CN112198624A - 一种光学消旋k镜组件的装调方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学消旋K镜组件的装调方法及系统，其方法包括如下步骤：通过十字分划装置确定所述转动机构回转轴的轴线；以所述转动机构回转轴的轴线为基准，根据内调焦望远镜和多个自准直仪确定所述多个自准直仪的90°角度基准；根据所述多个自准直仪的90°角度基准确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz；调节三棱镜与平面反射镜以消除K镜绕坐标轴的角度偏差；接着利用小孔光阑消除三棱镜和平面反射镜沿Z轴方向上的平移偏差。本发明提供的光学消旋K镜组件的装调方法，使K镜组件转动时的光束跳动误差低于60″；装调完成的K镜组件装入整机后，图像配准度良好，解决了周视扫描成像装置中摆镜扫描引起的像旋问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，涉及一种光学消旋K镜组件的装调方法及系统。
背景技术
常用的光学消像旋棱镜主要有道威棱镜、别汉棱镜及K镜消旋组件。在周视扫描成像装置中，不便采用道威棱镜及别汉棱镜消旋组件，主要基于以下两点原因：一是能量损失较大，光路通过别汉棱镜需要五次反射和多次透射，光路通过道威棱镜也需要两次折射；二是较大口径的红外棱镜材料不易准备，加工有难度；K镜为全反射光学部件，可应用在很宽的波段，而且具有不引入像差、光能损失小的特点，加工难度系数较小，因此周视扫描成像装置中选用K镜作为消旋部件。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的光学消旋K镜组件的装调难的问题，提供一种光学消旋K镜组件的装调方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：本发明的第一方面目的提供了一种光学消旋K镜组件的装调方法，所述K镜组件包括K镜、转动机构，所述K镜包括平面反射镜、三棱镜，包括如下步骤：在所述转动机构的一端安装十字分划装置，通过所述十字分划装置确定所述转动机构回转轴的轴线；所述十字分划装置包括十字分划板，所述十字分划板刻有分划十字；以所述转动机构回转轴的轴线为基准，根据内调焦望远镜和多个自准直仪确定所述多个自准直仪的90°角度基准；根据所述多个自准直仪的90°角度基准确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz；根据所述直角坐标系oxyz调整三棱镜与平面反射镜的位置以及所述转动机构回转轴的转动角度，以消除三棱镜和平面反射镜绕x轴、y轴和z轴的旋转，并保证K镜的光轴与所述转动机构回转轴的轴线平行；在所述转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置的一端安装小孔光阑，调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙,直至小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜的分划中心重合。
在本发明的一些实施例中，在所述转动机构的一端安装十字分划装置，通过所述十字分划装置确定所述转动机构回转轴的轴线；所述十字分划装置包括十字分划板，所述十字分划板刻有分划十字包括如下步骤：
在所述转动机构回转轴的一端安装十字分划装置，旋转所述转动机构回转轴带动所述K镜转动，通过内调焦望远镜的自准直与调焦两种工作方式分别示所述十字分划装置的反射面自准直及对分划十字成像。
在本发明的一些实施例中，所述以所述转动机构回转轴的轴线为基准，根据内调焦望远镜和多个自准直仪确定所述多个自准直仪的90°角度基准包括如下步骤：
将所述内调焦望远镜调节到自准直位置，通过与自准直仪互瞄建立自准直光路的方法在所述转动机构回转轴的轴线180°方向上放置第一自准直仪；然后在所述第一自准直仪的准直光路中放置五棱镜，借助五棱镜建立第一自准直仪和第二自准仪、第一自准直仪和第三自准仪的90°角度基准，保证所述第二自准仪和第三自准直仪的通光口径覆盖所述三棱镜和所述平面反射镜。
进一步的，所述根据所述多个自准直仪的90°角度基准确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz包括如下步骤：
