一種大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大視場(chǎng)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)及裝調(diào)方法,主要應(yīng)用于各類大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)的快速設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前研究的各類離軸三反系統(tǒng)很難解決大視場(chǎng)與加工、裝調(diào)難度的矛盾,大部分系統(tǒng)均采用離軸量較大的高次非球面鏡來(lái)設(shè)計(jì),這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于后期光學(xué)加工和裝調(diào)都帶來(lái)了很多不利因素,不便于整個(gè)系統(tǒng)的快速成型,不利于項(xiàng)目的工程化
[0003]以往的大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)次鏡均采用凸高次非球面來(lái)設(shè)計(jì),這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是很容易的,但是對(duì)于光學(xué)加工、檢測(cè)、裝調(diào)都帶來(lái)了相當(dāng)大的難度;其中凸非球面的加工是很難檢測(cè)的;同時(shí),離軸非球面的基準(zhǔn)也很難建立的,這對(duì)于系統(tǒng)裝調(diào)來(lái)說(shuō)是很難操作的。本實(shí)用新型主要圍繞大視場(chǎng)離軸三反技術(shù)展開(kāi)研究,利用目前常規(guī)手段,設(shè)計(jì)了一種便于后期加工裝調(diào)用的離軸三反系統(tǒng),并且根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)巧妙性,提出了一種快速裝調(diào)方法及計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)設(shè)計(jì)與加工、裝調(diào)之間的矛盾,本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)采用了一種較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式,可實(shí)現(xiàn)寬畫幅成像,其中有效視場(chǎng)可達(dá) 12。X3.5°。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案:
[0006]大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng),其特殊之處在于:包括主鏡、次鏡、孔徑光闌3、三鏡以及焦面5,所述主鏡1為離軸雙曲面反射鏡1,所述次鏡2為凸球面反射鏡2,所述三鏡為離軸二次凹扁球面鏡4,所述主鏡與三鏡的母軸重合為基準(zhǔn)軸,所述孔徑光闌3設(shè)置在次鏡上,所述次鏡的光軸與三鏡的母軸重合;
[0007]來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處的目標(biāo)光線經(jīng)主鏡反射后至次鏡,再由次鏡反射進(jìn)入三鏡,最后三鏡將光線成像至焦面5。
[0008]上述主鏡與次鏡間隔為1145mm,次鏡與三鏡間隔為1023mm,三鏡距離焦面距離為1400mm,主鏡光軸母軸的夾角為4°,次鏡光軸與母軸夾角為0°,三鏡光軸與母軸夾角為1.2°。
[0009]大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)的裝調(diào)方法,其特殊制之處在于:包括以下步驟
[0010]1】確定基準(zhǔn)軸:
[0011]1.1】在凸球面反射鏡表面建立十字絲基準(zhǔn)點(diǎn),通過(guò)使用測(cè)量?jī)x器調(diào)整十字絲基準(zhǔn)點(diǎn)與凸球面反射鏡鏡面中心重合,后將凸球面反射鏡2安裝到系統(tǒng)平臺(tái)上,并在凸球面反射鏡2的正前方固定第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7 ;
[0012]1.2】調(diào)整凸球面反射鏡2在X方向和Y方向的位置,使第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7經(jīng)過(guò)凸球面反射鏡2的自準(zhǔn)直像與第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7的目鏡十字絲重合;
[0013]1.3】調(diào)焦第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7至凸球面反射鏡2鏡面上,同時(shí)調(diào)整凸球面反射鏡2在X方向和Y方向的位置,直至使經(jīng)過(guò)凸球面反射鏡2的自準(zhǔn)直像和十字絲基準(zhǔn)點(diǎn)均與第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀目鏡十字絲重合,凸球面反射鏡的母軸與第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7光軸重合,此時(shí)第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7的光軸即為粗調(diào)基準(zhǔn)軸;
[0014]2】主鏡的安裝調(diào)試:
[0015]2.1】將離軸雙曲面反射鏡1安裝到系統(tǒng)平臺(tái)上,在第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7入瞳附近建立十字絲基準(zhǔn),第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7的光軸通過(guò)十字絲基準(zhǔn);
[0016]2.2】架設(shè)第二自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀8在凸球面反射鏡2后邊,同時(shí)移除凸球面反射鏡2,第二自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀8與第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7互瞄;
[0017]2.3】安裝主鏡補(bǔ)償器10在第二自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀8和第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7之間,使用第二自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀8調(diào)整主鏡補(bǔ)償器10的光軸與粗調(diào)基準(zhǔn)軸重合;
[0018]2.4】將干涉儀9架設(shè)到粗調(diào)基準(zhǔn)軸光路上且位于第二自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀8和主鏡補(bǔ)償器10之間,調(diào)整干涉儀9的位置,使干涉儀9出射的激光焦點(diǎn)位于粗調(diào)基準(zhǔn)軸上;
