CN114112327B - 用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源及其安装方法 - Google Patents

用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源及其安装方法，光源主要包括准直圆盘以及设置在圆盘上的激光架，使用多个激光架将激光器固定在整体结构中，同时使用激光架与圆盘间的连接螺钉与弹簧调整激光的方向。本发明的平行激光源结构简单，且利用了激光的准直性，作为光源平行性更好，此外激光架与准直圆盘间用螺钉固定的结构设计，易于调节激光的方向，可根据口径需要在准直圆盘不同口径位置安装激光器，可于室内提供平行光，避免了传统平行光源受制于镜面制造技术无法提供大口径平行光的难题，极大节约了成本。

Description

用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源及其安装方法
技术领域
本发明属于光学领域，特别是一种用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，尤其涉及一种使用多个平行激光源组成的平行激光源。
背景技术
在大口径光学设备的研发和调试过程中，为了避免外界环境因素的干扰，需要在相对稳定的环境内对光学系统进行装调测试。而当下很多空间光学系统，如天文望远镜等，通常以无穷远处的物体为目标，而包括星光在内，极远距离外某一点发出的光可看作平行光，因此可以用平行光源模拟无穷远处的物体，测定光学系统的分辨率和成像质量。在实验过程中，使用平行光对光学系统进行性能测试是不可或缺的。
当前为光学系统参数和像质测试提供平行光的主要方法是使用平行光管，利用光学系统焦面上物体成像在无穷远处，通过光学镜面的多次折射或反射得到近似平行的光束以在室内模拟无穷远处目标。为保证光源的平行性，平行光管镜面的焦距需要远大于待测光学系统的焦距。
而随着光学领域的不断进步，对于光学系统的各项性能参数有了更加严格的要求，尤其是空间光学系统在设计过程中为保证其分辨率，朝着口径变大，焦距增长的方向发展。因此，为了更好地验证这种大口径，长焦距的光学仪器，需要设计覆盖口径更大、平行性更好的平行光源。
传统上为了获取更大口径的平行光，平行光管需要将内部的透镜孔径对应扩大，同时由于待测仪器焦距越来越长，平行光管的透射镜或反射镜焦距也需要为之增大。但是会受到大口径镜面研制技术的制约，结构较为复杂，同时成本较高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，并设计了一种用于该平行激光源的自准直方案。该平行激光源解决了现有技术中存在的无法继续增大光源口径、成本高昂、装调环境受限、可靠性不足、维护成本高等问题，所设计平行激光源可满足大口径光学系统装调使用。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，包括准直圆盘、调节底盘和若干激光发射装置；
所述准直圆盘安装在调节底盘上，所述调节底盘用于调节准直圆盘的俯仰和倾斜方向；所述准直圆盘的中心安装一个激光发射装置，围绕该激光发射装置沿所述准直圆盘的圆周方向均匀分布三层若干激光发射装置；所有所述激光发射装置的俯仰和倾斜方向均可调。
进一步地，所述激光发射装置包括激光架和激光器；所述激光架包括空心柱体，以及安装在所述空心柱体一端的固定圆板，该固定圆板的中心中空，且与所述空心柱体贯通；所述空心柱体中固定安装所述激光器，所述固定圆板安装在准直圆盘上，通过调节固定圆板的俯仰和倾斜实现激光架俯仰和倾斜的调节，进而对激光器的出射方向进行俯仰和倾斜调整。
进一步地，所述固定圆板通过沿其圆周均匀分布的三个螺栓安装在准直圆盘上，每个螺栓上位于固定圆板和准直圆盘之间的部分套有弹簧，该弹簧处于压缩状态；通过调节三个螺栓调整激光架的俯仰和倾斜。
进一步地，所述准直圆盘通过沿其圆周均匀分布的三组倾角调节装置安装在调节底盘上，通过调节所述倾角调节装置实现对准直圆盘俯仰和倾斜方向的调节。
