本发明专利技术涉及柱面镜光学定轴系统及方法，包括姿态调整工装、镜框、光学定心仪、CCD相机以及PC机；姿态调整工装设置在车床回转轴上，镜框固定在姿态调整工装的一端，光学定心仪位于镜框的出射窗口的正前方，且与CCD相机的一端连接；CCD相机的另一端与PC机连接；镜框内固定有柱面镜，柱面镜的柱面朝向光学定心仪，与柱面的相对面为B面。本发明专利技术解决了现有的确定柱面镜光轴基准的方法易导致光学元件划伤及光轴基准精度低的技术问题，本发明专利技术完全采用光学非接触式测量方式，寻找柱面镜的平面自准直反射像和柱面自准直反射像，不会划伤柱面镜镀膜面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学定轴领域，具体涉及一种柱面镜光学定轴加工的系统及方法。
技术介绍
柱面镜是非球面的一个特例，具有特殊的光学成像特性。高精度的柱面镜和柱面 系统在线聚焦系统、电影摄像镜头、激光打印机等方面的应用越来越广泛，这些应用需要相 应高精度的装调手段来保证光学系统的光轴一致性。 柱面镜的成像特性：因为柱面透镜不是旋转对称的，所以柱面镜没有球心点，只有 球心线。平面波经过柱面透镜也不会形成焦点，而会形成一条交线。理论上柱面镜不存在 所谓光轴，但在实际应用中是多个柱面镜组合使用，要求各柱面镜的平面相互平行，其交线 相互正交，各正交点必须在一条直线上且与柱面镜的平面垂直，所有实际柱面镜的装调过 程中会用到柱面镜的虚拟光轴。 如果柱面光学系统不能满足如上装调要求，则会导致柱面系统光学质量下降甚至 不能使用。所以柱面镜光轴的确定是柱面光学系统装调中亟待解决的重要技术难点。 现有的柱面镜定轴方法是，利用光学定心仪寻找控制该柱面镜平面的自准直反射 像跳动量，再利用千分表控制柱面镜母线在水平和垂直方向的变化量，保证柱面镜的定轴 精度。这种方法的缺点是： 1、此方法采用千分表接触式测量，操作过程容易划伤柱面镜镀膜面； 2、多次调整柱面镜姿态时，接触式测量的复位精度无法保证，造成累积误差； 3、以柱面镜外形公差确定其光轴位置，光轴精度无法保证，即用机械精度无法保 证光学精度。
技术实现思路
为了解决现有的确定柱面镜光轴基准的方法易导致光学元件划伤及光轴基准精 度低的技术问题，本专利技术提供一种。 本专利技术的技术解决方案是： 柱面镜光学定轴系统，其特殊之处在于：包括姿态调整工装、镜框、光学定心仪、 CCD相机以及PC机； 所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框固定在姿态调整工装的一端， 所述光学定心仪位于镜框的出射窗口的正前方，且与CCD相机的一端连接；所述CCD相机的 另一端与PC机连接；镜框内固定有柱面镜，柱面镜的柱面朝向光学定心仪，与柱面的相对 面为B面。 柱面镜光学定轴方法，包括以下步骤： 1】寻找柱面镜的平面自准直像点： 1. 1】将光学定心仪调焦到柱面镜B面的球心像位置，成在光学定心仪上的像点即 为柱面镜的平面自准直反射像点； 根据柱面镜的类型通过以下几种方式确定B面的球心像位置： 平凸柱面镜的B面球心像的位置L : 平凹柱面镜的B面球心像的位置L : Rb为B面的曲率半径，R a为柱面的曲率半径，N为柱面镜的材料折射率，d为柱面 镜的中心厚度； 1. 2】将找到的平面自准直反射像点通过C⑶相机显示在PC机上；调整姿态控制 工装，并观察PC机上的平面自准直反射像点，直至平面自准直反射像点的运动轨迹由划大 圆逐渐变为划小圆； 2】寻找柱面镜的柱面自准直像： 2. 1】将光学定心仪调焦到柱面镜的柱面曲率中线位置，成在光学定心仪上的像点 即为柱面镜的一次柱面自准直像（直线），通过CCD相机在PC机找到柱面镜一次柱面自准 直像，并读取此时柱面镜一次柱面自准直像在光学定心仪上的位置Ll ; 2. 2】将车床回转轴旋转180度，光学定心仪保持不变，成在光学定心仪上的像点 即为柱面镜的二次柱面自准直像，通过CXD相机在PC机找到柱面镜二次柱面自准直像，并 读取此时柱面镜二次柱面自准直像在光学定心仪上的位置L2 ; 2. 3】将光学定心仪的测微目镜十字丝调整在（L1+L2)/2位置； 2. 4】调整姿态调整工装，通过CXD相机在PC机上观察，直到柱面镜的一次柱面自 准直像和二次柱面自准直像的中心与测微目镜十字丝的中心重合； 3】执行步骤1】，直至柱面镜的自准直反射像点的运动轨迹由划大圆逐渐变为划小 圆甚至接近静止不动，柱面镜的柱面自准直像与测微目镜的十字丝的中心重合，此时柱面 镜的光轴与车床回转轴重合。 