置的具体结构，在上述各个实施例的基础之上，两个位姿调整模组、第二位姿调整装置和第三位姿调整装置中的至少一者为五维调整台，请参考图4和图5，图4为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统中五维调整台的结构示意图；图5为图4的半剖视图。

具体地，五维调整台包括底板71、X向移动板、X向推拉顶丝721、X向滑轨导向机构722、Y向移动板、Y向推拉顶丝731、Y向滑轨导向机构732、Z向移动座741、转接板、Z向推拉顶丝743、Z向滑轨导向机构742、Z向转动板751、Z向转动推拉顶丝752、偏摆板762和偏摆推拉顶丝763等。

具体地，底板71与X向移动板之间设有X向滑轨导向机构722，X向推拉顶丝721与X向移动板之间螺纹连接，以通过旋拧X向推拉顶丝721，使X向移动板沿空间直角坐标系的X轴移动，通过改变X向推拉顶丝721的旋拧方向，可改变X向移动板的移动方向。

优选地，X向移动板设有用于与X向推拉顶丝721螺纹连接的固定块，底板71设有用于顶推X向推拉顶丝721以避免X向推拉顶丝721轴向移动的顶推块。

Y向移动板与X向移动板之间设有Y向滑轨导向机构732，Y向推拉顶丝731与Y向移动板之间螺纹连接，以通过旋拧Y向推拉顶丝731，使Y向移动板沿空间直角坐标系的Y轴移动，通过改变Y向推拉顶丝731的旋拧方向，可改变Y向移动板的移动方向。

优选地，Y向移动板设有用于与Y向推拉顶丝731螺纹连接的固定块，X向移动板设有用于顶推Y向推拉顶丝731以避免Y向推拉顶丝731轴向移动的顶推块。

Z向移动座741与Y向移动板之间设有Z向滑轨导向机构742，转接板与Z向移动座741相连，Z向推拉顶丝743与转接板之间螺纹连接，以通过旋拧Z向推拉顶丝743，使Z向推拉顶丝743推动Z向移动座741沿空间坐标系的Z轴移动，通过改变Z向推拉顶丝743的旋拧方向，可改变Z向移动座741的移动方向。

Z向转动板751与Z向移动座741转动连接，Z向转动推拉顶丝752与Z向移动座741螺纹连接，以通过旋拧Z向转动推拉顶丝752，使Z向转动推拉顶丝752推动Z向转动板751绕空间直角坐标系的Z轴转动。

优选地，Z向转动板751设有用于与Z向转动推拉顶丝752的末端相抵的顶推块，以使Z向转动推拉顶丝752通过推动该顶推块，来推动Z向转动板751转动。

偏摆板762通过偏摆支点761与Z向转动板751相连，偏摆推拉顶丝763与Z向转动板751螺纹连接，以通过旋拧偏摆推拉顶丝763，使偏摆推拉顶丝763推动偏摆板762绕偏摆支点761摆动；偏摆板762与Z向转动板751之间设有拉簧764。

可以理解的是，干涉仪3、计算全息元件2、球面反射镜6或夏克-哈特曼标定装置4设置在偏摆板762上。

可以理解的是，在上述各个实施例中，夏克-哈特曼标定装置4的具体设置位置与切换反射镜5的倾斜角度有关，本发明对切换反射镜5的具体倾斜角度不做限定，只要能够保证切换反射镜5可遮挡干涉仪3的光路，并能够使夏克-哈特曼标定装置4与主镜1之间的光路导通即可。

作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，切换反射镜5切入计算全息元件2和干涉仪3之间时，切换反射镜5相对计算全息元件2和干涉仪3之间的连线方向倾斜45度角，以使主镜1的焦点位置折转90度。

本发明对第一切换驱动装置的具体结构不做限定，只要能够驱动切换反射镜5运动，以实现切换反射镜5切入或切出计算全息元件2和干涉仪3之间即可。

请参考图6和图7，图6为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统中第一切换驱动装置的结构示意图；图7为图6的剖视图。

