CN111650737B - 一种用于离轴反射式光学系统的调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于离轴反射式光学系统的调整方法及装置，使用由四片平面反射镜组成的间隔调节装置即可实现离轴反射式光学系统光路的简单、快速调整。对于由两块离轴抛物面反射镜组成的望远镜系统，该装置主要由光源，光阑，主镜，间隔调节装置，次镜，出瞳组成，剪切板和观察面组成。间隔调节装置的一种简易实现方式是由四片平面反射镜以及支架和导轨，其中第一平面反射镜与第二平面反射镜保持平行，第三平面反射镜和第四平面反射镜保持平行。四片平面反射镜通过支架安装在导轨上并可移动。本发明中所用的调节装置结构简单、调整方便，可以解决离轴反射式光学系统光路调整繁杂、困难的问题，有望应用于各种需要进行调整的离轴光学系统中。

Description

一种用于离轴反射式光学系统的调整方法及装置

技术领域

本发明涉及离轴反射式光学系统的技术领域，具体涉及一种用于离轴反射式光学系统的调整方法及装置，可用于离轴反射式光学系统光路的快速、准确调整。

背景技术

离轴反射式光学系统具有工作波段宽、光能损失小、无色差等特点，同时可以满足一些光学系统对于无遮拦的要求，因此得到广泛应用。

目前常用的调整离轴反射式光学系统光路的方法需要为离轴反射镜设计复杂的调整装置，控制离轴反射镜实现多维度的调整。复杂的调整装置不仅会增加光学系统的复杂程度，同时会增加光学系统的不稳定性，工作量比较大，对于装配技术要求比较高。

因此，如何在调整离轴反射式光学系统光路的同时，保证调整的快速性、准确性以及简易性是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对离轴反射式光学系统光路调整时工作量大且准确度不高的难题，克服现有技术的不足，提出一种用于离轴反射式光学系统的调整装置及方法。该方法所用到的调整装置结构简单，调整方便，能够实现离轴反射式光学系统光路快速、准确以及简便的调整。

本发明采用的技术方案为：一种用于离轴反射式光学系统的调整方法，该方法利用的装置包括由两块离轴抛物面反射镜组成的望远镜系统和间隔调节装置，望远镜系统的光学结构包括光阑、主镜、次镜、出瞳，光源发出的光束经过望远镜系统再经剪切板反射后投射在观察面上得到干涉条纹，干涉条纹可检验出射光束的平行度，以此为参照，调整间隔调节装置，使观察面上的干涉条纹呈特定形式分布，即可实现光路的调整，间隔调节装置的一种简易实现方式是由四片平面反射镜以及支架和导轨组成，四片平面反射镜两两平行，四片平面反射镜通过支架安装在导轨上并可移动。具体实施步骤如下：

步骤(1)：将主镜与次镜光轴调整重合之后固定其位置，将间隔调节装置放置于主镜与次镜之间的光路中，并调整主镜和次镜的光轴穿过间隔调节装置中各个平面反射镜的中心；

步骤(2)：将光源发出的光束经过光阑引入望远镜系统，最后从出瞳出射，在出瞳后放置剪切板，经剪切板反射后的光线投射在观察面处；

步骤(3)：使用间隔调节装置调整主镜与次镜的间隔，当观察面处所呈现的干涉条纹与水平方向的夹角θ达到预设值θ_s时，完成光路的调整。

其中，间隔调节装置放置于望远镜系统中主镜和次镜之间的光路中，放置间隔调节装置之前，需要保证主镜与次镜的光轴重合，同时主镜与次镜顶点之间的间距小于两块镜子的焦距之和。

其中，四片平面反射镜在导轨上的移动方式可以是手动调节的，也可以是电动机驱动的。

其中，在间隔调整装置中，四片平面反射镜分为两组，组与组之间互相垂直，每组内部两片平面反射镜互相平行。

其中，光源发出的光束可以按需调整为具有任意波前曲率的光束，当光源发出的光束为平行光时，直接通过剪切板反射后，得到的干涉条纹与水平方向夹角为0°。观察面可以是白板、白纸，也可以是相机等能够实现图像观察的设备。光束曲率半径r与干涉条纹偏转角θ的关系如式(1)所示：

r＝(S·δ)/(λ·sinθ) (1)

