可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种可实现离轴反射镜离轴量及离轴角精确测量的系统及方法，该系统包括直角弯板、基准轴形成部件以及测微光管；待测离轴反射镜以及所述基准轴形成部件分别设置在直角弯板的两个直角边上；待测离轴反射镜设置在测微光管的出射光路上并在直角弯板上沿直角边进行自如上下移动；所述基准轴形成部件设置在经待测离轴反射镜的反射光路上。本发明提供了一种测量精度高的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统及方法。
【专利说明】可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学检测领域，涉及一种可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统及方法，尤其涉及一种可实现离轴反射镜离轴量及离轴角精确测量的系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着航天、航空事业的不断发展，光学系统形式从传统的同轴系统向离轴多反射式光学系统发展。对于离轴多反射光学系统，由于离轴反射镜中心光轴部分缺失，给系统穿心带来困难，造成系统同轴度降低，像质较难达到设计要求。离轴反射镜的离轴参数包括离轴量和离轴角，离轴量为离轴反射镜中心到理论光轴的距离，离轴角为离轴反射镜实际光轴与理论光轴的夹角。如果已知离轴反射镜的离轴量以及离轴角，通过机械精确定位的方式实现反射镜的初始定位，定位精度分别约为0.05mm、5”;初定位完成后采用计算机辅助装调即可实现反射镜的精确定位。但是离轴量在加工过程中的测量精度为mm量级，离轴角的测量精度约为30”，使得初始定位精度太低，不能满足使用计算机辅助装调进行精确定位的条件，从而难以实现反射镜的精确定位。因此，精确测量离轴反射镜的离轴量以及离轴角对于离轴反射镜的装配是十分必要的。
【发明内容】
[0003]为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本发明提供了一种测量精度高的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统及方法。
[0004]本发明的技术解决方案是:本发明提供了一种可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统，其特殊之处在于:所述系统包括直角弯板、基准轴形成部件以及测微光管；待测离轴反射镜以及所述基准轴形成部件分别设置在直角弯板的两个直角边上；待测离轴反射镜设置在测微光管的出射光路上并在直角弯板上沿直角边进行自如上下移动；所述基准轴形成部件设置在经待测离轴反射镜的反射`光路上。
[0005]上述待测离轴反射镜的背面设置有第三十字分划板目标；所述测微光管、第三十字分划板目标在同一光路上；所述测微光管与第三十字分划板目标所形成的光路与待测离轴反射镜背面所在的平面垂直。
[0006]上述基准轴形成部件包括依次设置在同一光轴上的第一十字分划板目标、第二十字分划板目标以及内调焦望远镜；所述第一^h字分划板目标、第二十字分划板目标以及内调焦望远镜所处的光轴形成基准轴；所述第二十字分划板目标设置在经待测离轴反射镜的反射光路上。
[0007]上述可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统还包括设置在直角弯板上的直线导轨；待测离轴反射镜通过直线导轨设置在直角弯板的直角边上并在直线导轨上沿直角弯板的直角边进行自如上下移动。
[0008]上述直角弯板是高精度90°直角弯板；所述直线导轨是高精度直线导轨。
[0009]一种基于如上所述的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统的方法，其特殊之处在于:所述方法包括以下步骤:
[0010]1)建立待测离轴反射镜的基准轴；在直角弯板上安装第一十字分划板目标以及第二十字分划板目标；所述第一^h字分划板目标以及第二十字分划板目标处于同一光轴上；所述光轴是待测离轴反射镜的基准轴；
[0011]2)建立待测离轴反射镜的指向光轴；将待测离轴反射镜安装在高精度直线导轨上，待测离轴反射镜的背面贴第三十字分划板目标，第三十字分划板目标的光轴与待测离轴反射镜的背面相垂直，所述第三十字分划板目标的光轴形成待测离轴反射镜的指向光轴；
[0012]3)调节测微光管，使测微光管与待测离轴反射镜的指向光轴自准直，同时将此时的测微光管读数设置为零；
[0013]4)调节第二十字分划板目标，使第二十字分划板目标距离待测离轴反射镜中心距离是R，所述R是待测离轴反射镜中心环带的半径值；
[0014]5)将待测离轴反射镜向远离基准轴的方向平移距离X，移动内调焦望远镜找到第二十字分划板目标经过待测离轴反射镜的反射像，测出此时内调焦望远镜的移动量y ；
[0015]6)根据公式y=2 (x+Rsin α )以及y=2 (x-Rsin α )计算得到待测离轴反射镜的指向光轴与基准轴的夹角α ;