考虑到切换反射镜5运动的简单及便于实现性，在上述各个实施例的基础之上，第一切换驱动装置包括用于设置切换反射镜5的支撑组件和与支撑组件相连的直线驱动机构。

考虑到支撑组件的具体结构，在上述实施例的基础之上，支撑组件包括支撑座81、镜框82和压圈83。

支撑座81主要起到承载和传递运动的作用，支撑座81与直线驱动机构的输出端相连。

镜框82固定安装在支撑座81上，优选地，支撑座81设有用于安装镜框82的安装槽，镜框82固设于该安装槽内，以避免切换反射镜5的镜面凸出于支撑座81的端面，从而可保护切换反射镜5。

压圈83嵌设于镜框82的边缘部，以压紧切换反射镜5，确保切换反射镜5安装的牢固性。

考虑到直线驱动机构具体结构的实现，在上述各个实施例的基础之上，直线驱动机构包括电机841、与电机841的输出轴相连的螺杆、与螺杆螺纹连接的螺母842和与螺杆平行设置的导向杆85，支撑组件与螺母842相连，同时，支撑组件与导向杆85滑动连接，导向杆85用于对支撑组件进行限位和导向。

也就是说，本实施例通过电机841的正反转，来带动螺杆转动，从而在导向杆85的限位作用下，使螺母842带动支撑组件沿螺杆的长度方向往复移动，以此实现切换反射镜5的切入或切出。

考虑到切换反射镜5运动的平稳性，优选地，支撑组件通过直线轴承86与导向杆85滑动连接。

优选地，导向杆85的数量为两个，支撑组件分别通过直线轴承86与两个导向杆85滑动连接，以进一步确保切换反射镜5运动的平稳性。

优选地，还包括用于对直线轴承86进行轴向限位的卡环861。

另外，为了消除螺母842与螺杆之间的间隙，避免支撑组件在运动过程中卡顿等，优选地，支撑组件设有凸缘，凸缘设有用于供螺杆穿过的让位孔，螺母842与凸缘之间设有压簧89。

为了对切换反射镜5切入或切出的极限位置进行限定，在上述实施例的基础之上，导向杆85的顶部设有用于对支撑组件进行限位的上限位座851，导向杆85的底部与用于承载的底座87相连，上限位座851和底座87分别设有限位开关88，支撑组件设有用于触发限位开关88的挡片811，该望远镜主镜检测与标定的对准系统还包括分别与电机841和限位开关88相连的控制器，以使控制器根据限位开关88的触发信号控制电机841停止转动。

考虑到结构的限制，优选地，支撑组件设有两个挡片811，分别用于对应触发上限位座851和底座87上的限位开关88。

也就是说，当挡片811触发上限位座851上的限位开关88时，表明支撑组件移动至最高位置，此时，上限位座851上的限位开关88将这一触发信号发送至控制器，控制器根据其接收到的触发信号控制电机841停止转动，从而使切换反射镜5停止移动，使切换反射镜5停留在切入或切出的极限位置处。

当挡片811触发底座87上的限位开关88时，表明支撑组件移动至最低位置，此时，底座87上的限位开关88将这一触发信号发送至控制器，控制器根据其接收到的触发信号控制电机841停止转动，从而使切换反射镜5停止移动，使切换反射镜5停留在切出或切入的极限位置处。

请参考图8，为本发明具体实施例所提供的望远镜主镜检测与标定的对准方法的流程图。

除了上述望远镜主镜检测与标定的对准系统，本发明还提供一种望远镜主镜检测与标定的对准方法，该对准方法可应用于上述实施例公开的望远镜主镜检测与标定的对准系统，该望远镜主镜检测与标定的对准方法包括以下步骤：

