CN113074911B - 一种热控调焦机构的稳定性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热控调焦机构的稳定性检测方法，它是将安装于调焦环上的次镜作为第一反射镜，或用平面镜代替次镜安装在调焦环上作为第一反射镜，并在第一反射镜的入射光方向同光轴依次设置标准镜和干涉仪，使干涉仪发出的平行单色光经标准镜反射形成参考光，经第一反射镜反射后与所述参考光干涉，形成干涉条纹；通过调节第一反射镜，使所述干涉条纹最少或者消失；然后多次反复通过温控设备加温降温，通过将初始状态、每次降温后、每次加温后干涉条纹状况进行对比，从而确定出调焦过程中调焦环的变形量的稳定性。本发明可以检测出调焦过程中调焦环的变形量的稳定性，确保调焦有效，不对成像质量产生致命影响。

Description

一种热控调焦机构的稳定性检测方法

技术领域

本发明涉及空间相机的热控调焦机构领域，尤其涉及一种热控调焦机构的稳定性检测方法。

背景技术

星载反射式、大焦距光学相机通常会由于发射期间的剧烈震动导致感光芯片偏离清晰成像的位置，称之为离焦。为了解决发射入轨后感光芯片离焦的问题，会在相机上增加调焦机构，发射入轨后通过调焦使感光芯片重新回到清晰成像的位置。申请号为201710302694.8的中国专利申请公开了一种空间相机主动热控调焦装置，它是利用温控系统控制调焦环(调焦环是一种环状设计的金属结构)的长度，将次镜(反射式镜头一般由主镜、次镜和矫正镜组成，次镜的位置对像面的位置和成像质量的影响较大；矫正镜是校正主次镜结构的轴外像差设计的镜组)安装在调焦环上，间接调节像面(像面是目标清晰成像的平面)的位置，实现调焦的目的。由于调焦环承载着对光学系统至关重要的次镜，因此调焦环在调焦过程中的变形会对次镜的位置、角度产生影响，从而可能会对成像质量产生影响。为了保证成像质量可以接受，必须限定调焦环的变形量在一定范围内，因此需要对调焦环这种机构的稳定性进行检测，但现有技术中没有相关检测方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种热控调焦机构的稳定性检测方法，可以检测出调焦过程中调焦环的变形量的稳定性，确保调焦有效，不对成像质量产生致命影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种热控调焦机构的稳定性检测方法，包括以下步骤：

步骤1、将热控调焦机构中安装于调焦环上的次镜作为第一反射镜，或用平面镜代替次镜安装在调焦环上作为第一反射镜；在所述第一反射镜的入射光方向同光轴依次设置标准镜和干涉仪，使所述干涉仪发出的平行单色光经所述标准镜反射形成参考光，经所述第一反射镜反射后与所述参考光干涉，形成干涉条纹；通过调节所述第一反射镜，使所述干涉条纹最少或者消失，记录此时的温度为初始温度，此时的干涉条纹状况为初始状态干涉条纹状况。

步骤2、开始启动所述热控调焦机构的调焦程序，通过所述热控调焦机构中的温控设备加温使所述调焦环产生变形，并利用视频记录设备记录加温过程中的干涉条纹变化，直至加温温度达到指定温度后，记录此时干涉条纹状况。

步骤3、通过所述热控调焦机构中的温控设备降温到初始温度，并记录此时干涉条纹状况。

步骤4、至少执行一次步骤2和步骤3，并根据初始状态干涉条纹状况、每次加温到指定温度后干涉条纹状况、每次降温到初始温度后干涉条纹状况或每次加温过程中的干涉条纹变化中的至少一项确定出调焦过程中所述调焦环的变形量的稳定性。

其中，所述的干涉条纹状况包括干涉条纹的数量、干涉条纹的方向、干涉条纹的稀疏程度中的至少一项。

优选地，所述的根据初始状态干涉条纹状况、每次加温到指定温度后干涉条纹状况、每次降温到初始温度后干涉条纹状况或每次加温过程中的干涉条纹变化中的至少一项确定出调焦过程中所述调焦环的变形量的稳定性包括以下至少一项：