撤除五棱镜，将K镜组件重新移入基准光路，所述基准光路是以多个自准直仪的90°角度基准的光路；旋转K镜转动机构的回转轴，通过内调焦望远镜的自准直与调焦两种工作方式复检K镜回转轴线的引出精度，确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz。
进一步的，所述根据所述直角坐标系oxyz调整三棱镜与平面反射镜的位置以及所述转动机构回转轴的转动角度，以消除三棱镜和平面反射镜绕x轴、y轴和z轴的旋转，并保证主要由三棱镜和平面反射镜组成的K镜的光轴与所述转动机构回转轴的轴线平行包括如下步骤：
微调所述三棱镜与所述平面反射镜的位置，转动所述转动机构回转轴以保证所述第二自准直仪和所述第三自准直仪观察到的所述三棱镜和所述平面反射镜底面自准直反射像分别与所述第二自准直仪的目镜、第三自准直仪的目镜的分划十字重合；
将所述内调焦望远镜的物镜旋至自准直状态，通过调节所述三棱镜底座绕y轴的旋转量，保证所述第一自准直仪接收到的十字目标像位于其十字分划中心。
更进一步的，在所述转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置的一端安装小孔光阑，调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙,直至小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜的分划中心重合包括如下步骤：
在所述转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置的一端安装小孔光阑；观察并保持所述三棱镜与所述平面反射镜反射像分别与所述第二自准直仪和所述第三自准直仪的分划十字重合；调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙，直至所述小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜的分划中心重合。
为进一步提高K镜的精度，在本发明的一些实施例中，还包括光束跳动误差的测量。
在本发明的第二方面提供了一种光学消旋K镜组件的装调系统，包括K镜组件、十字分划装置、多个自准直仪、内调焦望远镜、五棱镜、小孔光阑，所述K镜组件包括K镜、转动机构；所述十字分划装置用于引出确定所述转动机构回转轴的轴线；所述自准直仪用于通过互瞄法与内调焦望远镜建立所述K镜的基准平行光轴、以及检测所述K镜在转动时的光束跳动误差；所述内调焦望远镜用于引出十字分划装置的轴线，与自准直仪互瞄建立基准平行光轴；所述五棱镜位于所述多个自准直仪的光路上，用于建立自准直仪90°角度基准；所述小孔光阑用于定位所述转动机构回转轴的中心。
进一步的，所述多个自准直仪包括第一自准直仪、第二自准直仪、第三自准直仪，所述第一自准直仪与所述内调焦望远镜设置在所述K镜的两侧，且均在转动机构回转轴的轴线上；所述第二自准直仪位于五棱镜的一侧，且所述第一自准直仪和所述第二自准仪形成90°角度基准；所述第三自准直仪位于五棱镜的另一侧，且第一自准直仪和第三自准仪形成90°角度基准。
在本发明的第三方面提供了一种周式扫描成像装置，包括本发明第一方面目的提供的光学消旋K镜组件的装调方法所装调的光学消旋K镜组件。
发明的有益效果是：本发明将K镜组件的装调过程细化为K镜装调基准的建立、K镜绕坐标轴的旋转和沿坐标轴的平移共三个具体的步骤，经过实际的装调验证，K镜周向转动时的光束跳动误差优于60″。装调完成的K镜组装入整机后，图像配准度良好，解决了周视扫描成像装置中摆镜扫描引起的像旋问题。
附图说明
图1为本发明的光学消旋K镜组件的装调方法的基本流程图；
图2为本发明的一些实施例中光学消旋K镜组件的装调方法的模型示意图之一；
