基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的装调设备的制作方法

1.本发明涉及光机装校技术领域，具体为基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的装调设备。


背景技术：

2.随着空间技术发展，需要更高成像质量、更大幅宽、更大视场、更精密结构的光学系统，离轴三反形式不仅具有更高的成像质量，还解决了大视场和高分辨率的矛盾，但是整体结构会比较大，自由曲面的使用可以做到提高成像质量和扩大视场角的同时优化光学系统结构，使得为了满足光学设计要求，原本复杂笨重的系统变得简洁轻巧，但是装调过程多个自由度的约束，极大增加了装调检测的困难程度，因而制约了对自由曲面的使用。
3.计算全息器件(cgh，computer-generated holograms)是一种高精度的自由曲面检测方法，结构简单，并且具有辅助调节功能，实际非球面检测过程中，计算全息主要三部分组成，一是辅助定位区域的对准全息，二是检测非球面面型区域的主全息，三是定位非球面镜的基准全息。主全息在cgh中心区域，干涉仪发出的检测光束经过标准镜头出射后是标准球面波，再经过cgh主全息区域后，光线垂直于非球面入射，反射的光线包含了被测件的面型信息，返回cgh后变成球面波再和干涉仪的参考光进行干涉，得到的面型数据就是实测面型和理论面型的残差。
4.传统的cgh是只包含一个主全息区域、一个对准全息区域和一个基准全息区域组，只能针对一个反射镜进行面型检测，将多个主全息区域和对准全息区域以及基准全息区域组集合到一个cgh上可以减少装调自由度，极大的降低了装调难度，可以节省时间成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供了基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的装调设备。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的装调设备，包括装调设备，所述装调设备由干涉仪、衰减片、计算全息器件、光谱仪模块、六维调节架、金属垫块、气浮平台组成，其中光谱仪模块由光谱仪框架、第一反射镜框、光栅镜框第三反射镜框、第一反射镜、光栅、第三反射镜、第二反射镜、第二反射镜框、标准球面镜组成，并且通过以下步骤完成装调：
7.步骤一，利用六维调节架和金属垫块将干涉仪、衰减片cgh、光谱仪模块安装在气浮平台，将光轴通过直尺等测量方式初步调到等高状态；
8.步骤二，干涉仪发出的光入射到cgh的第一个对准全息区域，反射后回到干涉仪，形成干涉条纹，调整六维调节架使得第一个对准全息区域出现零条纹，固定六维调节架；干涉仪发出的光入射到第一组基准全息区域，产生四个像点，调整第一反射镜框，使得四个像点与第一反射镜框上四个标记点重合，初步确定第一反射镜位置；干涉仪发出的光入经过衰减片后，入射到第一个主全息区域上，再入射到光谱仪第一反射镜上，光反射回到干涉
仪，形成干涉条纹，调整第一反射镜框使得干涉条纹出现零条纹，确定第一反射镜位置；
9.步骤三，干涉仪发出的光入射到cgh的第二个对准全息区域，反射后回到干涉仪，形成干涉条纹，调整六维调节架使得第二个对准全息区域出现零条纹，固定六维调节架；干涉仪发出的光入射到第二组基准全息区域组，产生四个像点，调整光栅镜框使得四个像点和光栅镜框上四个标记点重合，初步确定光栅位置；干涉仪发出的光入经过衰减片后，入射到第二个主全息区域上，再入射到光谱仪光栅上，光反射回干涉仪，形成干涉条纹；干涉仪发出的光入经过衰减片后，入射到第三个主全息区域上，再入射到光谱仪光栅上，光反射回到干涉仪，形成干涉条纹，调整光栅镜框，使得两个主全息区域干涉条纹均为零条纹，确定光栅的位置；
10.步骤四，将干涉仪发出的光入射到cgh的第三个对准全息区域，反射后回到干涉仪，形成干涉条纹，调整六维调节架使得第三个对准全息区域出现零条纹，固定六维调节架；干涉仪发出的光入射到第三组基准全息区域，产生四个像点，调整第三反射镜框，使得四个像点与第三反射镜框上标记点重合，初步确定第三反射镜位置；干涉仪发出的光入经过衰减片后，入射到第四主全息区域上，再入射到光谱仪第三反射镜上，光反射回到干涉仪，形成干涉条纹，调整第三反射镜框使得干涉条纹出现零条纹，确定第三反射镜位置；