本专利技术的优点在于： (1)本专利技术完全采用光学非接触式测量方式，寻找柱面镜的平面自准直反射像和 柱面自准直反射像，不会划伤柱面镜镀膜面。 (2)本专利技术通过姿态调整工装改变柱面镜空间姿态，控制两像在光学定心仪内的 跳动量，保证光轴与机械旋转轴的重合精度，定轴加工精度高。【附图说明】 图1为本专利技术的柱面镜定轴的系统示意图； 其中附图标记为：1-车床回转轴，2-姿态调整工装，3-镜框，4-柱面镜，5-光学定 心仪，6-CCD相机，7-PC机，8-车刀。【具体实施方式】 如图1所示，柱面镜光学定轴加工系统，包括车床回转轴1、姿态调整工装2、镜框 3、柱面镜4、车刀8、光学定心仪5、C⑶相机6以及PC机7 ;姿态调整工装2设置在车床回 转轴1上，镜框3设置在姿态调整工装2的一端，光学定心仪5位于镜框3的出射窗口的正 前方，且与C⑶相机6的一端连接；C⑶相机6的另一端与PC机7连接；柱面镜4固定在镜 框3内，其柱面部分朝向光学定心仪5 ;与柱面的相对面为B面，车刀8与镜框3外沿接触。 具体步骤： 1】寻找柱面镜的平面自准直像点： 1. 1】将光学定心仪调焦到柱面镜B面的球心像位置，成在光学定心仪上的像点即 为柱面镜的平面自准直反射像点； 根据柱面镜的类型通过以下几种方式确定B面的球心像位置： 平凸柱面镜的B面球心像的位置L : 平凹柱面镜的B面球心像的位置L : Rb为B面的曲率半径，R a为柱面的曲率半径，N为柱面镜的材料折射率，d为柱面 镜的中心厚度； 1. 2】将找到的平面自准直反射像点通过C⑶相机显示在PC机上；调整姿态控制 工装，并观察PC机上的平面自准直反射像点，直至平面自准直反射像点的运动轨迹由划大 圆逐渐变为划小圆； 2】寻找柱面镜的柱面自准直像： 2. 1】将光学定心仪调焦到柱面镜的柱面曲率中线位置，成在光学定心仪上的像点 即为柱面镜的一次柱面自准直像（该像为直线），通过CCD相机在PC机找到柱面镜一次柱 面自准直像，并读取此时柱面镜一次柱面自准直像在光学定心仪上的位置Ll ; 2. 2】将车床回转轴旋转180度，光学定心仪保持不变，成在光学定心仪上的像点 即为柱面镜的二次柱面自准直像，通过CXD相机在PC机找到柱面镜二次柱面自准直像，并 读取此时柱面镜二次柱面自准直像在光学定心仪上的位置L2 ; 2. 3】将光学定心仪的测微目镜十字丝调整在（L1+L2)/2位置； 2. 4】调整姿态调整工装，通过CXD相机在PC机上观察，直到柱面镜的一次柱面自 准直像和二次柱面自准直像的中心与测微目镜十字丝的中心重合； 3】执行步骤1】，直至柱面镜的自准直反射像点的运动轨迹由划大圆逐渐变为划小 圆甚至接近静止不动，柱面镜的柱面自准直像与测微目镜的十字丝的中心重合，此时柱面 镜的光轴与车床回转轴重合。 4】此时加工柱面镜结构框相关尺寸，保证结构外圆与柱面镜光轴同轴度优于 0. 007mm,保证结构端面与柱面镜光轴垂直度优于0. 01mm。 5】使用车刀对镜框进行加工，保证外圆与柱面镜光轴同轴度优于0. 007mm，保证结 构端面与柱面镜光轴垂直度优于0. 01mm。【主权项】1. 柱面镜光学定轴系统，其特征在于：包括姿态调整工装、镜框、光学定心仪、CCD相机 以及PC机； 所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框固定在姿态调整工装的一端，所述 光学定心仪位于镜框的出射窗口的正前方，且与CCD相机的一端本文档来自技高网...
【技术保护点】
柱面镜光学定轴系统，其特征在于：包括姿态调整工装、镜框、光学定心仪、CCD相机以及PC机；所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框固定在姿态调整工装的一端，所述光学定心仪位于镜框的出射窗口的正前方，且与CCD相机的一端连接；所述CCD相机的另一端与PC机连接；镜框内固定有柱面镜，柱面镜的柱面朝向光学定心仪，与柱面的相对面为B面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付兴，张志军，秦星，许洪嫪，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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