CN202522396U - 一种确定非球面反射镜光轴的系统 - Google Patents

Abstract

一种确定非球面反射镜光轴的系统，包括机械旋转轴、姿态调整工装、镜框、发光源、第一内调焦定心仪、第二内调焦定心仪，发光源设置在非球面反射镜的已知焦点处，姿态调整工装设置在机械旋转轴上，镜框设置在姿态调整工装的一端，第一内调焦定心仪设置在大于非球面反射镜半径的位置，第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点处发光经非球面反射后的光路上。本实用新型解决了现有确定非球面反射镜光轴精度低、搭建系统复杂、镜面保护等问题，完全采用光学非接触式测量方式，寻找非球面反射镜的近似球心像和轴上焦点像，通过姿态调整工装改变反射镜空间姿态，控制两像点在内调焦定心仪内的跳动量，保证光轴与机械旋转轴的重合精度。

Description

一种确定非球面反射镜光轴的系统

技术领域

本实用新型属于光学定心领域，尤其涉及一种确定非球面反射镜光轴的系统。

背景技术

对于非球面反射镜而言，非球面的对称轴即非球面反射镜的光轴，如图1所示轴对称非球面反射镜的结构示意图，其中OO′为非球面反射镜的光轴，KK′为机械旋转轴。在装调过程中，由于人为或客观条件等因素的影响，机械旋转轴KK′与非球面反射镜的光轴OO′并不重合，如果非球面反射镜是组成光学系统中的一部分，则系统的光轴与非球面反射镜的光轴的不重合会导致光学系统的成像质量降低。所以非球面反射镜光轴的确定是非球面应用中重要的问题。现有的确定非球面反射镜光轴与机械旋转轴重合的方法有很多：

第一种非球面定心加工方法如图2所示，利用内调焦定心仪5寻找控制非球面反射镜的近似球心的跳动量，再利用千分表4控制其的外圆与端面的跳动，保证光轴与机械旋转轴的重合精度。

这种方法的缺点：1、此方法采用千分表接触式测量，操作过程容易划伤反射镜镀膜面；2、多次调整非球面反射镜姿态时，接触式测量的复位精度无法保证，造成累积误差。

第二种方法如图3所示，通过平行光管7寻找非球面反射镜的轴上焦点和轴外焦点，采用CCD相机接收轴上焦点像F1和轴外焦点像F2并通过PC机观察，控制焦点像跳动量保证光轴与机械旋转轴的重合精度。

这种方法的缺点：1、系统搭建比较复杂，还要使用半透半反镜，减弱了光线能量，降低了图像分辨能力；2、轴外焦点所成的实像像差随着视场角的增大而增大，无法在CCD上获得满意的图像(像散像差非常大)，控制像点跳动非常困难，勉强操作得到的定轴精度根本无法得到保证。

实用新型内容

为了解决现有确定非球面反射镜光轴精度低、搭建系统复杂、镜面保护等问题，本实用新型提供一种确定非球面反射镜光轴的系统。

本实用新型的技术解决方案：

一种确定非球面反射镜光轴的系统，包括机械旋转轴、姿态调整工装、镜框、发光源、第一内调焦定心仪、第二内调焦定心仪、CCD相机以及PC机，

所述发光源设置在非球面反射镜的已知焦点处，

所述姿态调整工装设置在机械旋转轴上，

所述镜框设置在姿态调整工装的一端，

所述第一内调焦定心仪设置在大于非球面反射镜半径的位置，进行调焦使定心仪焦点与非球面反射镜近似球心像重合，

所述第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点处发光经非球面反射后的光路上，

所述CCD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，所述CCD相机的另一端与PC机连接。

一种基于上述系统的确定非球面反射镜光轴的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】组装权利要求1所述的确定非球面反射镜光轴的系统，包括机械旋转轴、姿态调整工装、镜框、发光源、第一内调焦定心仪、第二内调焦定心仪、CCD相机以及PC机，

发光源设置在待确定非球面反射镜的已知焦点处，姿态调整工装设置在机械旋转轴上，镜框设置在姿态调整工装的一端，将待确定非球面反射镜装在镜框里，所述第一内调焦定心仪设置在大于非球面反射镜半径的位置，进行调焦使定心仪焦点与非球面反射镜近似球心像重合，第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点发光经非球面反射后的光路上，CCD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，CCD相机的另一端与PC机连接；