(1)将初始状态干涉条纹的数量、每次加温到指定温度后干涉条纹的数量、每次降温到初始温度后干涉条纹的数量中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的角度变化的稳定性；

(2)将初始状态干涉条纹的方向、每次加温到指定温度后干涉条纹的方向、每次降温到初始温度后干涉条纹的方向中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的倾斜方向的稳定性；

(3)将初始状态干涉条纹的稀疏程度、每次加温到指定温度后干涉条纹的稀疏程度、每次降温到初始温度后干涉条纹的稀疏程度中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的倾斜方向的稳定性；

(4)根据每次加温过程中的干涉条纹变化确定出每次加温过程中干涉条纹的平移，并将每次加温过程中干涉条纹的平移进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的长度变化的稳定性。

优选地，所述的干涉仪采用zygo干涉仪。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的热控调焦机构的稳定性检测方法是利用干涉法来测量调焦环的稳定性，不仅可以检测调焦环的变形量(包括长度变化和角度变化)，而且可以检测热控调焦机构的稳定性，确保调焦有效，不对成像质量产生致命影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供热控调焦机构的稳定性检测方法的设备布局示意图。

图2为本发明实施例1中初始状态干涉条纹状况的示意图。

图3为本发明实施例1中加温到30℃后干涉条纹状况的示意图。

具体实施方式

下面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他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明所提供的热控调焦机构的稳定性检测方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，一种热控调焦机构的稳定性检测方法，包括如下步骤：

步骤1、将热控调焦机构中安装于调焦环1上的次镜作为第一反射镜2，或用平面镜代替次镜安装在调焦环1上作为第一反射镜2；在所述第一反射镜2的入射光方向同光轴依次设置标准镜3和干涉仪4，使所述干涉仪4发出的平行单色光经所述标准镜3反射形成参考光，经所述第一反射镜2反射后与所述参考光干涉，形成干涉条纹；通过调节所述第一反射镜2，使所述干涉条纹最少或者消失，记录此时的温度为初始温度，此时的干涉条纹状况为初始状态干涉条纹状况。

步骤2、开始启动所述热控调焦机构的调焦程序，通过所述热控调焦机构中的温控设备进行加温使所述调焦环1产生变形，并利用视频记录设备记录加温过程中的干涉条纹变化，直至加温温度达到指定温度后，记录此时干涉条纹状况。

步骤3、通过所述热控调焦机构中的温控设备进行降温，直至降温到初始温度后，记录此时干涉条纹状况。

步骤4、反复执行步骤2和步骤3，并根据初始状态干涉条纹状况、每次加温到指定温度后干涉条纹状况、每次降温到初始温度后干涉条纹状况、每次加温过程中的干涉条纹变化中的至少一项确定出调焦过程中所述调焦环的变形量的稳定性。

其中，所述的干涉条纹状况包括干涉条纹的数量、干涉条纹的方向、干涉条纹的稀疏程度中的至少一项。

具体地，该热控调焦机构的稳定性检测方法可以包括以下实施方案：

(1)所述第一反射镜2可以为次镜，也可以为平面镜，但次镜一般为球面或非球面，不容易测量，因此所述第一反射镜2最好采用平面镜。

(2)所述标准镜3为透射标准镜，在透射的同时还会反射，并且该透射标准镜的反光与第一反射镜2的反光干涉。

(3)所述干涉仪可以采用zygo干涉仪，也可以使用其他品牌的干涉仪。

(4)通过调节所述第一反射镜2，使所述干涉条纹最少或者消失，这与所述第一反射镜2的面形有关，第一反射镜2面型很好，可能就没有条纹，如果第一反射镜2面型不好，可能存在环形条纹。在实际应用中，可以将调焦环1整个结构放置在干涉仪4的五维调整台上，通过调整台控制调焦机构上第一反射镜2的位置来达到使所述干涉条纹最少或者消失的目的。

(5)所述初始温度为一般光学设备的装调温度或者理论设计温度，默认是20℃，但也可以是其它温度。想要检测初始温度到哪个温度之间的热控调焦机构的稳定性，就可以将所述指定温度设定为该温度。