S1：分别调整干涉仪和计算全息元件的位姿，以使干涉仪、计算全息元件和主镜三者对准。

需要说明的是，干涉仪和计算全息元件的具体调整方式以及干涉仪、计算全息元件和主镜三者对准的标准分别与现有技术中的调整方式及对准标准相同。

优选地，采用上述望远镜主镜检测与标定的对准系统中的第一位姿调整装置来调整干涉仪和计算全息元件的位姿，以使干涉仪、计算全息元件和主镜三者对准。

S2：在干涉仪和计算全息元件之间设置一个球面反射镜，调整球面反射镜的位姿，以使球面反射镜与干涉仪对准。

优选地，采用上述望远镜主镜检测与标定的对准系统中的第二位姿调整装置来调整球面反射镜的位姿，以使球面反射镜与干涉仪对准。

S3：在球面反射镜和干涉仪之间切入切换反射镜。

优选地，通过上述望远镜主镜检测与标定的对准系统中的第一切换驱动装置驱使切换反射镜切入球面反射镜和干涉仪之间。

S4：调整夏克-哈特曼标定装置的位姿，以使夏克-哈特曼标定装置与球面反射镜对准。

优选地，采用上述望远镜主镜检测与标定的对准系统中的第三位姿调整装置来调整夏克-哈特曼标定装置的位姿，以使夏克-哈特曼标定装置4与球面反射镜对准。

由于干涉仪、计算全息元件和主镜三者对准后，再使球面反射镜与干涉仪对准时，则可保证球面反射镜与主镜的位姿相同；因此，当夏克-哈特曼标定装置与球面反射镜对准时，则表明夏克-哈特曼标定装置与主镜对准。

该对准方法简单，可重复性强，精度高，极大地降低了主镜标定难度和装调时间，提高了装调检测效率，在不破坏主镜检测系统的情况下，降低了夏克-哈特曼标定装置与主镜的对准难度。

进一步地，在主镜进行检测或标定时，只需要撤掉球面反射镜，通过切入或切出切换反射镜，即可实现主镜检测和主镜标定的分时工作。

考虑到干涉仪和夏克-哈特曼标定装置分别与主镜对准后的面型检测和面型标定问题，在上述实施例的基础之上，在调整夏克-哈特曼标定装置的位姿，以使夏克-哈特曼标定装置与球面反射镜对准之后，还包括：

撤掉球面反射镜。

当需要对主镜进行面型检测时，将切换反射镜切出，以使切换反射镜避让干涉仪的光路。

当需要对主镜进行面型标定时，将切换反射镜切入干涉仪和计算全息元件之间，以使切换反射镜遮挡干涉仪，使夏克-哈特曼标定装置对准计算全息元件和主镜，以便于对主镜进行面型标定。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的望远镜主镜检测与标定的对准系统及对准方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种望远镜主镜检测与标定的对准系统，包括主镜(1)和计算全息元件(2)，其特征在于，还包括：

用于配合所述计算全息元件(2)对所述主镜(1)进行面型检测的干涉仪(3)；

用于配合所述计算全息元件(2)来获取所述主镜(1)的面型数据以便对所述主镜(1)进行面型标定的夏克-哈特曼标定装置(4)；

用于使所述干涉仪(3)和所述夏克-哈特曼标定装置(4)切换工作的切换反射镜(5)；

与所述切换反射镜(5)相连且用于驱动所述切换反射镜(5)切入或切出的第一切换驱动装置，当所述切换反射镜(5)从所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)之间切出时，所述干涉仪(3)对准所述计算全息元件(2)和所述主镜(1)，以对所述主镜(1)进行面型检测；当所述切换反射镜(5)切入所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)之间时，所述切换反射镜(5)遮挡所述干涉仪(3)，并使所述主镜(1)的焦点折转至所述夏克-哈特曼标定装置(4)中，使所述夏克-哈特曼标定装置(4)对准所述计算全息元件(2)和所述主镜(1)，以便于对所述主镜(1)进行面型标定；

分别与所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)相连以调整两者的位姿的第一位姿调整装置，以使所述干涉仪(3)、所述计算全息元件(2)和所述主镜(1)三者对准；

用于在所述干涉仪(3)与所述主镜(1)对准后辅助所述夏克-哈特曼标定装置(4)对准所述主镜(1)的球面反射镜(6)，当所述切换反射镜(5)切入所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)之间时，所述球面反射镜(6)位于所述计算全息元件(2)和所述切换反射镜(5)之间；

与所述球面反射镜(6)相连且用于调整所述球面反射镜(6)的位姿的第二位姿调整装置，以使所述球面反射镜(6)与所述干涉仪(3)对准；

与所述夏克-哈特曼标定装置(4)相连且用于调整所述夏克-哈特曼标定装置(4)的位姿的第三位姿调整装置，以使所述夏克-哈特曼标定装置(4)与所述球面反射镜(6)对准。

2.根据权利要求1所述的望远镜主镜检测与标定的对准系统，其特征在于，还包括与所述球面反射镜(6)相连且用于驱动所述球面反射镜(6)切入或切出所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)之间的第二切换驱动装置。