基于所述结构平行光源的安装方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，组装每个激光发射装置，并安装在准直圆盘上，具体为：先将一个卡环旋入激光架的空心柱体中，然后放入激光器，再将另一个卡环旋入激光架的空心柱体中，从而固定激光器；之后通过套有弹簧的螺栓将激光发射装置安装在准直圆盘上；
步骤2，通过倾角调节装置将装配好的准直圆盘安装在调节底盘上，由此完成结构平行光源的组装；
步骤3，利用自准直方法对结构平行光源进行调整，以保证激光发射装置均出射平行光。
进一步地，步骤3中所述自准直方法具体包括以下步骤：
步骤3-1，将自准直靶标置于距离所述结构平行光源30-100m处，打开激光架内的激光器，调整激光架上的3个螺栓，使得激光点指向所调激光器位置对应靶点；
步骤3-2，按照步骤3-1，完成所有激光架的初步自准直；
步骤3-3，将所述自准直靶标替换为自准直共轴反射镜；
步骤3-4，打开所有激光器，将激光打到自准直共轴反射镜中心附近，并用白板承接中心激光的反射像，此时可承接到近似汇聚于一点的光斑；其中近似程度自定义认定，所述白板的方向与激光垂直；
步骤3-5，沿激光的方向前后移动白板，观察光点变化，若光点分布为椭圆，且随白板位置移动，形状发生变化，则调节准直圆盘上的圆盘倾角螺钉，直至光点分布变为圆形，移动白板，光斑为一组同心圆；
步骤3-6，将白板移动到自准直共轴反射镜的焦点处，激光光斑近似汇聚为一点，若个别光点未精确汇聚，则执行步骤3-7进一步自准直；
步骤3-7，打开需要调整的激光架中的激光器，观察该激光经过自准直共轴反射镜后，像在白板上的位置，调整对应激光架的三个螺栓，直至该激光架的出射光点与中心激光光点重合；
步骤3-8，按照步骤3-7，完成所有激光架的自准直过程，至此，结构平行光源实现自准直。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、传统平行光管造价昂贵，且镜面加工难度大，本发明使用多个小型激光架并固定，避免了传统平行光管镜面难以制造、成本高昂的问题；
2、传统平行光管只能提供灯管出射的单一方向平行光，本发明采用螺钉将激光架与准直圆盘相连，允许对激光的方向进行调整，可以提供任意出射角的平行光；
3、传统平行光管发出的平行光口径无法调整，本发明所采用激光架和准直圆盘可拆解，允许对激光光束的口径大小进行调整，可根据不同口径需要自行调整，解决了室内难以获取平行光的问题，适用于多种光学装调场合；
4、传统平行光管结构复杂，难以维修，本发明结构设计简单，将各个激光器进行单元化设计，降低了安装难度，维护性好，可靠性高。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源的示意图。
图2为激光架示意图。
图3为激光架器件组装剖面示意图。
图4为自准直靶标示意图。
图5为自准直共轴反射镜自准直法示意图。
图6为待校准大口径透镜校准示意图。
附图标记：1：准直圆盘；2：激光架安装孔(共计3圈,40个)；3：激光架固定/方向调节螺孔(一组三个，共计41组，123个)；4：螺栓(一组三个，共计41组，123个)；5：激光架(共计41个)；6：中心激光架安装孔；7：弹簧(一组三个，共计41组，123个)；8：激光器(41个)；9：卡环(一组两个，共计41组，82个)；10：自准直靶标；11：自准直共轴反射镜；12：待校准大口径透镜；13：激光架螺孔；14：圆盘倾角螺钉(一组两个，共计6个)。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在一个实施例中，本实施例提供了一种用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，可用于对大口径光学仪器，如天文望远镜等，进行光学装调。结合图1至图3，包括准直圆盘1、调节底盘和41个激光发射装置；
所述准直圆盘1安装在调节底盘上，所述调节底盘用于调节准直圆盘1的俯仰和倾斜方向；所述准直圆盘1的中心安装一个激光发射装置，围绕该激光发射装置沿所述准直圆盘1的圆周方向均匀分布三层共40个激光发射装置；所有所述激光发射装置的俯仰和倾斜方向均可调。