(6)干涉条纹变化包括干涉条纹的平移、干涉条纹的数量变化、干涉条纹的方向变化、干涉条纹的稀疏程度变化。干涉条纹的平移代表调焦环的长度变化，干涉条纹的数量变化代表调焦环的角度变化，干涉条纹的方向变化和干涉条纹的稀疏程度变化代表调焦环的倾斜方向变化。

(7)所述的根据初始状态干涉条纹状况、每次加温到指定温度后干涉条纹状况、每次降温到初始温度后干涉条纹状况、每次加温过程中的干涉条纹变化中的至少一项确定出调焦过程中所述调焦环的变形量的稳定性可以包括以下至少一项：

①将初始状态干涉条纹的数量、每次加温到指定温度后干涉条纹的数量、每次降温到初始温度后干涉条纹的数量中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的角度变化的稳定性。

②将初始状态干涉条纹的方向、每次加温到指定温度后干涉条纹的方向、每次降温到初始温度后干涉条纹的方向中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的倾斜方向的稳定性。

③将初始状态干涉条纹的稀疏程度、每次加温到指定温度后干涉条纹的稀疏程度、每次降温到初始温度后干涉条纹的稀疏程度中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的倾斜方向的稳定性。

④根据每次加温过程中的干涉条纹变化确定出每次加温过程中干涉条纹的平移，并将每次加温过程中干涉条纹的平移进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的长度变化的稳定性。

(8)该热控调焦机构的稳定性检测方法中，干涉条纹是由于所述第一反射镜2和所述标准镜3之间有夹角产生的，所以通过干涉条纹的数量可以反演所述标准镜3与所述第一反射镜2之间的夹角，而干涉条纹的方向反映了所述标准镜3与所述第一反射镜2之间夹角所在平面的法向，因此利用这种方法不但可以检测所述调焦环1引起的角度变形，而且可以检测出所述调焦环1引起角度变形的朝向。

进一步地，本发明所提供的热控调焦机构的稳定性检测方法不仅可以检测调焦环1的变形量，包括长度变化和角度变化，而且可以检测热控调焦机构的稳定性，确保调焦有效，不对成像质量产生致命影响。

综上可见，本发明实施例可以检测出调焦过程中调焦环的变形量的稳定性，确保调焦有效，不对成像质量产生致命影响。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的热控调焦机构的稳定性检测方法进行详细描述。

实施例1

如图1所示，一种热控调焦机构的稳定性检测方法，包括如下步骤：

步骤A1、将热控调焦机构中安装于调焦环1上的次镜作为第一反射镜2，在所述第一反射镜2的入射光方向同光轴依次设置标准镜3和干涉仪4，使所述干涉仪4发出的平行单色光经所述标准镜3反射形成参考光，经所述第一反射镜2反射后与所述参考光干涉，形成干涉条纹；通过调节所述第一反射镜2，使所述干涉条纹最少或者消失，此时该热控调焦机构的温度为20℃，记录该温度为初始温度，此时从干涉仪视场内观测到的干涉条纹状况如图2所示，该干涉条纹状况为初始状态干涉条纹状况；如图2所示，视场内有6条干涉条纹，线视场大小(即圆的直径)为30mm，则所述第一反射镜2与所述标准镜3的夹角为6×632nm/30mm×180/π＝26角秒，视场内每增加或减少一条干涉条纹，所述第一反射镜2与所述标准镜3的夹角就会相应变化26/6角秒。

步骤A2、开始启动所述热控调焦机构的调焦程序，通过所述热控调焦机构中的温控设备进行加温使所述调焦环1产生变形，并利用视频记录设备记录加温过程中的干涉条纹变化，直至加温温度达到30℃后，记录此时干涉条纹状况，该干涉条纹状况如图3所示。如图3所示，视场内干涉条纹增加至12条，这说明所述第一反射镜2与所述标准镜3的夹角变化了26角秒，如果公差要求所述次镜的角度变化不超过30角秒，则说明该热控调焦机构温度从20℃升至30℃，对成像质量影响不大。

步骤A3、通过所述热控调焦机构中的温控设备进行降温，直至降温到20℃后，记录此时干涉条纹状况，观察干涉条纹状况是否恢复初始状态，偏差越大说明该热控调焦机构稳定性越差，多次测量后利用测量数据的标准差作为偏差的度量。