3.根据权利要求1所述的望远镜主镜检测与标定的对准系统，其特征在于，所述第一位姿调整装置包括两个相同的位姿调整模组，所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)分别与两个所述位姿调整模组一一对应相连。

4.根据权利要求3所述的望远镜主镜检测与标定的对准系统，其特征在于，两个所述位姿调整模组、所述第二位姿调整装置和所述第三位姿调整装置的结构相同。

5.根据权利要求3所述的望远镜主镜检测与标定的对准系统，其特征在于，两个所述位姿调整模组、所述第二位姿调整装置和所述第三位姿调整装置中的至少一者为五维调整台，所述五维调整台包括：

底板(71)、X向移动板和与所述X向移动板螺纹连接以驱动所述X向移动板沿X轴移动的X向推拉顶丝(721)，所述底板(71)与所述X向移动板之间设有X向滑轨导向机构(722)；

Y向移动板和与所述Y向移动板螺纹连接以驱动所述Y向移动板沿Y轴移动的Y向推拉顶丝(731)，所述Y向移动板与所述X向移动板之间设有Y向滑轨导向机构(732)；

Z向移动座(741)和与所述Y向移动板相连的转接板，所述Z向移动座(741)与所述Y向移动板之间设有Z向滑轨导向机构(742)，所述转接板设有与之螺纹连接的Z向推拉顶丝(743)，以推动所述Z向移动座(741)沿Z轴移动；

与所述Z向移动座(741)转动连接的Z向转动板(751)和与所述Z向移动座(741)相连且用于推动所述Z向转动板(751)绕Z轴转动的Z向转动推拉顶丝(752)；

与所述Z向转动板(751)通过偏摆支点(761)相连的偏摆板(762)和与所述Z向转动板(751)相连且用于推动所述偏摆板(762)绕所述偏摆支点(761)摆动的偏摆推拉顶丝(763)，所述偏摆板(762)与所述Z向转动板(751)之间设有拉簧(764)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的望远镜主镜检测与标定的对准系统，其特征在于，所述切换反射镜(5)切入所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)之间时，所述切换反射镜(5)相对所述计算全息元件(2)和所述干涉仪(3)之间的连线方向倾斜45度角，以使所述主镜(1)的焦点位置折转90度。

7.根据权利要求1-5任一项所述的望远镜主镜检测与标定的对准系统，其特征在于，所述第一切换驱动装置包括：

用于设置所述切换反射镜(5)的支撑组件；

与所述支撑组件相连且用于驱动所述支撑组件直线往复移动的直线驱动机构。

8.根据权利要求7所述的望远镜主镜检测与标定的对准系统，其特征在于，所述支撑组件包括：

与所述直线驱动机构的输出端相连的支撑座(81)；

与所述支撑座(81)固定连接且用于设置所述切换反射镜(5)的镜框(82)；

嵌设于所述镜框(82)的边缘部以压紧所述切换反射镜(5)的压圈(83)。

9.一种望远镜主镜检测与标定的对准方法，其特征在于，包括：

分别调整干涉仪和计算全息元件的位姿，以使所述干涉仪、所述计算全息元件和所述主镜三者对准；

在所述干涉仪和所述计算全息元件之间设置一个球面反射镜，调整所述球面反射镜的位姿，以使所述球面反射镜与所述干涉仪对准；

在所述球面反射镜和所述干涉仪之间切入切换反射镜；

调整夏克-哈特曼标定装置的位姿，以使所述夏克-哈特曼标定装置与所述球面反射镜对准。

10.根据权利要求9所述的望远镜主镜检测与标定的对准方法，其特征在于，在所述的调整夏克-哈特曼标定装置的位姿，以使所述夏克-哈特曼标定装置与所述球面反射镜对准之后，还包括：

撤掉所述球面反射镜；

当需要对所述主镜进行面型检测时，将所述切换反射镜切出，以使所述切换反射镜避让所述干涉仪的光路；

当需要对所述主镜进行面型标定时，将所述切换反射镜切入所述干涉仪和所述计算全息元件之间，以使所述切换反射镜遮挡所述干涉仪，使所述夏克-哈特曼标定装置对准所述计算全息元件和所述主镜，以便于对所述主镜进行面型标定。

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