11.步骤五，取下计算全息器件，将第二反射镜安装到光谱仪框架上，基于标准球面镜光路自返回原理，根据理论波像差调整第二反射镜框姿态，使得光谱仪系统波像差满足要求，完成第二反射镜的装调。
12.优选的，所述所述计算全息器件含有四个主全息区域、三个对准全息区域、三组基准全息区域，分别为第一个主全息区域对应于第一反射镜，第二个主全息区域对应于光栅级次，第三个主全息区域对应于光栅+级次，第四个主全息区域对应于第三反射镜；第一个对准全息区域用于确定干涉仪与cgh的相对位置关系，利用第一个主全息区域完成对第一反射镜的姿态调节，第二个对准全息区域用于确定干涉仪与cgh的相对位置关系，利用第二个主全息区域和第三个主全息区域完成对光栅的姿态调节，第三个对准全息区域用于确定干涉仪与cgh的相对位置关系，利用第四个主全息区域完成对第三反射镜的姿态调节，第一组基准全息区域对应于第一反射镜粗调位置，第二组基准全息区域对应于光栅粗调位置，第三组基准全息区域对应于第三反射镜粗调位置。
13.优选的，所述遮挡住其他衍射区域，干涉仪的光入射到第一个对准全息区域返回到干涉仪后形成干涉条纹，调整六维调节架，当条纹趋近于零时，可以确定干涉仪与cgh的相对位置关系，遮挡住其他衍射区域，干涉仪发出的光经第一组基准全息区域组入射到第一反射镜上，在第一反射镜的表面上下左右四个位置形成像点，调整第一反射镜框，使得四个像点和第一反射镜框上的四个标记点重合，遮挡住其他衍射区域，干涉仪发出的光经衰减片和第一个主全息区域，入射到第一反射镜上，反射光经第一个主全息区域回到干涉仪形成干涉条纹，微调第一反射镜框，干涉条纹趋近于零条纹时，完成第一反射镜的定位；保证cgh和光谱仪模块不动，遮挡住其他衍射区域，干涉仪的光入射到第二个对准全息区域返回到干涉仪后形成干涉条纹，调整六维调节架，当条纹趋近于零时，可以确定干涉仪与cgh的相对位置关系，干涉仪发出的光经衰减片第二组基准全息区域入射到光栅上，在光栅的表面上下左右形成四个像点，调整光栅镜框，使得四个像点和光栅镜框边缘四个标记点重合，干涉仪发出的光经衰减片和对应于级次的第二个主全息区域，入射到光栅，反射后回到
干涉仪形成干涉条纹，干涉仪发出的光经衰减片和对应于+级次的第三个主全息区域，入射到光栅，反射后回到干涉仪形成干涉条纹，调整光栅镜框，当两个干涉级次条纹都趋近零条纹时，完成光栅的定位；遮挡住其他衍射区域，干涉仪的光入射到第三个对准全息区域返回到干涉仪后形成干涉条纹，调整六维调节架，当条纹趋近于零时，可以确定干涉仪与cgh的相对位置关系，遮挡住其他衍射区域，干涉仪发出的光经第三基准全息区域组入射到第三反射镜上，在第三反射镜的表面上下左右位置形成四个像点，调整第三反射镜框，使得四个像点和第三反射镜框上四个标记点重合，遮挡住其他衍射区域，干涉仪发出的光经衰减片和第四个主全息区域，入射到第三反射镜上，反射光经第四主全息区域回到干涉仪形成干涉条纹，微调第三反射镜框，干涉条纹趋近于零条纹时，完成第三反射镜的定位。
14.优选的，所述所述光谱仪模块的第一反射镜和光栅以及第三反射镜完成定位后，取下cgh，安装固封有第二反射镜的第二反射镜框在光谱仪模块上，安装标准球面镜在离轴自由曲面光谱仪系统的物方位置，将干涉仪焦点移动到离轴自由曲面光谱仪系统的像面位置处，测量光束经干涉仪发出经过光谱仪系统，入射到标准球面镜，反射光返回到干涉仪形成干涉条纹，根据理论波像差调整第二反射镜框，使得光谱仪系统波像差满足理论要求，完成第二反射镜的装调。
15.本发明提供了基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的装调设备。该基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的装调设备具备以下有益效果：
16.本发明将两个反射镜和一个光栅的对准全息区域、主全息区域、基准全息区域组集合在一个计算全息器件上，利用一个计算全息器件就可以高效完成离轴自由曲面光谱仪系统的装调，减少了装调自由度，降低了装调难度，简化了辅助工装，节省了成本与时间。
附图说明
17.图1是为本发明所述的基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的俯视结构示意图；
18.图2是为本发明所述的基于计算全息器件的离轴自由曲面光谱仪系统的侧室结构示意图；