步骤A4、反复执行步骤A2和步骤A3共5次，初始状态干涉条纹的数量为6.0、第一次加温到30℃后干涉条纹的数量为12.0、第一次降温到20℃后干涉条纹的数量为6.5、第二次加温到30℃后干涉条纹的数量为12.3、第二次降温到20℃后干涉条纹的数量为6.3、第三次加温到30℃后干涉条纹的数量为12.8、第三次降温到20℃后干涉条纹的数量为6.7、第四次加温到30℃后干涉条纹的数量为12.6、第四次降温到20℃后干涉条纹的数量为7.0、第五次加温到30℃后干涉条纹的数量为12.8，将上述相同温度下干涉条纹的数量进行对比，将相同温度下干涉条纹数标准差作为调焦过程中该调焦环的变形量的稳定性的评价参数，即所述调焦环的变形量的稳定性为：20℃下为[6.0 6.5 6.3 6.7 7.0]的标准差0.36，30℃下为[12.0 12.3 12.8 12.6 12.8]的标准差0.3464。转换为角度分别为1.56角秒，1.50角秒。

综上可见，本发明实施例可以检测出调焦过程中调焦环的变形量的稳定性，确保调焦有效，不对成像质量产生致命影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种热控调焦机构的稳定性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将热控调焦机构中安装于调焦环上的次镜作为第一反射镜，或用平面镜代替次镜安装在调焦环上作为第一反射镜；在所述第一反射镜的入射光方向同光轴依次设置标准镜和干涉仪，使所述干涉仪发出的平行单色光经所述标准镜反射形成参考光，经所述第一反射镜反射后与所述参考光干涉，形成干涉条纹；通过调节所述第一反射镜，使所述干涉条纹最少或者消失，记录此时的温度为初始温度，此时的干涉条纹状况为初始状态干涉条纹状况；

步骤2、开始启动所述热控调焦机构的调焦程序，通过所述热控调焦机构中的温控设备加温使所述调焦环产生变形，并利用视频记录设备记录加温过程中的干涉条纹变化，直至加温温度达到指定温度后，记录此时干涉条纹状况；

步骤3、通过所述热控调焦机构中的温控设备降温到初始温度，并记录此时干涉条纹状况；

步骤4、至少执行一次步骤2和步骤3，并根据初始状态干涉条纹状况、每次加温到指定温度后干涉条纹状况、每次降温到初始温度后干涉条纹状况或每次加温过程中的干涉条纹变化中的至少一项确定出调焦过程中所述调焦环的变形量的稳定性；

其中，所述的干涉条纹状况包括干涉条纹的数量、干涉条纹的方向、干涉条纹的稀疏程度中的至少一项。

2.根据权利要求1所述的热控调焦机构的稳定性检测方法，其特征在于，所述的根据初始状态干涉条纹状况、每次加温到指定温度后干涉条纹状况、每次降温到初始温度后干涉条纹状况或每次加温过程中的干涉条纹变化中的至少一项确定出调焦过程中所述调焦环的变形量的稳定性包括以下至少一项：

(1)将初始状态干涉条纹的数量、每次加温到指定温度后干涉条纹的数量、每次降温到初始温度后干涉条纹的数量中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的角度变化的稳定性；

(2)将初始状态干涉条纹的方向、每次加温到指定温度后干涉条纹的方向、每次降温到初始温度后干涉条纹的方向中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的倾斜方向的稳定性；

(3)将初始状态干涉条纹的稀疏程度、每次加温到指定温度后干涉条纹的稀疏程度、每次降温到初始温度后干涉条纹的稀疏程度中的至少一项进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的倾斜方向的稳定性；

(4)根据每次加温过程中的干涉条纹变化确定出每次加温过程中干涉条纹的平移，并将每次加温过程中干涉条纹的平移进行对比，从而确定出调焦过程中所述调焦环的长度变化的稳定性。

3.根据权利要求1或2所述的热控调焦机构的稳定性检测方法，其特征在于，所述的干涉仪采用zygo干涉仪。

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