CN112254938A - 一种离轴抛物镜光轴检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空光学设备检测技术领域，具体涉及一种离轴抛物镜光轴检测装置及检测方法。检测装置包括激光干涉仪、三维平移台、标准球面反射镜、自准直光管和五维调整台，使用了本检测装置的检测方法首先完成自准直光管与激光干涉仪自准直，接着进行离轴抛物镜的面形检测，最后进行离轴抛物镜的光轴检测，具有测量精度高以及测量效率高的特点。

Description

一种离轴抛物镜光轴检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于航空光学设备检测技术领域，具体涉及一种离轴抛物镜光轴检测装置及检测方法。

背景技术

离轴抛物镜广泛应用于航空、航天离轴光学***中，其面形精度要求不断提高，加工时需反复修磨，以满足面形精度要求。为方便离轴抛物镜光机装调，往往要求离轴抛物镜背面作为装调基准且与光轴成90度关系。在进行离轴抛物镜面形修磨过程中，其光轴会发生变化，为保证其光轴与背面光轴基准的角度关系，急需一种快速、高精度检测离轴抛物镜光轴的方法。

目前，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所公布了一种离轴抛物镜光轴方向的标定方法及***，专利申请号201710880388.2，专利公开号CN107817088A。该专利所述方法存在多次转换标定基准、测量受测量标定物影响较大、测量方法复杂等缺点，进而导致其测量精度低(几分)，测量效率低。

为方便离轴抛物镜光机装调，往往要求离轴抛物镜背面作为装调基准且与光轴成90度关系。加工时，需要不断修磨离轴抛物镜面形及背面光轴基准，离轴抛物镜面形与背面光轴基准很难一次加工完成。

发明内容

有鉴于此，一种离轴抛物镜光轴检测装置及检测方法，具有测量精度高以及测量效率高的特点。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种离轴抛物镜光轴检测装置，包括激光干涉仪、三维平移台、标准球面反射镜、自准直光管和五维调整台；

所述激光干涉仪用于向所述离轴抛物镜发射平行光；

所述离轴抛物镜接收所述平行光使其会聚形成会聚光；所述离轴抛物镜背面加工为装调基准，与自身光轴呈90度关系；所述标准球面反射镜设置在所述三维平移台上，用于在所述三维平移台的位置调整下，反射所述会聚光形成发散光，使所述发散光通过所述离轴抛物镜反射回所述激光干涉仪；

所述激光干涉仪还用于基于所述离轴抛物镜反射回的光束检测所述离轴抛物镜的面形信息；

所述五维调整台用于放置所述离轴抛物镜，并通过自身基于所述面形信息调整所述离轴抛物镜的空间位置，使所述离轴抛物镜的光轴与所述激光干涉仪的光轴平行；

所述自准直光管与所述激光干涉仪准直设置，用于基于所述离轴抛物镜的光轴与所述激光干涉仪的光轴平行时所述离轴抛物镜的面形信息，检测所述离轴抛物镜的背面光轴基准与所述离轴抛物镜的光轴的角度偏差。

进一步的，本发明提出一种基于上述离轴抛物镜光轴检测装置的一种检测方法，包括以下步骤：

1)将自准直光管与激光干涉仪准直；

2)通过所述激光干涉仪和标准球面反射镜检测所述离轴抛物镜的面形信息；

3)基于所述面形信息不断调整离轴抛物镜的空间位置以及所述标准球面反射镜，使所述离轴抛物镜的光轴平行于所述激光干涉仪的光轴；

4)通过所述自准直光管，基于所述离轴抛物镜的光轴与所述激光干涉仪的光轴平行时所述离轴抛物镜的面形信息，检测所述离轴抛物镜的背面光轴基准与所述离轴抛物镜的光轴的角度偏差。

进一步的，所述步骤1)的准直方法为：在所述自准直光管接通电源后，将所述自准直光管的亮十字丝对准所述激光干涉仪的画面十字中心。

进一步的，所述步骤2)中测量所述离轴抛物镜的面形的方法为：保持激光干涉仪与自准直光管不动，将离轴抛物镜固定于五维调整台上，在离轴抛物镜的光束会聚点附近放置标准球面反射镜，利用三维平移台移动标准球面反射镜的空间位置，反射会聚光至离轴抛物镜，离轴抛物镜将此光束返回至激光干涉仪中，利用激光干涉仪测量此时离轴抛物镜的面形。

进一步的，所述步骤3)中，使所述离轴抛物镜的光轴平行于激光干涉仪光轴的方法为：第一次利用利用激光干涉仪测量出离轴抛物镜的面形后，读出Zernike系数，利用五维调整台和三维平移台调整离轴抛物镜及标准球面反射镜的空间位置，将Zernike系数的离焦及慧差项调至接近于0，此时离轴抛物镜的光轴平行于激光干涉仪光轴。