19.图3是为本发明所述的cgh包含区域示意图
20.图4是为本发明所述的光谱仪系统测试波像差示意图。
21.图中：图中，1、干涉仪，2、衰减片，3、cgh，4、光谱仪模块，5、光谱仪框架，6、第一反射镜框，7、光栅镜框，8、第三反射镜框，9、第一反射镜，10、光栅，11、第三反射镜，12、六维调节架，13、金属垫块，14、气浮平台，15、第二反射镜，16、第二反射镜框，17、标准球面镜，3-1、第一个主全息区域，3-2、第二个主全息区域，3-3、第三个主全息区域，3-4、第四个主全息区域，3-5、第一个对准全息区域，3-6、第二个对准全息区域，3-7、第三个对准全息区域，3-8、第一组基准全息区域，3-9、第二组基准全息区域，3-10、第三组基准全息区域。
具体实施方式
22.结合图1至图4，对本发明中基于计算全息器件的光谱仪系统装调方法进行详细阐述：
23.步骤一、光路搭建：六维调节架12和金属垫块13安装在气浮平台14上，将干涉仪1
和衰减片2安装在六维调节架12上，cgh3光谱仪模块4安装到金属垫块13上，利用六维调节架12和金属垫块13将干涉仪1、衰减片2、cgh3、光谱仪模块4的光轴通过直尺等测量方式初步调到同一高度。
24.步骤二、第一反射镜装调定位：遮挡住其他主全息区域主全息区域，干涉仪1的光入射到第一个对准全息区域3-5返回到干涉仪1后形成干涉条纹，调整六维调节架12，当条纹趋近于零时，可以确定干涉仪1与cgh3的相对位置关系，遮挡住其他衍射区域，干涉仪1发出的光经第一组基准全息区域3-8入射到第一反射镜9上，在第一反射镜9的表面上下左右四个边缘位置形成像点，调整第一反射镜框6，通过目测四个像点和第一反射镜框上的四个标记点重合，确定第一反射镜9的初步位置，遮挡住其他主全息区域，干涉仪1发出的光经衰减片2和第一个主全息区域3-1，入射到第一反射镜9上，反射光经第一主全息区域3-1回到干涉仪1形成干涉条纹，其他组件均保持不动，微调第一反射镜框6，干涉条纹趋近于零条纹时，完成第一反射镜9的定位。
25.步骤三、光栅装调定位：保证其他组件不动，只移动六维调节架12，遮挡住其他主全息区域，干涉仪1的光入射到第二个对准全息区域3-6返回到干涉仪1后形成干涉条纹，调整六维调节架12，当条纹趋近于零时，可以确定干涉仪1与cgh3的相对位置关系，干涉仪1发出的光经衰减片2第二组基准全息区域3-9入射到光栅10上，在光栅10的表面上下左右边缘处形成四个像点，调整光栅镜框7，通过目测四个像点和光栅镜框四个标记点重合情况确定光栅10初步位置，干涉仪1发出的光经衰减片2和对应于-1级次的第二个主全息区域主全息区域3-2，入射到光栅10，反射后回到干涉仪1形成干涉条纹，干涉仪1发出的光经衰减片2和对应于+1级次的第三个主全息区域3-3，入射到光栅10，反射后回到干涉仪1形成干涉条纹，其他组件保持不动，微调光栅镜框7，当两个干涉级次条纹都趋近零条纹时，完成光栅10的定位。
26.步骤四，第三反射镜装调定位：保证其他组件不动，只移动六维调节架12，遮挡住其他主全息区域，干涉仪1的光入射到第三个对准全息区域3-7返回到干涉仪1后形成干涉条纹，调整六维调节架12，当条纹趋近于零时，可以确定干涉仪1与cgh3的相对位置关系，遮挡住其他主全息区域，干涉仪1发出的光经第三组基准全息区域3-10入射到第三反射镜11上，在第三反射镜11的表面上下左右边缘位置形成四个像点，调整第三反射镜框8，通过目测四个像点和第三反射镜框上四个标记点重合情况确定第三反射镜11初步位置，遮挡住其他衍射区域，干涉仪1发出的光经衰减片2和第四主个全息区域3-4，入射到第三反射镜11上，反射光经第四主全息区域3-4回到干涉仪1形成干涉条纹，其他组件保持不动，微调第三反射镜框8，干涉条纹趋近于零条纹时，完成第三反射镜11的定位。
27.步骤五，第二反射镜装调定位：第一反射镜9和第三反射镜11以及光栅10完成定位后，取下cgh3，安装固封有第二反射镜15的第二反射镜框16在光谱仪模块4上，安装标准球面镜17在离轴自由曲面光谱仪系统的物方位置，将干涉仪1焦点移动到离轴自由曲面光谱仪系统的像面位置处，测量光束经干涉仪1发出经过光谱仪系统，入射到标准球面镜17，反射光经光谱仪模块4返回到干涉仪1形成干涉条纹，根据波像差理论泽尼克系数调整第二反射镜框16，使得光谱仪系统波像差满足理论要求，完成第二反射镜15的定位。