CN110887638A - 一种光学系统像平面绘制装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学系统像平面绘制装置与方法。装置利用激光干涉仪和标准平面镜确定光学系统中心视场的焦点位置；激光跟踪仪建立光学系统的坐标系；将激光跟踪仪的测量球的球心调至光学系统中心视场的焦点位置，记录该点坐标位置；将测量球移动到激光干涉仪背部并固定，记录该点坐标位置；测量其他视场的焦点位置，激光跟踪仪记录各视场的测量球的坐标位置；将坐标位置进行换算，最后绘制成像平面。本发明采用干涉测量与几何量测量相结合，将计算机技术应用于光学系统装调中，提出了一种行之有效的像平面绘制方法，可以快速、准确地找到系统各视场的焦点位置，通过坐标建立与解算，快速、定量、有序地完成像平面的绘制。

Description

一种光学系统像平面绘制装置与方法
技术领域
本发明涉及光学系统装调及检测技术领域，特别是涉及一种光学系统像平面绘制装置和方法。
背景技术
光学系统在研制过程中，像平面位置是光学系统成像质量的一个重要指标，可以为探测器配准工序的完成提供重要依据，从而能够快速、准确得完成探测器配准，获得较理想的成像质量。
对于小视场的光学系统来说，可以通过经纬仪、干涉仪等手段准确的获得系统焦点位置，从而间接获得系统的像平面。而对于大视场的光学系统来说，如果继续采用经纬仪或者干涉仪等手段获取精确的单个视场焦点位置代替整个像平面的位置，就会因为视场大导致边缘视场离焦。
发明内容
为了解决大视场光学系统用单个视场焦点位置代替整个像平面的位置会导致边缘视场离焦的问题，本发明提供了一种光学系统像平面绘制装置和方法。
一种光学系统像面绘制装置，包括激光干涉仪、五维调节机构、标准平面镜以及激光跟踪仪，激光跟踪仪由主体控制器和测量球组成；其特征在于：激光干涉仪放置在光学系统像平面一侧，标准平面镜放置在光学系统入瞳一侧，激光跟踪仪的主体控制器放置在光学系统一侧，可同时探测到像平面位置和光学系统。
标准平面镜的面形精度RMS优于1/50λ@632.8nm，具有俯仰和偏摆方向调节功能，孔径不小于光学系统口径。
激光干涉仪固定在五维调节机构上，五维调节机构具有俯仰、偏摆以及三维平移方向的调节功能。
激光跟踪仪具有空间几何量测量功能，测量球放置在像平面位置时具有三维平移调节功能。
一种光学系统像平面绘制装置和方法步骤如下：
根据标准平面镜相对于光学系统的角度关系，调节标准平面镜至中心视场位置。调节激光干涉仪，使全孔径干涉条纹处于零条纹，经过调节后，干涉仪焦点与光学系统的焦点重合；
使用激光跟踪仪建立光学系统的坐标系，建立坐标原点位置；
利用干涉法将测量球的球心调至光学系统中心视场的焦点位置，激光跟踪仪记录该点坐标位置；
将测量球移动到激光干涉仪背部并固定，激光跟踪仪记录该点坐标位置；
调节标准平面镜和激光干涉仪确定光学系统各个视场的焦点位置，激光跟踪仪记录各个视场的测量球的坐标位置；
建立测量球在焦点位置和激光干涉背部两个位置之间关系；
将测量球位于干涉仪背部位置测得的各视场的坐标位置换算到光学系统实际像平面上，根据换算后的坐标位置绘制像平面；
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明的方法可获得光学系统实际像平面的位置，与设计理论值对比，可判断出光学系统是否装调到位；
(2)本发明的方法可以为探测器配准工序的完成提供重要依据，从而能够快速、准确得完成探测器配准，获得较理想的成像质量。
附图说明
图1为本发明的光学系统像平面绘制装置示意图。
图2为本发明的光学系统像平面绘制过程示意图，其中图(a)是激光跟踪仪建立光学系统坐标系示意图，图(b)是中心视场焦点测量示意图，图(c)是全视场焦点测量示意图。
图中：1是激光干涉仪，2是五维调节机构，3是标准平面镜，4是激光跟踪仪系统，4-1是主体控制器、4-2是测量球。
具体实施方式
一种光学系统像面绘制装置，包括激光干涉仪、五维调节机构、标准平面镜以及激光跟踪仪，激光跟踪仪由主体控制器和测量球组成；其特征在于：激光干涉仪放置在光学系统像平面一侧，标准平面镜放置在光学系统入瞳一侧，激光跟踪仪的主体控制器放置在光学系统一侧，可同时探测到像平面位置和光学系统。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步解释说明，但并不限定本发明的保护范围。
一种光学系统像平面绘制装置和方法，包括以下步骤：
步骤a：根据标准平面镜3相对于光学系统的角度关系，调节标准平面镜至中心视场位置。调节激光干涉仪1，使全孔径干涉条纹处于零条纹，经过调节后，激光干涉仪焦点与光学系统的焦点重合；
步骤b：使用激光跟踪仪4建立光学系统的坐标系，建立坐标原点位置；