该实施例设计的光源可产生41束平行激光，利用离散化分布的小激光器模拟大口径平行光源，具有成本低廉、可靠性好、性能稳定的优势。该实施例可应用于天文望远镜方面、空间相机方面、微光夜视仪方面等。
进一步地，在其中一个实施例中，所述激光发射装置包括激光架5和激光器8；所述激光架5包括空心柱体，以及安装在所述空心柱体一端的固定圆板，该固定圆板的中心中空，且与所述空心柱体贯通；所述空心柱体中固定安装所述激光器8，所述固定圆板安装在准直圆盘1上，通过调节固定圆板的俯仰和倾斜实现激光架5俯仰和倾斜的调节，进而对激光器8的出射方向进行俯仰和倾斜调整。
进一步地，在其中一个实施例中，所述固定圆板通过沿其圆周均匀分布的三个螺栓4安装在准直圆盘1上，每个螺栓4上位于固定圆板和准直圆盘1之间的部分套有弹簧7，该弹簧处于压缩状态；通过调节三个螺栓4调整激光架5的俯仰和倾斜。
进一步地，在其中一个实施例中，所述空心柱体内壁设有螺纹，所述激光器8的两端分别通过旋入的卡环9固定。
进一步地，在其中一个实施例中，所述准直圆盘1通过沿其圆周均匀分布的三组倾角调节装置安装在调节底盘上，通过调节所述倾角调节装置实现对准直圆盘1俯仰和倾斜方向的调节。
进一步地，在其中一个实施例中，每组所述倾角调节装置包括两个圆盘倾角螺钉14，一个用于固定准直圆盘1和调节底盘，另一个用于调节准直圆盘1的俯仰和倾斜。
在一个实施例中，提供了上述用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源的安装方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，组装每个激光发射装置，并安装在准直圆盘1上，具体为：先将一个卡环9旋入激光架的空心柱体中，然后放入激光器8，再将另一个卡环9旋入激光架的空心柱体中，从而固定激光器8；之后通过套有弹簧7的螺栓4将激光发射装置安装在准直圆盘1上；
步骤2，通过倾角调节装置将装配好的准直圆盘1安装在调节底盘上，由此完成结构平行光源的组装；
步骤3，利用自准直方法对结构平行光源进行调整，以保证激光发射装置均出射平行光。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图4和图5，步骤3中所述自准直方法具体包括以下步骤：
步骤3-1，将自准直靶标10置于距离所述结构平行光源30-100m处，打开激光架5内的激光器8，调整激光架5上的3个螺栓4，使得激光点指向所调激光器位置对应靶点；
步骤3-2，按照步骤3-1，完成所有激光架5的初步自准直；
步骤3-3，将所述自准直靶标10替换为自准直共轴反射镜11；
步骤3-4，打开所有激光器8，将激光打到自准直共轴反射镜11中心附近，并用白板承接中心激光的反射像，此时可承接到近似汇聚于一点的光斑；其中近似程度自定义认定，所述白板的方向与激光垂直；
步骤3-5，沿激光的方向前后移动白板，观察光点变化，若光点分布为椭圆，且随白板位置移动，形状发生变化，则调节准直圆盘1上的圆盘倾角螺钉14，直至光点分布变为圆形，移动白板，光斑为一组同心圆；
步骤3-6，将白板移动到自准直共轴反射镜11的焦点处，激光光斑近似汇聚为一点，若个别光点未精确汇聚，则执行步骤3-7进一步自准直；
步骤3-7，打开需要调整的激光架5中的激光器8，观察该激光经过自准直共轴反射镜11后，像在白板上的位置，调整对应激光架5的三个螺栓4，直至该激光架5的出射光点与中心激光光点重合；
步骤3-8，按照步骤3-7，完成所有激光架5的自准直过程，至此，结构平行光源实现自准直。
进一步地，在其中一个实施例中，所述自准直共轴反射镜11与结构平行光源之间的距离大于自准直共轴反射镜11的焦距。
对上述实施例中用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源的使用验证：
结合图6，以目标待校准大口径透镜12为例，将自准直完成的激光源照射到待校准大口径透镜12上，用白板承接光斑，前后移动白板，若光斑为分布均匀的同心圆，证明透镜成像良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，其特征在于，包括准直圆盘(1)、调节底盘和若干激光发射装置；