其中S为剪切板的剪切量，δ为干涉条纹间距，λ为光束波长，当θ＝0°时，r＝∞，表示波前为平面波。

一种用于离轴反射式光学系统的调整装置，该装置用于上述的用于离轴反射式光学系统的调整方法中。

本发明和现有技术相比具有以下优点：本发明所述方法与现有的调整离轴反射式光学系统光路的调整方法相比，调整方便，无需设计复杂的机械调整结构，降低装配难度，减少工作量，不会对光学系统的稳定性产生影响，对提高离轴反射式光学系统光路调整的快速性、准确性以及简便性十分有意义。

附图说明

图1为望远镜系统示意图及一种间隔调节装置的简易实现；

图2为望远镜系统光学结构图；

图3为间隔调节装置的光学结构图；

图4为平行光直接经过剪切板反射后所得到的干涉条纹；

图5为平行光经过主镜与次镜焦点不重合的望远镜系统后所得到的干涉条纹。

图中附图标记含义为：1为光源，2为光阑，3为主镜，5为次镜，4为间隔调节装置，6为出瞳，7为剪切板，8为观察面，9为第一平面反射镜，10为第三平面反射镜，11为第二平面反射镜，12为第四平面反射镜，13为支架，14为导轨。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例如图1所示，为由两块离轴抛物面反射镜组成的望远镜系统。实施例系统主要由光源1，光阑2，主镜3，次镜5，间隔调节装置4，出瞳6，剪切板7，观察面8组成，其中光阑2，主镜3，次镜5，间隔调节装置4和出瞳6组成望远镜系统，主镜3与次镜5均为离轴抛物面反射镜；间隔调节装置主要由四片平面反射镜即第一平面反射镜9、第三平面反射镜10、第二平面反射镜11、第四平面反射镜12以及支架13和导轨14组成，第一平面反射镜9、第三平面反射镜10、第二平面反射镜11、第四平面反射镜12通过支架13固定在导轨14上并且可调，同时第一平面反射镜9与第二平面反射镜11保持平行，第三平面反射镜10与第四平面反射镜12保持平行。光源1发出的光束经过望远镜系统后从出瞳6出射，经由由剪切板7发射后投射在观察面8上。四片平面反射镜间距的调节方式采用手动调整。观察面可以是白纸、白板或者相机等能够实现图像观察的设备。在本实施例中，间隔调节装置采用手动调节，采用相机作为观察面。

具体实施步骤如下：

步骤(1)：首先使用光源1发出一束细光束分别穿过主镜3与次镜5的中心，然后调整主镜3与次镜5，使两者顶点之间的间距为两者焦距之和的一半并使出射光束与入射光束平行，调整好后固定主镜3与次镜5的位置；将间隔调节装置4放置于主镜3与次镜5之间的光路中，并令细光束分别穿过间隔调节装置中四片反射镜的中心，调整间隔调节装置位置使加入间隔调节装置后的出射光束与原系统不加间隔调节装置时的出射光束重合，保证间隔调节装置的光轴与主镜3和次镜5光轴的重合；

步骤(2)：将光源1改为平行光，经过光阑2进入望远镜系统，最后从出瞳6出射，在出瞳6后放置剪切板7，经剪切板7反射后的光线投射在观察面8处的相机靶面上；由于此时主镜3与次镜5的焦点不重合，此时通过相机观察到的干涉条纹与水平线存在夹角，干涉条纹如图5所示。

步骤(3)：令θ_s＝0°，同时移动间隔调节装置4上的第二平面反射镜11与第四平面反射镜12，调整主镜3与次镜5的间隔，从相机观察到的图样上测量干涉条纹与水平线的夹角θ，当θ＝0时，完成光路的调整。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (7)

