CN116449522B - 一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件精密装调结构及方法 - Google Patents
一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件精密装调结构及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，包括一个具有中空内腔的机械支撑定位结构，机械支撑定位结构的后端连接有光学聚焦组件，机械支撑定位结构的前端依次连接有倾斜组件、偏心组件和焦面组件；所述偏心组件能实现焦面组件在两个偏心自由度的移动，所述倾斜组件能实现焦面组件在两个倾斜自由度的摆动，通过调节偏心组件和倾斜组件实现焦面组件四个自由度的装调。本发明还提供一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构的精密装调方法。本发明装调时间快，依赖的装调设备和测试设备少，其能应用到航空航天聚焦光学系统焦面组件装调场景中。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件精密装调结构及方法。
背景技术
聚焦光学系统广泛应用于激光通信、激光雷达、激光测距、航空成像、航天成像等航空航天光学领域；聚焦光学系统需要完成焦面的装调，使得焦面组件精确放置于聚焦光学系统的脚面位置附近，并保持长期高可靠的相对位置定位精度。目前焦面装调普遍采用焦面组件前设计修调垫片，通过光电实测焦面组件在光学系统的聚焦效果，机械加工或修研修调垫片，不断重复修调垫片和实测聚焦效果，直到达到光学系统聚焦的指标要求。该方法装调时间长，对装调设备和检测设备要求高。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件精密装调结构及方法。
本发明的第一个方面提供一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，包括一个具有中空内腔的机械支撑定位结构(1)，机械支撑定位结构(1)的后端连接有光学聚焦组件(2)，机械支撑定位结构(1)的前端依次连接有倾斜组件、偏心组件和焦面组件(7)；所述偏心组件能实现焦面组件(7)在两个偏心自由度的移动，所述倾斜组件能实现焦面组件(7)在两个倾斜自由度的摆动，通过调节偏心组件和倾斜组件实现焦面组件(7)四个自由度的装调。
进一步，所述机械支撑定位结构(1)包括圆筒，圆筒的前端设有圆环，圆环的内圈设有圆形凸环Ⅰ。
进一步，所述倾斜组件包括倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)，倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)的截面均为环形，倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)相互靠近的一侧环面为配合接触的楔形斜面，倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)相互远离的一侧环面为平面；所述倾斜楔形块Ⅰ(3)套设在机械支撑定位结构(1)前端的圆形凸环Ⅰ上，倾斜楔形块Ⅰ(3)的内圈设有圆形凸环Ⅱ，倾斜楔形块Ⅱ(4)套设在倾斜楔形块Ⅰ(3)的圆形凸环Ⅱ上。
进一步，所述偏心组件包括可相对滑动的偏心机械块Ⅰ(5)和偏心机械块Ⅱ(6)，偏心机械块Ⅰ(5)与倾斜楔形块Ⅱ(4)滑动连接；所述偏心机械块Ⅰ(5)和偏心机械块Ⅱ(6)的截面均为环形，偏心机械块Ⅰ(5)和偏心机械块Ⅱ(6)相互靠近的一侧环面上分别设有相互配合的凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ；所述偏心机械块Ⅱ(6)远离偏心机械块Ⅰ(5)的一侧环面连接有焦面组件(7)。