所述准直圆盘(1)安装在调节底盘上，所述调节底盘用于调节准直圆盘(1)的俯仰和倾斜方向；所述准直圆盘(1)的中心安装一个激光发射装置，围绕该激光发射装置沿所述准直圆盘(1)的圆周方向均匀分布三层若干激光发射装置；所有所述激光发射装置的俯仰和倾斜方向均可调；
所述激光发射装置包括激光架(5)和激光器(8)；所述激光架(5)包括空心柱体，以及安装在所述空心柱体一端的固定圆板，该固定圆板的中心中空，且与所述空心柱体贯通；所述空心柱体中固定安装所述激光器(8)，所述固定圆板安装在准直圆盘(1)上，通过调节固定圆板的俯仰和倾斜实现激光架(5)俯仰和倾斜的调节，进而对激光器(8)的出射方向进行俯仰和倾斜调整；
所述固定圆板通过沿其圆周均匀分布的三个螺栓(4)安装在准直圆盘(1)上，每个螺栓(4)上位于固定圆板和准直圆盘(1)之间的部分套有弹簧(7)，该弹簧处于压缩状态；通过调节三个螺栓(4)调整激光架(5)的俯仰和倾斜；
所述空心柱体内壁设有螺纹，所述激光器(8)的两端分别通过旋入的卡环(9)固定；
所述结构平行光源的安装方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，组装每个激光发射装置，并安装在准直圆盘(1)上，具体为：先将一个卡环(9)旋入激光架的空心柱体中，然后放入激光器(8)，再将另一个卡环(9)旋入激光架的空心柱体中，从而固定激光器(8)；之后通过套有弹簧(7)的螺栓(4)将激光发射装置安装在准直圆盘(1)上；
步骤2，通过倾角调节装置将装配好的准直圆盘(1)安装在调节底盘上，由此完成结构平行光源的组装；
步骤3，利用自准直方法对结构平行光源进行调整，以保证激光发射装置均出射平行光；
步骤3中所述自准直方法具体包括以下步骤：
步骤3-1，将自准直靶标(10)置于距离所述结构平行光源30-100m处，打开激光架(5)内的激光器(8)，调整激光架(5)上的3个螺栓(4)，使得激光点指向所调激光器位置对应靶点；
步骤3-2，按照步骤3-1，完成所有激光架(5)的初步自准直；
步骤3-3，将所述自准直靶标(10)替换为自准直共轴反射镜(11)；
步骤3-4，打开所有激光器(8)，将激光打到自准直共轴反射镜(11)中心附近，并用白板承接中心激光的反射像，此时可承接到近似汇聚于一点的光斑；其中近似程度自定义认定，所述白板的方向与激光垂直；
步骤3-5，沿激光的方向前后移动白板，观察光点变化，若光点分布为椭圆，且随白板位置移动，形状发生变化，则调节准直圆盘(1)上的圆盘倾角螺钉(14)，直至光点分布变为圆形，移动白板，光斑为一组同心圆；
步骤3-6，将白板移动到自准直共轴反射镜(11)的焦点处，激光光斑近似汇聚为一点，若个别光点未精确汇聚，则执行步骤3-7进一步自准直；
步骤3-7，打开需要调整的激光架(5)中的激光器(8)，观察该激光经过自准直共轴反射镜(11)后，像在白板上的位置，调整对应激光架(5)的三个螺栓(4)，直至该激光架(5)的出射光点与中心激光光点重合；
步骤3-8，按照步骤3-7，完成所有激光架(5)的自准直过程，至此，结构平行光源实现自准直。
2.根据权利要求1所述的用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，其特征在于，所述准直圆盘(1)通过沿其圆周均匀分布的三组倾角调节装置安装在调节底盘上，通过调节所述倾角调节装置实现对准直圆盘(1)俯仰和倾斜方向的调节。
3.根据权利要求1所述的用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，其特征在于，每组所述倾角调节装置包括两个圆盘倾角螺钉(14)，一个用于固定准直圆盘(1)和调节底盘，另一个用于调节准直圆盘(1)的俯仰和倾斜。
4.根据权利要求1所述的用于望远镜准直与像差模拟的结构平行光源，其特征在于，所述自准直共轴反射镜(11)与结构平行光源之间的距离大于自准直共轴反射镜(11)的焦距。
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