步骤c：利用干涉法将测量球4-2的球心调至光学系统中心视场的焦点位置，激光跟踪仪4记录该点坐标位置；
步骤d：将测量球4-2移动到激光干涉仪1背部并固定，激光跟踪仪4记录该点坐标位置；
步骤e：调节标准平面镜3和激光干涉仪1确定光学系统各个视场的焦点位置，激光跟踪仪4记录各个视场的测量球的坐标位置；
步骤f：建立测量球4-2在焦点位置和激光干涉仪1背部两个位置之间关系；
步骤g：将测量球4-2位于激光干涉仪1背部位置测得的各视场的坐标位置换算到光学系统实际像平面上，根据换算后的坐标位置绘制像平面；
本发明按解决技术问题的技术方案步骤去实施。所述的标准平面镜3的面形精度RMS优于1/50λ，具有俯仰和偏摆方向二维调节功能，孔径不小于光学系统口径。
所述的激光干涉仪1固定在五维调节机构2上，五维调节机构2具有俯仰、偏摆以及三维平移方向的调节功能。
所述的激光跟踪仪4具有空间球坐标测量功能，测量球4-2放置在焦面位置时具有三维平移调节功能。
光学系统像平面实际测试时，调节中心视场激光干涉仪1、光学系统和标准平面镜3的自准直光路；激光干涉仪4建立光学系统的坐标系，将测量球4-2的球心调至与光学系统中心视场的焦点重合，调节后干涉条纹最佳，干涉图Power值为零，激光跟踪仪4记录此时测量球的坐标位置A0。其他视场焦点的测试可重复中心视场焦点测试步骤，但为了提高测试效率，有效避免由于遮挡激光干涉仪1自准直光路，而需要来回切换测量球4-2的操作，减少重复对准引入的误差，本发明将测量球4-2移动到激光干涉仪1背部并固定，激光跟踪仪4记录此时测量球的坐标位置A1。调节其他视场激光干涉仪1、光学系统和标准平面镜3的自准直光路，分别记录激光跟踪仪4各个视场测量球的坐标位置B1、C1、D1、E1……。建立位置A0和A1之间的关系，将位置A1、B1、C1、D1、E1……的坐标换算到光学系统像平面处，分别记录为A0、B0、C0、D0、E0……。根据坐标位置A0、B0、C0、D0、E0……绘制出像平面，测试完成。
实际应用时，光学系统实际像平面的位置，可做为光学系统是否装调到位的判断依据之一；若装调到位可进入探测器配准工序，根据获得的光学系统实际像平面的位置指导探测器配准，为探测器配准工序的完成提供重要依据，从而获得较理想的成像质量。
上述实施例只是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的其他不同形式的变化或替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种光学系统像平面绘制装置，包括激光干涉仪(1)、五维调节机构(2)、标准平面镜(3)以及激光跟踪仪(4)，激光跟踪仪由主体控制器(4-1)和测量球(4-2)组成；其特征在于：
所述的激光干涉仪(1)放置在光学系统像平面一侧，标准平面镜(3)放置在光学系统入瞳一侧，激光干涉仪固定在五维调节机构(2)上，激光跟踪仪(4)的主体控制器(4-1)放置在光学系统一侧，可同时探测到激光干涉仪、像平面位置和光学系统。
2.根据权利要求1所述的一种光学系统像平面绘制装置，其特征在于：所述的五维调节机构(2)具有俯仰、偏摆以及三维平移调节功能。
3.根据权利要求1所述的一种光学系统像平面绘制装置，其特征在于：所述的标准平面镜(3)的面形精度RMS优于1/50λ@632.8nm，具有俯仰和偏摆方向调节功能，孔径大于光学系统口径。
4.根据权利要求1所述的一种光学系统像平面绘制装置，其特征在于：所述的激光跟踪仪(4)是具有空间球坐标测量功能的仪器。
5.根据权利要求1所述的一种光学系统像平面绘制装置，其特征在于：所述的测量球(4-2)具有三维平移调节功能。
6.一种基于权利要求1所述的光学系统像平面绘制装置的像平面绘制方法，其特征在于方法步骤如下：
1)根据标准平面镜(3)相对于光学系统的角度关系，调节标准平面镜(3)至中心视场位置。调节激光干涉仪(1)，使全孔径干涉条纹处于零条纹，经过五维调节机构(2)调节后，激光干涉仪焦点与光学系统的焦点重合；
2)使用激光跟踪仪(4)建立光学系统的坐标系；
3)利用干涉法将测量球(4-2)的球心调至光学系统中心视场的焦点位置，激光跟踪仪(4)记录该点坐标位置；
4)将测量球(4-2)移动到激光干涉仪(1)背部并固定，激光跟踪仪(4)记录该点坐标位置；
5)调节标准平面镜(3)和激光干涉仪(1)确定光学系统各个视场的焦点位置，激光跟踪仪(4)记录各个视场的测量球的坐标位置；
6)通过步骤3)和4)记录的坐标位置建立测量球(4-2)在焦点位置和激光干涉背部两个位置之间关系；
7)将步骤5)记录的各视场的坐标位置换算到光学系统实际像平面上，根据换算后的坐标位置绘制像平面。
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