图3为本发明的一些实施例中光学消旋K镜组件的装调方法的模型示意图之二。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、K镜组件，2、十字分划装置，3、自准直仪，31、第一自准直仪，32、第二自准直仪，33、第三自准直仪，4、内调焦望远镜，5、五棱镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参考图1和图2，本发明的第一方面目的提供了一种光学消旋K镜组件1的装调方法，包括如下步骤：S100.在所述转动机构的一端安装十字分划装置2，通过所述十字分划装置2确定所述转动机构回转轴的轴线；所述十字分划装2置包括十字分划板，所述十字分划板刻有分划十字；S105.以所述转动机构回转轴的轴线为基准，根据内调焦望远4镜和多个自准直仪3确定所述多个自准直仪3的90°角度基准；S110.根据所述多个自准直仪3的90°角度基准确定以所述转动机构回转轴所的轴线为x轴的直角坐标系oxyz；S115.根据所述直角坐标系oxyz调整三棱镜与平面反射镜的位置以及所述转动机构回转轴的转动角度，以消除三棱镜和平面反射镜绕x轴、y轴和z轴的旋转，并保证K镜的光轴与所述转动机构回转轴的轴线平行；S120.在所述转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置2的一端安装小孔光阑，调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙,直至小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜4的分划中心重合。
在本发明的一些实施例中，步骤S100中，在所述转动机构的一端安装十字分划装置2，通过所述十字分划装置2确定所述转动机构回转轴的轴线；所述十字分划装置2包括十字分划板，所述十字分划板刻有分划十字包括如下步骤：
在所述转动机构回转轴的一端安装十字分划装置2，旋转所述转动机构回转轴带动K镜转动，通过内调焦望远镜4的自准直与调焦两种工作方式分别对所述十字分划装置2的反射面自准直及对分划十字成像。具体地，所述十字分划装置2为透明材质，优选K9玻璃。
在本发明的一些实施例中，步骤S105中，所述以所述转动机构回转轴的轴线为基准，根据内调焦望远镜4和多个自准直仪3确定所述多个自准直仪的90°角度基准包括如下步骤：
将所述内调焦望远镜4调节到自准直位置，通过与自准直仪3互瞄建立自准直光路的方法在转动机构回转轴的轴线180°方向上放置第一自准直仪31；然后在所述第一自准直仪31的准直光路中放置五棱镜5，借助五棱镜5建立第一自准直仪31和第二自准仪32、第一自准直仪31和第三自准仪的90°角度基准，确定其中所述第二自准仪32和第三自准直仪33的通光口径覆盖所述三棱镜和所述平面反射镜。
参考图3，进一步的，在步骤S110中，所述根据所述多个自准直仪3的90°角度基准确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz包括如下步骤：
撤除五棱镜5，将K镜组件1重新移入基准光路，所述基准光路是以多个自准直仪3的90°角度基准的光路；旋转转动机构的回转轴，通过内调焦望远镜4的自准直与调焦两种工作方式复检转动机构回转轴的轴线的引出精度，按照图3所示的位置关系搭建好各装调组件，确定以转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz。具体地，以K镜组件1的回转轴的轴线为x轴，y轴指向纸内，z轴向下。
进一步的，在步骤S115中，所述根据所述直角坐标系oxyz调整三棱镜与平面反射镜的位置以及转动机构回转轴的转动角度，以消除三棱镜和平面反射镜绕x轴、y轴和z轴的旋转，并保证主要由三棱镜和平面反射镜组成的K镜组件1的光轴与所述转动机构回转轴的轴线平行包括如下步骤：
微调所述三棱镜与所述平面反射镜的位置，转动所述K镜组件1的回转机构的回转轴以保证所述第二自准直仪32和所述第三自准直仪33观察到的所述三棱镜和所述平面反射镜底面自准直反射像与所述内调焦望远镜4的目镜分划十字重合；具体地，调节三棱镜与平面反射镜的调节与锁紧机构，转动所述K镜组件1的回转轴以保证所述第二自准直仪32和所述第三自准直仪33观察到的所述三棱镜和所述平面反射镜底面自准直反射像与所述内调焦望远镜4的目镜分划十字重合；从而消上述消旋除三棱镜和平面反射镜绕x和y轴的旋转，同时保证K镜系统光轴与转动机构回转轴轴线平行。特别的，三棱镜和反射镜背面具有一定的反射能力，且三棱镜的底面与主截面垂直度误差小于5″，平面反射镜的正面与背面平行度误差小于5″。
将所述内调焦望远镜4物镜旋至自准直状态，通过调节所述三棱镜底座绕y轴的旋转量，保证所述第一自准直仪31接收到的十字目标像位于其十字分划中心，从而消除三棱镜和反射镜绕y轴的旋转，保证平行入射的目标以相同的方向平行出射。