进一步，所述偏心机械块Ⅰ(5)与倾斜楔形块Ⅱ(4)相互靠近的一侧环面上分别设有相互配合的凸滑块Ⅱ和凹滑槽Ⅱ；所述凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ、凹滑槽Ⅱ和凸滑块Ⅱ均沿机械支撑定位结构(1)的径向设置，且凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ垂直于凹滑槽Ⅱ和凸滑块Ⅱ。
进一步，所述偏心机械块Ⅰ(5)通过凸滑块Ⅱ和与倾斜楔形块Ⅱ(4)的凹滑槽Ⅱ接触定位，所述偏心机械块Ⅱ(6)通过凸滑块Ⅰ与所述偏心机械块Ⅰ(5)的凹滑槽Ⅰ接触定位。
进一步，所述倾斜楔形块Ⅰ(3)与机械支撑定位结构(1)的圆形凸环Ⅰ接触定位；所述倾斜楔形块Ⅱ(4)与所述倾斜楔形块Ⅰ(3)的圆形凸环Ⅱ接触定位；所述焦面组件(7)与所述偏心机械块Ⅱ(6)固定。
进一步，所述焦面组件(7)为激光发射模块、空间光耦合接收模块或相机模块。
进一步，所述聚焦光学系统为成像系统或激光发射系统或激光耦合接收系统。
本发明的第二个方面提供一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件精密装调结构的精密装调方法，包括以下步骤：
步骤1：将偏心机械块Ⅰ(5)沿着其凸滑块Ⅱ微调，实现所述焦面组件(7)的沿偏心机械块Ⅰ(5)凸滑块Ⅱ方向的精密偏心移动；
步骤2：将偏心机械块Ⅱ(6)沿着其凸滑块Ⅰ微调，实现所述焦面组件(7)的沿偏心机械块Ⅱ(6)凸滑块Ⅰ方向的精密偏心移动；
步骤3：将倾斜楔形块Ⅱ(4)绕着所述倾斜楔形块Ⅰ(3)圆形凸环Ⅱ轴精密旋转，实现所述焦面组件(7)绕所述机械支撑定位结构(1)中所确定极坐标极径方向的姿态精密调整；
步骤4：将所述倾斜楔形块Ⅰ(3)绕着所述聚焦光学系统中机械支撑定位结构(1)圆形凸环Ⅰ轴精密旋转，实现所述焦面组件(7)绕所述机械支撑定位结构(1)中所确定极坐标的极角方向的姿态精密调整。
本发明的有益效果是：本发明的聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件装调方法通过采用两个偏心机械块和两个倾斜楔形块实现了聚焦光学系统中焦面组件不需要机械加工或修调就能进行焦面精密定位，该方法装调时间快，依赖的装调设备和测试设备少，其能应用到航空航天聚焦光学系统焦面组件装调场景中。
附图说明
图1是本发明的聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件组成示意图。
图2是本发明的机械支撑定位结构的结构示意图。
图3是本发明的倾斜楔形块Ⅰ的结构示意图。
图4a、b是本发明的倾斜楔形块Ⅱ的结构示意图。
图5a、b是本发明偏心机械块Ⅰ的结构示意图。
图6是本发明偏心机械块Ⅱ的结构示意图。
附图标记说明：1、机械支撑定位结构；2、光学聚焦组件；3、倾斜楔形块Ⅰ；4、倾斜楔形块Ⅱ；5、偏心机械块Ⅰ；6、偏心机械块Ⅱ；7、焦面组件；8、圆形凸环Ⅰ；9、圆形凸环Ⅱ；10、凹滑槽Ⅱ；11、凹滑槽Ⅰ；12、凸滑块Ⅰ；13、凸滑块Ⅰ。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照附图1，一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，包括一个具有中空内腔的机械支撑定位结构1，机械支撑定位结构1的后端连接有光学聚焦组件2，机械支撑定位结构1的前端依次连接有倾斜组件、偏心组件和焦面组件7；所述偏心组件能实现焦面组件7在两个偏心自由度的移动，所述倾斜组件能实现焦面组件7在两个倾斜自由度的摆动，通过调节偏心组件和倾斜组件实现焦面组件7四个自由度的装调。
参见附图2，所述机械支撑定位结构1包括圆筒，圆筒的前端设有圆环，圆环的内圈设有圆形凸环Ⅰ8。
参见附图3和4，所述倾斜组件包括倾斜楔形块Ⅰ3和倾斜楔形块Ⅱ4，倾斜楔形块Ⅰ3和倾斜楔形块Ⅱ4的截面均为环形，倾斜楔形块Ⅰ3和倾斜楔形块Ⅱ4相互靠近的一侧环面为配合接触的楔形斜面，倾斜楔形块Ⅰ3和倾斜楔形块Ⅱ4相互远离的一侧环面为平面；所述倾斜楔形块Ⅰ3套设在机械支撑定位结构1前端的圆形凸环Ⅰ上，倾斜楔形块Ⅰ3的内圈设有圆形凸环Ⅱ9，倾斜楔形块Ⅱ4套设在倾斜楔形块Ⅰ3的圆形凸环Ⅱ9上。