[0016]7)将离轴反射镜旋转α角，调节测微光管并使测微光管与待测离轴反射镜的指向光轴自准直；
[0017]8)读取此时测微光管的读数值，此数值即为离轴角的差值；
[0018]9)在精度直线导轨上平移待测离轴反射镜的位置，使得第二十字分划板目标经过待测离轴反射镜反射后沿原路返回，即在内调焦望远镜的视场中能同时观察到第二十字分划板目标以及第二十字分划板目标经过离轴反射镜反射的像，测量此时基准轴距离轴反射镜端面的距离Cl1 ；
[0019]10)待测离轴反射镜的实际离轴量(1=(^+0/2,所述D是离轴反射镜口径；所述离轴反射镜的光轴与反射镜背面十字分划板夹角为α。
[0020]本发明的优点是:
[0021]本发明基于自准直原理，进行反射光路分析，得出离轴反射镜位置与反射像位置的数学关系，并基于以上数学关系提出一种可精确测量离轴反射镜离轴量以及离轴角的系统，该系统包括高精度90°直角弯板、高精度直线导轨、中心定位特种工装、内调焦望远镜以及测微光管，该系统测量离轴量以及离轴角的精度分别为±0.05mm、±10”。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明所提供系统的结构示意图；
[0023]图2是基于本发明所提供方法所形成的第一光路走向示意图；
[0024]图3是基于本发明所提供方法所形成的第二光路走向示意图；
[0025]图4是基于本发明所提供方法所形成的第三光路走向示意图；
[0026]其中:
[0027]1-直角弯板；2_直线导轨；3_待测离轴反射镜；4_第一十字分划板目标；5_第二十字分划板目标；6_内调焦望远镜；7_测微光管。【具体实施方式】
[0028]参见图1，本发明提供了一种可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统，该系统包括直角弯板1、直线导轨2、离轴反射镜3，第一十字分划板目标4、第二十字分划板目标5，内调焦望远镜6，测微光管7，如图1所示。
[0029]待测离轴反射镜以及基准轴形成部件分别设置在直角弯板I的两个直角边上；待测离轴反射镜3设置在测微光管7的出射光路上并在直角弯板I上沿直角边进行自如上下移动；基准轴形成部件设置在经待测离轴反射镜的反射光路上。
[0030]待测离轴反射镜3的背面设置有第三十字分划板目标；测微光管7、第三十字分划板目标在同一光路上，并与离轴反射镜背面垂直。
[0031]基准轴形成部件包括依次设置在同一光轴上的第一十字分划板目标4、第二十字分划板目标5以及内调焦望远镜6 ;第一十字分划板目标4、第二十字分划板目标5以及内调焦望远镜6所处的光轴形成基准轴；第二十字分划板目标5设置在经经待测离轴反射镜3的反射光路上。
[0032]可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统还包括设置在直角弯板I上的直线导轨2 ;待测离轴反射镜3通过直线导轨2设置在直角弯板I的直角边上并在直线导轨2上沿直角弯板I的直角边进行自如上下移动。
[0033]首先建立一基准轴，此基准轴由第一十字分划板目标4以及第二十字分划板目标5确定，当离轴反射镜理想光轴与基准轴重合并且第二十字分划板目标5中心距O点距离等于R (R为离轴反射镜中心环带曲率半径)时，第二十字分划板目标5发出的光线经待测离轴反射镜3反射后沿原路返回，其光路结构如图2所示，此时待测离轴反射镜3的中心轴与基准轴的距离等于待测离轴反射镜3的离轴量D。
[0034]当基准轴向上平移距离X且与离轴反射镜光轴夹角为α时，α角为负值，其像点变化量y=2 (x+Rsin α ) (I),光路如图3所示。
[0035]当基准轴向上平移距离X且与离轴反射镜光轴夹角为α时，α角为正值，其像点变化量y=2 (x-Rsina) (2),光路如图4所示。
[0036]基于如上提供的系统，本发明的具体测量方法是:
[0037]1、将待测离轴反射镜3安装在直线导轨2上，直线导轨2安装在直角弯板I上，待测离轴反射镜3的背面贴第三十字分划板，第三十字分划板的光轴与待测离轴反射镜背面垂直，在此定义为待测离轴反射镜指向光轴；
[0038]2、调节测微光管7，使得测微光管7与待测离轴反射镜3的指向光轴自准直，将此时的测微光管7读数设置为零；
[0039]3、调节第二十字分划板目标使得第二十字分划板目标距离待测离轴反射镜3中心距离为R，R为离轴反射镜中心环带的半径值；
[0040]4、将待测离轴反射镜3向远离基准轴方向平移距离X，移动内调焦望远镜6找到十字分划板经过待测离轴反射镜3的反射像，测出此时内调焦望远镜6的移动量y ；
[0041]5、根据公式(I)、(2)计算出待测离轴反射镜3的光轴与基准轴的夹角α。
[0042]6、在测微光管7的监视下，将待测离轴反射镜3旋转α角；
[0043]7、调节测微光管7，使得测微光管与反射镜指向光轴自准直；[0044]8、重复步骤 4、5、6、7，直到 α =0 ;
[0045]9、读取此时测微光管7的读数值，此数值即为离轴角的差值；