[0019]2.5】調(diào)整離軸雙曲面反射鏡1的方位、俯仰、X方向平移、Y方向平移及高低方向5個(gè)自由度,通過(guò)干涉儀9的干涉圖判斷,使離軸雙曲面反射鏡1的母軸與主鏡補(bǔ)償器10的光軸重合,即完成主鏡調(diào)整;
[0020]3】三鏡的安裝調(diào)試:
[0021]3.1】將主鏡補(bǔ)償器移除,且在主鏡補(bǔ)償器10的位置上安裝三鏡補(bǔ)償器11,使用第二自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀8調(diào)整三鏡補(bǔ)償器11的光軸與粗調(diào)基準(zhǔn)軸重合;后調(diào)整干涉儀9的位置,使干涉儀9出射的激光焦點(diǎn)位于粗調(diào)基準(zhǔn)軸上;
[0022]3.2】安裝離軸二次凹扁球面鏡3,后調(diào)整離軸二次凹扁球面鏡3的方位、俯仰、X方向平移、Y方向平移及高低方向5個(gè)自由度,通過(guò)干涉儀9的干涉圖判斷,直至離軸二次凹扁球面鏡3的母軸與三鏡補(bǔ)償器11的光軸重合,即完成三鏡調(diào)整;
[0023]4】次鏡的復(fù)位調(diào)試:
[0024]4.1】將凸球面反射鏡2安裝在系統(tǒng)平臺(tái)上,同時(shí)放置標(biāo)準(zhǔn)平面鏡12,保證標(biāo)準(zhǔn)平面鏡與離軸三反系統(tǒng)出光口位置重合;
[0025]4.2】將干涉儀9移動(dòng)到焦面5的位置,通過(guò)干涉儀9來(lái)監(jiān)測(cè)凸球面反射鏡2的位置是否在初始位置,若干涉儀9經(jīng)過(guò)離軸三反系統(tǒng)的出射光通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)平面鏡12反射回來(lái)的像成像質(zhì)量差,調(diào)整凸球面反射鏡2的方位,直至成像質(zhì)量變好,此時(shí)次鏡復(fù)位完全;
[0026]4.3】移除干涉儀9、標(biāo)準(zhǔn)平面鏡12、第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7、第二自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀8和三鏡補(bǔ)償器11,得到粗調(diào)的離軸三反系統(tǒng);
[0027]5】離軸三反系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào):
[0028]5.1】在焦面5附近架設(shè)精調(diào)干涉儀,并調(diào)整精調(diào)干涉儀,使得精調(diào)干涉儀出射光斑與粗調(diào)的離軸三反系統(tǒng)焦點(diǎn)位置重合;
[0029]5.2】使精調(diào)干涉儀采集到干涉條紋,分別測(cè)量粗調(diào)的離軸三反系統(tǒng)五視場(chǎng)的波像差,將精調(diào)干涉儀采集到的不同視場(chǎng)的象散、慧差、球差值作為計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)軟件的輸入,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)算法計(jì)算得到系統(tǒng)主鏡與次鏡間隔調(diào)整量Dz。,次鏡與三鏡間隔調(diào)整量隊(duì)3,次鏡X方向偏心量Dx。,次鏡y方向偏心量Dy。,次鏡X方向傾斜角度Tx。,次鏡y方向傾斜角度Ty。,三鏡X方向偏心量Dx3,三鏡y方向偏心量Dy3,三鏡X方向傾斜角度Tx3,三鏡y方向傾斜角度Ty3;
[0030]5.3】根據(jù)計(jì)算的調(diào)整量和方向,分別對(duì)粗調(diào)的離軸三反系統(tǒng)中次鏡和三鏡的5個(gè)自由度方向進(jìn)行調(diào)整;
[0031]5.4】執(zhí)行步驟5.2】,直至離軸三反系統(tǒng)0視場(chǎng)光軸上和軸外視場(chǎng)波前誤差滿足指標(biāo)要求,得到精調(diào)的大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)。
[0032]步驟1.1】中采用棉線在凸球面反射鏡表面建立十字絲基準(zhǔn)點(diǎn),步驟2.1】中采用棉線在第一自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀7入瞳附近建立十字絲基準(zhǔn)。
[0033]本實(shí)用新型所具有的效果:
[0034]1、該大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng),利用簡(jiǎn)單的鏡面形式,可實(shí)現(xiàn)高像質(zhì)、大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì);
[0035]2、該大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單,后期加工、檢測(cè)、裝調(diào)難度低的優(yōu)占.
[0036]3、該大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)與裝調(diào)技術(shù),巧妙的根據(jù)次鏡為凸球面反射鏡的設(shè)計(jì)特點(diǎn),提出了一種可操作性強(qiáng)、簡(jiǎn)單可靠的離軸三反裝調(diào)技術(shù),比以往的離軸三反裝調(diào)方法從裝調(diào)周期上大大節(jié)省了時(shí)間(以往的系統(tǒng)需要1-3個(gè)月,而該系統(tǒng)僅需要1周時(shí)間);
[0037]4、該大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)與裝調(diào)技術(shù),在粗調(diào)完成后,首次提出了一種簡(jiǎn)單、可行性好的計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)新技術(shù),兼顧到各個(gè)視場(chǎng)像質(zhì)的平衡,能夠指導(dǎo)系統(tǒng)快速裝調(diào)完成;
[0038]5、該大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)與裝調(diào)技術(shù),利用自準(zhǔn)直經(jīng)瑋儀與球面鏡自準(zhǔn)的特性,比以往用刀口法來(lái)調(diào)光軸具有更高的調(diào)試精度,可保證系統(tǒng)在粗調(diào)完成后,具有較高的成像質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)光路圖;
[0040]圖2為大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)基準(zhǔn)軸調(diào)試原理圖;
[0041]圖3為大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)主鏡調(diào)試原理圖;
[0042]圖4為大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)三鏡調(diào)試原理圖;
[0043]圖5