参见附图5和6，所述偏心组件包括可相对滑动的偏心机械块Ⅰ5和偏心机械块Ⅱ6，偏心机械块Ⅰ5与倾斜楔形块Ⅱ4滑动连接；所述偏心机械块Ⅰ5和偏心机械块Ⅱ6的截面均为环形，偏心机械块Ⅰ5和偏心机械块Ⅱ6相互靠近的一侧环面上分别设有相互配合的凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ；所述偏心机械块Ⅱ6远离偏心机械块Ⅰ5的一侧环面连接有焦面组件7。
所述偏心机械块Ⅰ5与倾斜楔形块Ⅱ4相互靠近的一侧环面上分别设有相互配合的凸滑块Ⅱ和凹滑槽Ⅱ10；所述凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ、凹滑槽Ⅱ和凸滑块Ⅱ均沿机械支撑定位结构1的径向设置，且凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ垂直于凹滑槽Ⅱ和凸滑块Ⅱ。
所述偏心机械块Ⅰ5通过凸滑块Ⅱ和与倾斜楔形块Ⅱ4的凹滑槽Ⅱ接触定位，所述偏心机械块Ⅱ6通过凸滑块Ⅰ与所述偏心机械块Ⅰ5的凹滑槽Ⅰ接触定位。所述倾斜楔形块Ⅰ3与机械支撑定位结构1的圆形凸环Ⅰ接触定位；所述倾斜楔形块Ⅱ4与所述倾斜楔形块Ⅰ3的圆形凸环Ⅱ接触定位；所述焦面组件7与所述偏心机械块Ⅱ6固定。
实施例2
采用实施1中一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件精密装调结构的精密装调方法，包括以下步骤：
步骤1：将偏心机械块Ⅰ5沿着其凸滑块Ⅱ微调，实现所述焦面组件7的沿偏心机械块Ⅰ5凸滑块Ⅱ方向的精密偏心移动；
步骤2：将偏心机械块Ⅱ6沿着其凸滑块Ⅰ微调，实现所述焦面组件7的沿偏心机械块Ⅱ6凸滑块Ⅰ方向的精密偏心移动；
步骤3：将倾斜楔形块Ⅱ4绕着所述倾斜楔形块Ⅰ3圆形凸环Ⅱ轴精密旋转，实现所述焦面组件7绕所述机械支撑定位结构1中所确定极坐标极径方向的姿态精密调整；
步骤4：将所述倾斜楔形块Ⅰ3绕着所述聚焦光学系统中机械支撑定位结构1圆形凸环Ⅰ轴精密旋转，实现所述焦面组件7绕所述机械支撑定位结构1中所确定极坐标的极角方向的姿态精密调整。
实施例3
参照附图1-6，一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，包括一个具有中空内腔的机械支撑定位结构1，机械支撑定位结构1的后端连接有光学聚焦组件2，机械支撑定位结构1的前端依次连接有倾斜组件、偏心组件和焦面组件7；所述偏心组件能实现焦面组件7在两个偏心自由度的移动，所述倾斜组件能实现焦面组件7在两个倾斜自由度的摆动，通过调节偏心组件和倾斜组件实现焦面组件7四个自由度的装调。与实施例1的区别在于：所述焦面组件7具体为激光发射模块，除此以外，焦面组件7还可以是空间光耦合接收模块或相机模块。
实施例4
参照附图1-6，一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，包括一个具有中空内腔的机械支撑定位结构1，机械支撑定位结构1的后端连接有光学聚焦组件2，机械支撑定位结构1的前端依次连接有倾斜组件、偏心组件和焦面组件7；所述偏心组件能实现焦面组件7在两个偏心自由度的移动，所述倾斜组件能实现焦面组件7在两个倾斜自由度的摆动，通过调节偏心组件和倾斜组件实现焦面组件7四个自由度的装调。与实施例1的区别在于：所述聚焦光学系统具体为成像系统，除此以外，聚焦光学系统还可以是激光发射系统或激光耦合接收系统。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (6)
1.一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，其特征在于：包括一个具有中空内腔的机械支撑定位结构(1)，机械支撑定位结构(1)的后端连接有光学聚焦组件(2)，机械支撑定位结构(1)的前端依次连接有倾斜组件、偏心组件和焦面组件(7)；所述偏心组件能实现焦面组件(7)在两个偏心自由度的移动，所述倾斜组件能实现焦面组件(7)在两个倾斜自由度的摆动，通过调节偏心组件和倾斜组件实现焦面组件(7)四个自由度的装调；