[0046]10、在直线导轨2上平移待测离轴反射镜3的位置使得第二十字分划板目标5经过待测离轴反射镜3反射后沿原路返回，即在内调焦望远镜6的视场中能同时观察到第二十字分划板目标以及第二十字分划板目标经过待测离轴反射镜3反射的像，测量此时基准轴距离轴反射镜端面的距离屯。
[0047]11、待测离轴反射镜3的实际离轴量(!=(^+0/2(0为离轴反射镜口径)，实际光轴与反射镜背面十字分划板夹角为α。在装调过程中可以根据测量得到的d以及α，准确的确定离轴反射镜在系统中的初始位置，`定位精度为0.02mm、2”。
【权利要求】
1.一种可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统，其特征在于:所述可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统包括直角弯板、基准轴形成部件以及测微光管；待测离轴反射镜以及所述基准轴形成部件分别设置在直角弯板的两个直角边上；待测离轴反射镜设置在测微光管的出射光路上并在直角弯板上沿直角边进行自如上下移动；所述基准轴形成部件设置在经待测离轴反射镜的反射光路上。
2.根据权利要求1所述的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统，其特征在于:所述待测离轴反射镜的背面设置有第三十字分划板目标；所述测微光管、第三十字分划板目标在同一光路上；所述测微光管与第三十字分划板目标所形成的光路与待测离轴反射镜背面所在的平面垂直。
3.根据权利要求2所述的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统，其特征在于:所述基准轴形成部件包括依次设置在同一光轴上的第一十字分划板目标、第二十字分划板目标以及内调焦望远镜；所述第一十字分划板目标、第二十字分划板目标以及内调焦望远镜所处的光轴形成基准轴；所述第二十字分划板目标设置在经待测离轴反射镜的反射光路上。
4.根据权利要求1或2或3所述的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统，其特征在于:所述可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统还包括设置在直角弯板上的直线导轨；待测离轴反射镜通过直线导轨设置在直角弯板的直角边上并在直线导轨上沿直角弯板的直角边进行自如上下移动。
5.根据权利要求4所述的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统，其特征在于:所述直角弯板是高精度90°直角弯板；所述直线导轨是高精度直线导轨。
6.一种基于权利要求5所述的可实现离轴反射镜离轴参数精确测量的系统的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1)建立待测离轴反射镜的基准轴；在直角弯板上安装第一十字分划板目标以及第二十字分划板目标；所述第一^h字分划板目标以及第二十字分划板目标处于同一光轴上；所述光轴是待测离轴反射镜的基准轴； 2)建立待测离轴反射镜的指向光轴；将待测离轴反射镜安装在高精度直线导轨上，待测离轴反射镜的背面贴第三十字分划板目标，第三十字分划板目标的光轴与待测离轴反射镜的背面相垂直，所述第三十字分划板目标的光轴形成待测离轴反射镜的指向光轴； 3)调节测微光管，使测微光管与待测离轴反射镜的指向光轴自准直，同时将此时的测微光管读数设置为零； 4)调节第二十字分划板目标，使第二十字分划板目标距离待测离轴反射镜中心距离是R，所述R是待测离轴反射镜中心环带的半径值； 5)将待测离轴反射镜向远离基准轴的方向平移距离X，移动内调焦望远镜找到第二十字分划板目标经过待测离轴反射镜的反射像，测出此时内调焦望远镜的移动量y; 6)根据公式y=2(x+Rsin α )以及y=2 (x_Rsin α )计算得到待测离轴反射镜的指向光轴与基准轴的夹角α ; 7)将离轴反射镜旋转α角，调节测微光管并使测微光管与待测离轴反射镜的指向光轴自准直； 8)读取此时测微光管的读数值，此数值即为离轴角的差值；9)在精度直线导轨上平移待测离轴反射镜的位置，使得第二十字分划板目标经过待测离轴反射镜反射后沿原路返回，即在内调焦望远镜的视场中能同时观察到第二十字分划板目标以及第二十字分划板目标经过离轴反射镜反射的像，测量此时基准轴距离轴反射镜端面的距离Cl1 ； 10)待测离轴反射镜的实际离轴量(!=(^+0/2，所述D是离轴反射镜口径；所述离轴反射镜的光轴与反射镜背面十字分划`板夹角为α。
【文档编号】G01B11/02GK103791843SQ201310543043
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】张学敏, 魏儒义, 宋兴, 段战军, 闫肃, 侯晓华, 李华 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所