进一步的，所述步骤4)中的角度偏差读取方法为：

在Zernike系数的离焦及慧差项接近于0时，通过所述自准直光管直接读取所述离轴抛物镜背面光轴基准与所述离轴抛物镜光轴的角度偏差。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

1)本发明可一次同时测量出离轴抛物镜面形及光轴，减少离轴抛物镜检测工步。

2)本发明检测光轴精度高，测量误差小于2″。

3)本发明检测效率高，经过多次试验统计，一次测量从搭建测试台到测量结束仅需要10分钟左右。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的检测装置的示意图；

其中：1、激光干涉仪；2、三维平移台；3、标准球面反射镜；4、自准直光管；5、离轴抛物镜；6、五维调整台。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

在本发明的一个实施例中，提出一种离轴抛物镜5光轴检测装置，包括激光干涉仪1、三维平移台2、标准球面反射镜3、自准直光管4和五维调整台6；

激光干涉仪1用于向离轴抛物镜5发射平行光；

离轴抛物镜5接收平行光使其会聚形成会聚光；离轴抛物镜5背面加工为装调基准，与自身光轴呈90度关系；标准球面反射镜3设置在三维平移台2上，用于在三维平移台2的位置调整下，反射会聚光形成发散光，使发散光通过离轴抛物镜5反射回激光干涉仪1；

激光干涉仪1还用于基于离轴抛物镜5反射回的光束检测离轴抛物镜5的面形信息；

五维调整台6用于放置离轴抛物镜5，并通过自身基于面形信息调整离轴抛物镜5的空间位置，使离轴抛物镜5的光轴与激光干涉仪1的光轴平行；

自准直光管4与激光干涉仪1准直设置，用于基于离轴抛物镜5的光轴与激光干涉仪1的光轴平行时离轴抛物镜5的面形信息，检测离轴抛物镜5的背面光轴基准与离轴抛物镜5的光轴的角度偏差。

在一个实施例中，本发明提出一种基于上述离轴抛物镜5光轴检测装置的一种检测方法，包括以下步骤：

1)将自准直光管4与激光干涉仪1准直；

2)通过激光干涉仪1和标准球面反射镜3检测离轴抛物镜5的面形信息；

3)基于面形信息不断调整离轴抛物镜5的空间位置以及标准球面反射镜3，使离轴抛物镜5的光轴平行于激光干涉仪1的光轴；

4)通过自准直光管4，基于离轴抛物镜5的光轴与激光干涉仪1的光轴平行时离轴抛物镜5的面形信息，检测离轴抛物镜5的背面光轴基准与离轴抛物镜5的光轴的角度偏差。

在本实施例中，步骤1)的准直方法为：在自准直光管4接通电源后，将自准直光管4的亮十字丝对准激光干涉仪1的画面十字中心。

在本实施例中，步骤2)中测量离轴抛物镜5的面形的方法为：保持激光干涉仪1与自准直光管4不动，将离轴抛物镜5固定于五维调整台6上，在离轴抛物镜5的光束会聚点附近放置标准球面反射镜3，利用三维平移台2移动标准球面反射镜3的空间位置，反射会聚光至离轴抛物镜5，离轴抛物镜5将此光束返回至激光干涉仪1中，利用激光干涉仪1测量此时离轴抛物镜5的面形。

在本实施例中，步骤3)中，使离轴抛物镜5的光轴平行于激光干涉仪1光轴的方法为：第一次利用利用激光干涉仪1测量出离轴抛物镜5的面形后，读出Zernike系数，利用五维调整台6和三维平移台2调整离轴抛物镜5及标准球面反射镜3的空间位置，将Zernike系数的离焦及慧差项调至接近于0，此时离轴抛物镜5的光轴平行于激光干涉仪1光轴。

在本实施例中，步骤4)中的角度偏差读取方法为：

在Zernike系数的离焦及慧差项接近于0时，通过自准直光管4直接读取离轴抛物镜5背面光轴基准与离轴抛物镜5光轴的角度偏差。

在本实施例中，自准直光管4与激光干涉仪1自准直，激光干涉仪1发出一束平行光束，照射于离轴抛物镜5上，离轴抛物镜5反射光束至标准球面反射镜3上，标准球面反射镜3反射光束原路返回，利用激光干涉仪1测量离轴抛物镜5的面形，根据激光干涉仪1测量出的Zernike系数，调整离轴抛物镜5及标准球面反射镜3的空间位置，当离轴抛面镜的面形测量最好时，自准直光管4的读数即为离轴抛物镜5光轴与其背面光轴基准的角度关系。

