一种大视场离轴三反光学系统的装调方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大视场离轴三反光学系统的装调方法。该方法的主要实现步骤包括：1、建立系统装调基准；2、三镜的安装以及面形检测；3、次镜的安装及面形检测；4、主镜的安装与测试；采用本方法进行装调时，不需要调节次镜与三镜，仅仅调节主镜的五个自由度即可，相比现有的经验装调方法，装调过程中的调节自由度减小一半，实现了离轴式光学系统光路装调过程的可控性，提高了光学系统光路的装调效率。提高了光学系统光路的装调效率。提高了光学系统光路的装调效率。

An alignment method of off-axis three mirror optical system with large field of view

【技术实现步骤摘要】
一种大视场离轴三反光学系统的装调方法


[0001]本专利技术涉及光学系统装调
，特别是涉及一种大视场离轴三反光学系统的装调方法，主要用于各类大视场、大口径反射光学系统光路的快速装调。

技术介绍

[0002]随着空间光学遥感器的广泛应用和飞速发展，其光学系统的结构由传统的共轴系统发展到了离轴系统。其中，离轴三反射系统无中心遮挡，能量利用率高，杂光控制容易，可以实现大视场、大相对孔径，已得到广泛的关注。
[0003]而随着离轴三反光学系统的口径、视场等设计指标不断提高，设计时需要将离轴三反光学系统中的离轴主镜、次镜、三镜的倾斜、偏心作为优化变量实现系统像质要求。以此设计完的离轴三反光学系统中，离轴主镜、次镜、三镜的光轴不相互重合，存在夹角或平移偏差。
[0004]现有离轴三反光学系统在装调时，主要依靠装调人员的经验来完成，离轴三反光学系统装调过程中各离轴非球面的调节主要依靠经验。单块反射镜需要调节5个自由度，三反光学系统中至少需要调节10个自由度，同时个自由度之间存在相互耦合关系。因此，现有方式进行调节时，反射镜各个自由度调节存在很大的盲目性、随机性，存在装调周期过长、精度较低的缺点。