所述机械支撑定位结构(1)包括圆筒，圆筒的前端设有圆环，圆环的内圈设有圆形凸环Ⅰ(8)；
所述倾斜组件包括倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)，倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)的截面均为环形，倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)相互靠近的一侧环面为配合接触的楔形斜面，倾斜楔形块Ⅰ(3)和倾斜楔形块Ⅱ(4)相互远离的一侧环面为平面；所述倾斜楔形块Ⅰ(3)套设在机械支撑定位结构(1)前端的圆形凸环Ⅰ上，倾斜楔形块Ⅰ(3)的内圈设有圆形凸环Ⅱ，倾斜楔形块Ⅱ(4)套设在倾斜楔形块Ⅰ(3)的圆形凸环Ⅱ(9)上
所述偏心组件包括可相对滑动的偏心机械块Ⅰ(5)和偏心机械块Ⅱ(6)，偏心机械块Ⅰ(5)与倾斜楔形块Ⅱ(4)滑动连接；所述偏心机械块Ⅰ(5)和偏心机械块Ⅱ(6)的截面均为环形，偏心机械块Ⅰ(5)和偏心机械块Ⅱ(6)相互靠近的一侧环面上分别设有相互配合的凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ；所述偏心机械块Ⅱ(6)远离偏心机械块Ⅰ(5)的一侧环面连接有焦面组件(7)；
所述偏心机械块Ⅰ(5)与倾斜楔形块Ⅱ(4)相互靠近的一侧环面上分别设有相互配合的凸滑块Ⅱ(12)和凹滑槽Ⅱ(10)；所述凹滑槽Ⅰ(11)和凸滑块Ⅰ、凹滑槽Ⅱ和凸滑块Ⅱ均沿机械支撑定位结构(1)的径向设置，且凹滑槽Ⅰ和凸滑块Ⅰ垂直于凹滑槽Ⅱ和凸滑块Ⅱ。
2.如权利要求1所述的一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，其特征在于：所述偏心机械块Ⅰ(5)通过凸滑块Ⅱ和与倾斜楔形块Ⅱ(4)的凹滑槽Ⅱ接触定位，所述偏心机械块Ⅱ(6)通过凸滑块Ⅰ与所述偏心机械块Ⅰ(5)的凹滑槽Ⅰ接触定位。
3.如权利要求1所述的一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，其特征在于：所述倾斜楔形块Ⅰ(3)与机械支撑定位结构(1)的圆形凸环Ⅰ接触定位；所述倾斜楔形块Ⅱ(4)与所述倾斜楔形块Ⅰ(3)的圆形凸环Ⅱ接触定位；所述焦面组件(7)与所述偏心机械块Ⅱ(6)固定。
4.如权利要求1所述的一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，其特征在于：所述焦面组件(7)为激光发射模块、空间光耦合接收模块或相机模块。
5.如权利要求1所述的一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件的精密装调结构，其特征在于：所述聚焦光学系统为成像系统或激光发射系统或激光耦合接收系统。
6.如权利要求1所述的一种聚焦光学系统偏心组件、倾斜组件及焦面组件精密装调结构的精密装调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将偏心机械块Ⅰ(5)沿着其凸滑块Ⅱ微调，实现所述焦面组件(7)的沿偏心机械块Ⅰ(5)凸滑块Ⅱ方向的精密偏心移动；
步骤2：将偏心机械块Ⅱ(6)沿着其凸滑块Ⅰ微调，实现所述焦面组件(7)的沿偏心机械块Ⅱ(6)凸滑块Ⅰ方向的精密偏心移动；
步骤3：将倾斜楔形块Ⅱ(4)绕着所述倾斜楔形块Ⅰ(3)圆形凸环Ⅱ轴精密旋转，实现所述焦面组件(7)绕所述机械支撑定位结构(1)中所确定极坐标极径方向的姿态精密调整；
步骤4：将所述倾斜楔形块Ⅰ(3)绕着所述聚焦光学系统中机械支撑定位结构(1)圆形凸环Ⅰ轴精密旋转，实现所述焦面组件(7)绕所述机械支撑定位结构(1)中所确定极坐标的极角方向的姿态精密调整。
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