1.一种用于离轴反射式光学系统的调整方法，其特征在于：该方法利用的装置包括由两块离轴抛物面反射镜组成的望远镜系统和间隔调节装置，光源(1)发出的光束经过望远镜系统再经剪切板(7)反射后投射在观察面(8)上得到干涉条纹，根据干涉条纹可以检验出射光束的平行度，以此为参照，调整间隔调节装置(4)，使观察面(8)上干涉条纹呈特定形式分布，即可实现光路的调整，具体实施步骤如下：

步骤(1)：将主镜(3)与次镜(5)光轴调整重合之后固定其位置，将间隔调节装置(4)放置于主镜(3)与次镜(5)之间的光路中，并调整主镜(3)和次镜(5)的光轴穿过间隔调节装置(4)中各个平面反射镜的中心；

步骤(2)：将光源(1)发出的光束经过光阑(2)引入望远镜系统，最后从出瞳(6)出射，在出瞳(6)后放置剪切板(7)，经剪切板7反射后的光线投射在观察面(8)处；

步骤(3)：使用间隔调节装置(4)调整主镜(3)与次镜(5)的光路间隔，当观察面(8)处所呈现的干涉条纹与水平方向的夹角θ达到预设值θ_s时，完成光路的调整。

2.如权利要求1所述的一种用于离轴反射式光学系统的调整方法，其特征在于：光源(1)发出的光束可以按需调整为具有任意波前曲率的光束，当光源(1)发出的光束为平行光时，直接通过剪切板(7)反射后，得到干涉条纹与水平方向夹角为0°。

3.如权利要求1所述的一种用于离轴反射式光学系统的调整方法，其特征在于：光束曲率半径r与干涉条纹偏转角θ的关系如式(1)所示：

r＝(S·δ)/(λ·sinθ) (1)

其中S为剪切板的剪切量，δ为干涉条纹间距，λ为光束波长，当θ＝0°时，r＝∞，表示波前为平面波。

4.如权利要求1所述的一种用于离轴反射式光学系统的调整方法，其特征在于：间隔调节装置(4)的四片平面反射镜在导轨上(14)上的移动方式是手动调节的，或者是电动机驱动的。

5.如权利要求1所述的一种用于离轴反射式光学系统的调整方法，其特征在于：在间隔调节装置(4)中，第一平面反射镜(9)与第二平面反射镜(11)平行，第三平面反射镜(10)与第四平面反射镜(12)平行，第二平面反射镜(11)与第四平面反射镜(12)垂直。

6.如权利要求1所述的一种用于离轴反射式光学系统的调整方法，其特征在于：观察面(8)是白板、白纸，或者是能够进行图像观察的设备。

7.一种用于离轴反射式光学系统的调整装置，其特征在于：包括由两块离轴抛物面反射镜组成的望远镜系统和间隔调节装置，光源(1)发出的光束经过望远镜系统再经剪切板(7)反射后投射在观察面(8)上得到干涉条纹，根据干涉条纹可以检验出射光束的平行度，以此为参照，调整间隔调节装置(4)，使观察面(8)上干涉条纹呈特定形式分布，即可实现光路的调整，具体实施步骤如下：

步骤(1)：将主镜(3)与次镜(5)光轴调整重合之后固定其位置，将间隔调节装置(4)放置于主镜(3)与次镜(5)之间的光路中，并调整主镜(3)和次镜(5)的光轴穿过间隔调节装置(4)中各个平面反 射镜的中心；

步骤(2)：将光源(1)发出的光束经过光阑(2)引入望远镜系统，最后从出瞳(6)出射，在出瞳(6)后放置剪切板(7)，经剪切板7反射后的光线投射在观察面(8)处；

步骤(3)：使用间隔调节装置(4)调整主镜(3)与次镜(5)的光路间隔，当观察面(8)处所呈现的干涉条纹与水平方向的夹角θ达到预设值θ_s时，完成光路的调整。

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