更进一步的，在步骤S120中，在所述K镜组件1的转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置2的一端安装小孔光阑，调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙,直至小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜4的分划中心重合包括如下步骤：
在所述K镜组件1转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置2的一端安装小孔光阑；通过旋钮内调焦望远镜4，观察小孔光阑发射的目标像与内调焦望远镜4分划中心的不重合度，保持所述三棱镜与所述平面反射镜反射像分别与所述第二自准直仪32和所述第三自准直仪33的分划十字重合的前提下，调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙(空气间隙)，直至所述小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜4的分划中心重合。
为进一步提高K镜的精度提高参考图3，在本发明的一些实施例中，还包括光束跳动误差的测量。通过第一自准直仪31观察内调焦望远镜4十字分划在目镜分划面处所成的目标十字像划圈轨迹，转动所述第一自准直仪31目镜鼓轮分别瞄准十字划圈的两端即可完成光束跳动误差的测量。
参考图1与图2，在本发明的第二方面提供了一种光学消旋K镜组件1的装调系统，包括K镜、十字分划装置2、多个自准直仪3、内调焦望远镜4、五棱镜5、小孔光阑，所述K镜组件1包括转动机构；所述十字分划装置2用于引出确定所述K镜组件1转动机构回转轴的轴线；所述自准直仪3用于通过互瞄法与内调焦望远镜4建立所述K镜组件1的基准平行光轴、测量所述K镜的轴晃，以及检测所述K镜组件1在转动时的光束跳动误差；所述内调焦望远镜4用于引出十字分划板装置的轴线，与自准直仪3互瞄建立基准平行光轴；所述五棱镜5位于所述多个自准直仪3的光路上，用于建立自准直仪90°角度基准；所述小孔光阑用于定位K镜组件1的转动机构回转轴的中心。
进一步的，所述多个自准直仪3包括第一自准直仪31、第二自准直仪32、第三自准直仪33，所述第一自准直仪31与所述内调焦望远镜4设置在所述K镜的两侧，且均在转动机构回转轴的轴线上；所述第二自准直仪32位于五棱镜5的一侧，且所述第一自准直仪31和所述第二自准仪形成90°角度基准；所述第三自准直仪33位于五棱镜5的另一侧，且第一自准直仪31和第三自准仪形成90°角度基准。
在本发明的第三方面提供了一种周视扫描成像装置，包括本发明第一方面目的提供的光学消旋K镜组件1的装调方法所装调的光学消旋K镜组件1。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光学消旋K镜组件的装调方法，所述K镜组件包括K镜、转动机构，所述K镜包括平面反射镜、三棱镜，其特征在于，包括如下步骤：
在所述转动机构的一端安装十字分划装置，通过所述十字分划装置确定所述转动机构回转轴的轴线；所述十字分划装置包括十字分划板，所述十字分划板刻有分划十字；
以所述转动机构回转轴的轴线为基准，根据内调焦望远镜和多个自准直仪确定所述多个自准直仪的90°角度基准；
根据所述多个自准直仪的90°角度基准确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz；
根据所述直角坐标系oxyz调整三棱镜与平面反射镜的位置以及所述转动机构回转轴的转动角度，以消除三棱镜和平面反射镜绕x轴、y轴和z轴的旋转，并保证K镜的光轴与所述转动机构回转轴的轴线平行；
在所述转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置的一端安装小孔光阑，调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙,直至小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜的分划中心重合。
2.根据权利要求1所述的光学消旋K镜组件的装调方法，其特征在于，所述在所述转动机构的一端安装十字分划装置，通过所述十字分划装置确定所述转动机构回转轴的轴线；所述十字分划装置包括十字分划板，所述十字分划板刻有分划十字包括如下步骤：