技术实现思路

[0005]为解决现有方式调节离轴三反光学系统时存在装调周期过长、精度较低的缺点，本专利技术依据光学系统的中参数的特殊性，提供了一种大视场离轴三反光学系统的装调方法。
[0006]本专利技术的具体技术方案是：
[0007]一种大视场离轴三反光学系统的装调方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：建立系统装调基准
[0009]步骤1.1：建立系统坐标系XYZ；其中，Z轴为系统光轴，X轴、Y轴均垂直于Z轴；
[0010]步骤1.2：调节经纬仪使其光轴水平，打开经纬仪自准功能，在经纬仪前方安装三镜补偿器，通过经纬仪的内调焦功能观察三镜补偿器中不同光学表面自准返回的“十”字像是否与经纬仪分划板中心重合；
[0011]若重合，保持经纬仪、三镜补偿器不动，开始执行步骤2：
[0012]若不重合，调节三镜补偿器沿X轴、Y轴的方向平移，以及绕X轴、Y轴旋转倾斜直至三镜补偿器中多个光学表面的自准返回的“十”字像与经纬仪分划板中心重合，则此时三镜补偿器光轴与经纬仪光轴重合，保持经纬仪、三镜补偿器不动，开始执行步骤2；
[0013]步骤2：三镜的安装以及面形检测
[0014]步骤2.1：安装干涉仪，调节干涉仪沿X轴和Y轴平移，使得干涉仪测试光的焦点通过三镜补偿器后位于经纬仪的分划板中心，确保干涉仪的焦点位于三镜补偿器的光轴上；
[0015]步骤2.2：安装三镜，保持三镜补偿器不动，调节干涉仪与三轴补偿器沿Z轴之间的间隔，调节三镜沿Z轴、X轴、Y轴平移，以及绕X轴、Y轴旋转倾斜使得三镜光轴与三镜补偿器光轴重合；
[0016]步骤2.3：当检测到三镜面形检测波前误差RMS精度达到要求时，三镜光轴与补偿器光轴重合；
[0017]步骤3：次镜的安装及面形检测
[0018]步骤3.1：保持经纬仪指向不变，将经纬仪沿X轴方向平移D1mm,安装次镜补偿器，并调整使次镜补偿器中多个光学表面自准返回“十”字像与经纬仪分划板中心重合，可以确保此时次镜补偿器光轴与经纬仪光轴重合；
[0019]步骤3.2：先将干涉仪沿X轴方向平移D1mm,再将干涉仪向沿Z轴向靠近三镜的方向平移D2mm，保持干涉仪、经纬仪不动，安装次镜；
[0020]步骤3.3：次镜面形检测
[0021]调节次镜补偿器与干涉仪焦点的之间沿Z轴方向上的间隔距离，调节次镜沿Z轴、X轴、Y轴平移，以及绕X轴、Y轴旋转倾斜，检测次镜面形波前误差RMS精度，当面形波前误差RMS精度达到要求时，次镜光轴与次镜补偿器光轴重合；
[0022]步骤4：主镜的安装与测试
[0023]步骤4.1：将经纬仪水平指向调节α
°
，使其指向系统光瞳；其中，α
°
为系统视场沿Z轴方向的偏置角；
[0024]步骤4.2：在系统光瞳附近安装自准平面镜，调节自准平面镜在垂直光轴平面内的倾斜，使得自准平面镜的自准返回“十”字像与经纬仪分划板中心重合，确定系统中心视场，移开经纬仪；
[0025]步骤4.3：安装主镜，同时将干涉仪移动到系统焦面位置，使得干涉仪焦点位于系统焦面上；
[0026]步骤4.4：干涉仪发出的测试光经由三镜
‑
次镜
‑
主镜
‑
自准平面镜
‑
主镜
‑
次镜
‑
三镜
‑
干涉仪形成自准干涉测试光路；
[0027]若干涉仪自准检测系统的波前误差RMS结果满足要求，则系统装调完成；
[0028]若不满足，调节主镜沿Z轴、X轴、Y轴平移，以及绕X轴、Y轴旋转倾斜直至测试结果满足要求。
[0029]进一步地，上述D1为次镜光轴和三镜光轴在X轴方向的间隔量；D2为次镜光轴和三镜光轴在Z轴方向的间隔量。
[0030]进一步地，上述三镜补偿器光学表面的数量分别由三镜的曲率半径和非球面系数确定；次镜补偿器中光学表面的数量由次镜的曲率半径和非球面系数确定。
[0031]进一步地，上述三镜面形波前误差RMS精度要求，以及次镜面形波前误差RMS精度要求为小于0.03λ；系统波前误差RMS小于0.1λ；λ＝632.8nm。
[0032]进一步地，上述经纬仪安装于一维导轨上。
[0033]进一步地，上述干涉仪安装于数显导轨上。
[0034]本专利技术的有益效果是：
[0035]本专利技术提供的离轴三反光学系统试方法将系统中次镜和三镜的相对位置关系利用其对应的面形检测光路确定，调节时不需要调节次镜与三镜，仅仅调节主镜的五个自由
度即可，由此可见，本专利技术的装调方法相比现有的经验方法，装调过程中的调节自由度减小一半，实现了离轴式光学系统光路装调过程的可控性，降低了离轴式光学系统装调的返修率，提高了光学系统光路的装调效率。
附图说明
[0036]图1大口径离轴三反光学系统
[0037]图2非球面补偿检测光路示意图
[0038]图3光学系统装调基准建立
[0039]图4光学系统装调基准传递
[0040]图5光学系统调试
[0041]附图标记如下：
[0042]1‑
孔径光阑、2
‑
主镜、3
‑
次镜、4
‑
三镜、5
‑
经纬仪、6
‑
三镜补偿器、7
‑
干涉仪、8
‑
次镜补偿器、9
‑
自准平面镜。
具体实施方式
[0043]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大视场离轴三反光学系统的装调方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立系统装调基准步骤1.1：建立系统坐标系XYZ；其中，Z轴为系统光轴，X轴、Y轴均垂直于Z轴；步骤1.2：调节经纬仪使其光轴水平，打开经纬仪自准功能，在经纬仪前方安装三镜补偿器，通过经纬仪的内调焦功能观察三镜补偿器中不同光学表面自准返回的“十”字像是否与经纬仪分划板中心重合；若重合，保持经纬仪、三镜补偿器不动，开始执行步骤2：若不重合，调节三镜补偿器沿X轴、Y轴的方向平移，以及绕X轴、Y轴旋转倾斜直至三镜补偿器中多个光学表面的自准返回的“十”字像与经纬仪分划板中心重合，则此时三镜补偿器光轴与经纬仪光轴重合，保持经纬仪、三镜补偿器不动，开始执行步骤2；步骤2：三镜的安装以及面形检测步骤2.1：安装干涉仪，调节干涉仪沿X轴和Y轴平移，使得干涉仪测试光的焦点通过三镜补偿器后位于经纬仪的分划板中心，确保干涉仪的焦点位于三镜补偿器的光轴上；步骤2.2：安装三镜，保持三镜补偿器不动，调节干涉仪与三轴补偿器沿Z轴之间的间隔，调节三镜沿Z轴、X轴、Y轴平移，以及绕X轴、Y轴旋转倾斜使得三镜光轴与三镜补偿器光轴重合；步骤2.3：当检测到三镜面形检测波前误差RMS精度达到要求时，三镜光轴与补偿器光轴重合；步骤3：次镜的安装及面形检测步骤3.1：保持经纬仪指向不变，将经纬仪沿X轴方向平移D1mm,安装次镜补偿器，并调整使次镜补偿器中多个光学表面自准返回“十”字像与经纬仪分划板中心重合，可以确保此时次镜补偿器光轴与经纬仪光轴重合；步骤3.2：先将干涉仪沿X轴方向平移D1mm,再将干涉仪向沿Z轴向靠近三镜的方向平移D2mm，保持干涉仪、经纬仪不动，安装次镜；步骤3.3：次镜面形检测调节次镜补偿器与干涉仪焦点的之间沿Z轴方向上的间隔距离，调节次镜沿Z轴、X轴、Y轴平移，以及绕X轴、Y轴旋转倾斜，检测次镜面形波前误差RMS精度，当面形波前误差RMS精度达到要求时，次镜光轴与次镜补偿器光轴重合；步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞志海，薛要克，解永杰，张少华，
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：