2】采用自准直法确定非球面反射镜的近似球心，通过第一内调焦定心仪调焦后接收近似球心的像得到近似球心像；

3】让设置在非球面反射镜的已知焦点处的发光源发光，经非球面镜汇聚于一点即为轴上焦点，通过第二内调焦定心仪接收轴上焦点的像得到轴上焦点像；

4】将步骤2】、步骤3】找到的近似球心像和轴上焦点像通过CCD相机显示在PC机上；

5】调整姿态调整工装，并观察PC机上的近似球心像和轴上焦点像，直至近似球心像和轴上焦点像的运动轨迹由划大圆逐渐变为划小圆甚至接近静止不动，此时非球面反射镜的光轴与机械旋转轴近似重合，机械旋转轴即为非球面反射镜的光轴。

上述的确定非球面反射镜光轴的方法，其特殊之处在于：

非球面反射镜的截面为抛物面时，所述发光源为平行光管。

上述的确定非球面反射镜光轴的方法，其特殊之处在于：

非球面反射镜的截面为椭圆面时，所述发光源为点光源。

本实用新型所具有的优点：

本实用新型完全采用光学非接触式测量方式，寻找非球面反射镜的近似球心像和轴上焦点像，通过姿态调整工装改变反射镜空间姿态，控制两像点在内调焦定心仪内的跳动量，保证光轴与机械旋转轴的重合精度。

附图说明

图1非球面反射镜的结构示意图；

图2为现有技术中一种确定非球面反射镜与机械旋转轴重合的系统示意图；

图3为现有技术中另一种确定非球面反射镜与机械旋转轴重合的系统示意图；

图4为实用新型一种实施例示意图；

图5为本实用新型另一种实施例示意图；

图6为姿态调整工装的结构示意图；

其中附图标记为：1-机械旋转轴，2-姿态调整工装，3-非球面反射镜，4-千分表，5-内调焦定心仪，6-半透半反镜，7-平行光管，8-CCD相机，9-PC机，11-第一内调焦定心仪，12-第二内调焦定心仪，O′-近似球心，F′-轴上焦点，F1-轴上焦点像，F2-轴外焦点像，F3-轴上焦点，F4-已知焦点，24-过渡法兰盘，25-倾斜调整螺钉，26-平移调整螺钉，27-通孔，28-车床主轴连接螺钉，211-倾斜调整环，212-平移调整环。

具体实施方式

如图4所示，确定非球面反射镜光轴的系统，非球面反射镜的截面为抛物面，包括机械旋转轴1、姿态调整工装2、镜框、发光源、第一内调焦定心仪11、第二内调焦定心仪12、CCD相机8以及PC机9，发光源设置在非球面反射镜的已知焦点(无穷远)处，发光源为平行光管。

姿态调整工装2设置在机械旋转轴上，镜框设置在姿态调整工装的一端，

第一内调焦定心仪设置在待确定非球面反射镜的大于半径的位置，进行调焦使定心仪焦点与非球面反射镜近似球心像重合，

第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点处发光经非球面反射后的光路上，

CCD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，CCD相机的另一端与PC机连接。

如图5所示，确定非球面反射镜光轴的系统，非球面反射镜的截面为椭圆面，包括机械旋转轴1、姿态调整工装2、镜框、发光源、第一内调焦定心仪11、第二内调焦定心仪12、CCD相机8以及PC机9，发光源设置在非球面反射镜的已知焦点F4处，发光源为点光源。姿态调整工装2设置在机械旋转轴上，镜框设置在姿态调整工装的一端，第一内调焦定心仪设置在待确定非球面反射镜的大于半径的位置，进行调焦使定心仪焦点与非球面反射镜近似球心像重合，第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点处发光经非球面反射后的光路上，CCD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，CCD相机的另一端与PC机连接。

姿态调整工装结构参见图6，包括可固定非球面反射镜的过渡法兰盘、安装在过渡法兰盘后端面的倾斜调整环、安装在倾斜调整环后端面的平移调整环，过渡法兰盘和倾斜调整环之间设置有四个圆周均布的倾斜调整螺钉，倾斜调整环和平移调整环之间设置有四个圆周均布的平移调整螺钉，平移调整环和机械旋转轴连接；过渡法兰盘、倾斜调整环以及平移调整环的回转中心设置有通孔。通过微量调节倾斜调整螺钉和平移调整螺钉，就可以调整非球面反射镜的光轴。