在所述转动机构回转轴的一端安装十字分划装置，旋转所述转动机构回转轴带动所述K镜转动，通过内调焦望远镜的自准直与调焦两种工作方式分别使所述十字分划装置的反射面自准直及分划十字成像。
3.根据权利要求1所述的光学消旋K镜组件的装调方法，其特征在于，所述以所述转动机构回转轴的轴线为基准，根据内调焦望远镜和多个自准直仪确定所述多个自准直仪的90°角度基准包括如下步骤：
将所述内调焦望远镜调节到自准直位置，通过与自准直仪互瞄建立自准直光路的方法在所述转动机构回转轴的轴线180°方向上放置第一自准直仪；然后在所述第一自准直仪的准直光路中放置五棱镜，借助五棱镜建立第一自准直仪和第二自准仪、第一自准直仪和第三自准仪的90°角度基准，保证所述第二自准仪和第三自准直仪的通光口径覆盖所述三棱镜和所述平面反射镜。
4.根据权利要求3所述的光学消旋K镜组件的装调方法，其特征在于，所述根据所述多个自准直仪的90°角度基准确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz包括如下步骤：
撤除五棱镜，将K镜组件重新移入基准光路，所述基准光路是以多个自准直仪的90°角度基准的光路；旋转转动机构的回转轴，通过内调焦望远镜的自准直与调焦两种工作方式复检K镜回转轴线的引出精度，确定以所述转动机构回转轴的轴线为x轴的直角坐标系oxyz。
5.根据权利要求4所述的光学消旋K镜组件的装调方法，其特征在于，所述根据所述直角坐标系oxyz调整三棱镜与平面反射镜的位置以及所述转动机构回转轴的转动角度，以消除三棱镜和平面反射镜绕x轴、y轴和z轴的旋转，并保证K镜的光轴与所述转动机构回转轴的轴线平行包括如下步骤：
微调所述三棱镜与所述平面反射镜的位置，转动所述转动机构回转轴以保证所述第二自准直仪和所述第三自准直仪观察到的所述三棱镜和所述平面反射镜底面自准直反射像分别与所述第二自准直仪的目镜、第三自准直仪的目镜的分划十字重合；
将所述内调焦望远镜的物镜旋至自准直状态，通过调节所述三棱镜底座绕y轴的旋转量，保证所述第一自准直仪接收到的十字目标像位于其十字分划中心。
6.根据权利要求4所述的光学消旋K镜组件的装调方法，其特征在于，在所述转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置的一端安装小孔光阑，调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙,直至小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜的分划中心重合包括如下步骤：
在所述转动机构回转轴上且远离所述十字分划装置的一端安装小孔光阑；
观察并保持所述三棱镜与所述平面反射镜反射像分别与所述第二自准直仪和所述第三自准直仪的分划十字重合；
调节所述三棱镜与所述平面反射镜之间的间隙，直至所述小孔光阑发射的目标像与所述内调焦望远镜的分划中心重合。
7.根据权利要求1所述的光学消旋K镜组件的装调方法，其特征在于，还包括光束跳动误差的测量。
8.一种光学消旋K镜组件的装调系统，其特征在于，包括K镜组件、十字分划装置、多个自准直仪、内调焦望远镜、五棱镜、小孔光阑，
所述K镜组件包括K镜、转动机构；
所述十字分划装置用于引出确定所述转动机构回转轴的轴线；
所述自准直仪用于通过互瞄法与内调焦望远镜建立所述K镜的基准平行光轴、以及检测所述K镜在转动时的光束跳动误差；
所述内调焦望远镜用于引出十字分划装置的轴线，与自准直仪互瞄建立基准平行光轴；
所述五棱镜位于所述多个自准直仪的光路上，用于建立自准直仪90°角度基准；
所述小孔光阑用于定位所述转动机构回转轴的中心。
9.根据权利要求8所述的光学消旋K镜组件的装调系统，其特征在于，所述多个自准直仪包括第一自准直仪、第二自准直仪、第三自准直仪，
所述第一自准直仪与所述内调焦望远镜设置在所述K镜的两侧，且均在转动机构回转轴的轴线上；
所述第二自准直仪位于五棱镜的一侧，且所述第一自准直仪和所述第二自准仪形成90°角度基准；
所述第三自准直仪位于五棱镜的另一侧，且第一自准直仪和第三自准仪形成90°角度基准。
10.一种周视扫描成像装置，其特征在于，包括权利要求1-7中任一所述的光学消旋K镜组件的装调方法所装调的光学消旋K镜组件。
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