激光干涉仪1发出平面波，是离轴抛物镜5面形的检测设备。标准球面反射镜3固定于三维平移台2上，三维平移台2用于调整标准球面反射镜3的空间位置，标准球面反射镜3用于测量离轴抛物镜5的面形及其光轴。自准直光管4用于测量离轴抛物镜5光轴与其背面光轴基准的角度关系。离轴抛物镜5固定于五维调整台6上，五维调整台6用于调整离轴抛物镜5的空间位置及姿态。

将自准直光管4接通电源，将自准直光管4亮十字丝对准激光干涉仪1画面十字中心。保持激光干涉仪1与自准直光管4不动，将离轴抛物镜5固定于五维调整台6上，在离轴抛物镜5光束汇聚点附近放置标准球面反射镜3，利用三维平移台2移动标准球面反射镜3的空间位置，返回像点成像于激光干涉仪1中。利用激光干涉仪1测量此时离轴抛物镜5的面形，并读出其Zernike系数。调整离轴抛物镜5及标准球面反射镜3的空间位置，将Zernike系数的离焦及慧差项调至接近于0，离轴抛物镜5的光轴与激光干涉仪1的光轴平行，同时离轴抛物镜5的光轴与自准直光管4的光轴平行。此时，自准直光管4的读数即为离轴抛物镜5光轴与背面光轴基准的角度关系。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种离轴抛物镜光轴检测装置，其特征在于，包括激光干涉仪、三维平移台、标准球面反射镜、自准直光管和五维调整台；

所述激光干涉仪用于向所述离轴抛物镜发射平行光；

所述离轴抛物镜接收所述平行光使其会聚形成会聚光；所述离轴抛物镜背面加工为装调基准，与自身光轴呈90度关系；所述标准球面反射镜设置在所述三维平移台上，用于在所述三维平移台的位置调整下，反射所述会聚光形成发散光，使所述发散光通过所述离轴抛物镜反射回所述激光干涉仪；

所述激光干涉仪还用于基于所述离轴抛物镜反射回的光束检测所述离轴抛物镜的面形信息；

所述五维调整台用于放置所述离轴抛物镜，并通过自身基于所述面形信息调整所述离轴抛物镜的空间位置，使所述离轴抛物镜的光轴与所述激光干涉仪的光轴平行；

所述自准直光管与所述激光干涉仪准直设置，用于基于所述离轴抛物镜的光轴与所述激光干涉仪的光轴平行时所述离轴抛物镜的面形信息，检测所述离轴抛物镜的背面光轴基准与所述离轴抛物镜的光轴的角度偏差。

2.根据权利要求1所述的一种离轴抛物镜光轴检测装置的一种检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将自准直光管与激光干涉仪准直；

2)通过所述激光干涉仪和标准球面反射镜检测所述离轴抛物镜的面形信息；

3)基于所述面形信息不断调整离轴抛物镜的空间位置以及所述标准球面反射镜，使所述离轴抛物镜的光轴平行于所述激光干涉仪的光轴；

4)通过所述自准直光管，基于所述离轴抛物镜的光轴与所述激光干涉仪的光轴平行时所述离轴抛物镜的面形信息，检测所述离轴抛物镜的背面光轴基准与所述离轴抛物镜的光轴的角度偏差。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤1)的准直方法为：在所述自准直光管接通电源后，将所述自准直光管的亮十字丝对准所述激光干涉仪的画面十字中心。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2)中测量所述离轴抛物镜的面形的方法为：保持激光干涉仪与自准直光管不动，将离轴抛物镜固定于五维调整台上，在离轴抛物镜的光束会聚点附近放置标准球面反射镜，利用三维平移台移动标准球面反射镜的空间位置，反射会聚光至离轴抛物镜，离轴抛物镜将此光束返回至激光干涉仪中，利用激光干涉仪测量此时离轴抛物镜的面形。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述步骤3)中，使所述离轴抛物镜的光轴平行于激光干涉仪光轴的方法为：第一次利用利用激光干涉仪测量出离轴抛物镜的面形后，读出Zernike系数，利用五维调整台和三维平移台调整离轴抛物镜及标准球面反射镜的空间位置，将Zernike系数的离焦及慧差项调至接近于0，此时离轴抛物镜的光轴平行于激光干涉仪光轴。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤4)中的角度偏差读取方法为：

在Zernike系数的离焦及慧差项接近于0时，通过所述自准直光管直接读取所述离轴抛物镜背面光轴基准与所述离轴抛物镜光轴的角度偏差。

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