确定非球面反射镜光轴的方法，包括以下步骤：

1】组装确定非球面反射镜光轴的系统，包括机械旋转轴、姿态调整工装、镜框、发光源、第一内调焦定心仪、第二内调焦定心仪、CCD相机以及PC机，

发光源设置在待确定非球面反射镜的已知焦点处，姿态调整工装设置在机械旋转轴上，镜框设置在姿态调整工装的一端，将待确定非球面反射镜装在镜框里，第一内调焦定心仪设置在大于待确定非球面反射镜半径的位置，进行调焦使定心仪焦点与非球面反射镜近似球心像重合，第二内调焦定心仪位于从非球面反射镜的已知一个焦点发光经非球面反射后的光路上，CCD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，CCD相机的另一端与PC机连接；

2】采用自准直法确定非球面反射镜的近似球心O′，通过第一内调焦定心仪接收近似球心的像得到近似球心像；

3】让设置在待确定非球面反射镜的已知一个焦点处的发光源发光，经非球面镜汇聚于一点即为轴上焦点F′，通过第二内调焦定心仪接收轴上焦点的像得到轴上焦点像；

4】将步骤2】、步骤3】找到的近似球心像和轴上焦点像通过CCD相机显示在PC机上；

5】调整姿态调整工装，并观察PC机上的近似球心像和轴上焦点像，直至近似球心像和轴上焦点像的运动轨迹成小圆，此时机械旋转轴的位置与非球面反射镜的光轴重合。

非球面反射镜的截面为抛物面时，所述发光源为平行光管7。

非球面反射镜的截面为椭圆面时，所述发光源为点光源。

实施例：

非球面反射镜的截面为椭圆面时，发光源为点光源：

1、采用自准直法确定非球面反射镜的近似球心像；通过第一内调焦定心仪发光经非球面反射镜反射汇聚于一点即为近似球心，再被第一内调焦定心仪接收形成近似球心像。

2.、非球面反射镜的截面为椭球面时，发光源为点光源，如图5所示，也可以用第一内调焦定心仪充当发光源，移动第一定心仪到椭球面非球面反射镜的已知焦点F1处，发出光线经过非球面反射镜汇聚到轴上焦点F2处；

3、用第二内调焦定心仪接收轴上焦点F2的像成轴上焦点像；

4、通过与第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪连接的CCD相机将近似球心像和轴上焦点像采集到PC机上，观察两像点的画圆量，调节姿态调整工装，至近似球心像和轴上焦点像的运动轨迹成小圆(直至像点画圆量减小不动)，调整完毕，此时机械旋转轴的位置与非球面反射镜的光轴重合。

非球面反射镜的截面为抛物面时，发光源为平行光发光源：

1、采用自准直法确定非球面反射镜的近似球心像；通过第一内调焦定心仪发光经非球面反射镜反射汇聚于一点即为近似球心，再被第一内调焦定心仪接收形成近似球心像。

2、截面为抛物面，已知焦点在无穷远处，采用平行光，如图4所示，让设置在待确定非球面反射镜的已知一个焦点(焦点位于无穷远)处的发光源发光，平行光管照射到非球面反射镜上，经非球面镜汇聚于一点即为轴上焦点，通过第二内调焦定心仪接收轴上焦点的像得到轴上焦点像；

3】将近似球心像和轴上焦点像通过CCD相机显示在PC机上；

4】调整姿态调整工装，并观察PC机上的近似球心像和轴上焦点像，直至近似球心像和轴上焦点像的运动轨迹成小圆，此时机械旋转轴的位置与非球面反射镜的光轴重合。

调整非球面反射镜实质是通过镜框调整，非球面反射镜放置在镜框里，对于本领域技术人员来讲为公知尝试，所以就本实用新型就说明调节反球面反射镜。

Claims (1)

1.一种确定非球面反射镜光轴的系统，包括机械旋转轴、姿态调整工装、镜框、发光源、第一内调焦定心仪、第二内调焦定心仪、CCD相机以及PC机，

所述发光源设置在非球面反射镜的已知焦点处，

所述姿态调整工装设置在机械旋转轴上，

所述镜框设置在姿态调整工装的一端，

所述第一内调焦定心仪设置在大于非球面反射镜半径的位置，进行调焦使定心仪焦点与非球面反射镜近似球心像重合，

所述第二内调焦定心仪位于发光源从非球面反射镜的已知焦点处发光经非球面反射后的光路上，

所述CCD相机接收第一内调焦定心仪和第二内调焦定心仪的像点，所述CCD相机的另一端与PC机连接。

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