本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，具體涉及一種大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著光學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)的光譜譜段逐漸由單一的可見光、紅外譜段向著多譜段組合的方向發(fā)展。由于透射玻璃材料的限制，需要光學(xué)系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)共孔徑的反射擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)(系統(tǒng)平行光入射，平行光出射)以滿足系統(tǒng)可見光、短波紅外、中波紅外、長(zhǎng)波紅外、激光等多譜段需求，然后全反射共孔徑后端設(shè)計(jì)光譜分光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同譜段的成像需求。

2、全反射離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)無(wú)中心遮擋，能量利用率高，雜光控制容易，可以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、大相對(duì)孔徑，現(xiàn)已得到廣泛的關(guān)注。但是其裝調(diào)難度較大，主要依靠裝調(diào)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成，離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)過(guò)程中，各離軸非球面鏡的調(diào)節(jié)主要依靠經(jīng)驗(yàn)。單塊反射鏡需要調(diào)節(jié)5個(gè)自由度，三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)中至少需要調(diào)節(jié)10個(gè)自由度，同時(shí)各自由度之間還會(huì)存在相互耦合關(guān)系。因此，采用現(xiàn)有方式進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，反射鏡各個(gè)自由度調(diào)節(jié)存在很大的盲目性、隨機(jī)性，其裝調(diào)周期過(guò)長(zhǎng)且裝調(diào)精度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，以解決采用現(xiàn)有方式調(diào)節(jié)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，存在裝調(diào)周期過(guò)長(zhǎng)且裝調(diào)精度較低的技術(shù)問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，所述離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)包括沿光路方向依次設(shè)置的離軸主鏡、離軸次鏡、離軸三鏡和孔徑光闌；所述離軸主鏡和離軸三鏡的反射面為凹離軸拋物面；所述離軸次鏡的反射面為凸非球面；

4、其特殊之處在于，包括以下步驟：

5、步驟1、建立系統(tǒng)光軸；

6、預(yù)設(shè)坐標(biāo)系xyz，設(shè)置與z軸平行的直線導(dǎo)軌，在直線導(dǎo)軌上設(shè)置安裝帶有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的干涉儀，確定干涉儀的焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為系統(tǒng)光軸；

7、步驟2、離軸主鏡的安裝；

8、在干涉儀的作用端一側(cè)設(shè)置帶有中孔的自準(zhǔn)平面鏡，使自準(zhǔn)平面鏡的法線與直線導(dǎo)軌方向平行；在自準(zhǔn)平面鏡遠(yuǎn)離干涉儀的一側(cè)預(yù)安裝離軸主鏡，平移干涉儀，使干涉儀與離軸主鏡焦點(diǎn)重合且位于系統(tǒng)光軸上，基于坐標(biāo)系xyz調(diào)整離軸主鏡，使干涉儀檢測(cè)的主鏡波前誤差精度滿足要求，完成離軸主鏡安裝；

9、步驟3、離軸三鏡的安裝；

10、在自準(zhǔn)平面鏡遠(yuǎn)離干涉儀的一側(cè)預(yù)安裝離軸三鏡，平移干涉儀，使干涉儀的焦點(diǎn)與離軸主鏡焦點(diǎn)距離滿足預(yù)設(shè)值，基于坐標(biāo)系xyz調(diào)整離軸三鏡，使干涉儀檢測(cè)的三鏡波前誤差的精度滿足要求，完成離軸三鏡安裝；

11、步驟4、離軸次鏡的安裝；

12、將干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭替換為平面鏡頭，沿y軸向上移動(dòng)自準(zhǔn)平面鏡，并沿y軸向下移動(dòng)干涉儀，使其出射的平行光束入射至離軸三鏡，預(yù)安裝離軸次鏡，基于坐標(biāo)系xyz調(diào)整離軸次鏡，使干涉儀此時(shí)的檢測(cè)結(jié)果即系統(tǒng)波前誤差的精度滿足要求；

13、完成離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)。

14、進(jìn)一步地，步驟1具體包括：

15、1.1、預(yù)設(shè)一條直線為系統(tǒng)光軸，以該預(yù)設(shè)的系統(tǒng)光軸為z軸建立坐標(biāo)系xyz；

16、1.2、在直線導(dǎo)軌上設(shè)置安裝帶有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的干涉儀，調(diào)節(jié)直線導(dǎo)軌使其軌道與z軸平行，沿直線導(dǎo)軌移動(dòng)干涉儀，確定干涉儀的焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為系統(tǒng)光軸。

17、進(jìn)一步地，步驟1.2具體為：

18、在直線導(dǎo)軌上設(shè)置安裝帶有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的干涉儀，利用經(jīng)緯儀調(diào)節(jié)直線導(dǎo)軌使其軌道與z軸平行，沿直線導(dǎo)軌移動(dòng)干涉儀，確定干涉儀的焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為系統(tǒng)光軸。

19、進(jìn)一步地，步驟2具體包括：

20、2.1、在干涉儀的作用端一側(cè)設(shè)置帶有中孔的自準(zhǔn)平面鏡，并使干涉儀的焦點(diǎn)能夠穿行于其中孔，調(diào)整自準(zhǔn)平面鏡的法線與直線導(dǎo)軌的軌道方向平行；

21、2.2、在自準(zhǔn)平面鏡遠(yuǎn)離干涉儀的一側(cè)預(yù)安裝離軸主鏡，離軸主鏡位于系統(tǒng)光軸的上側(cè)，沿直線導(dǎo)軌平移干涉儀，并沿z軸、x軸、y軸平移調(diào)整離軸主鏡，使干涉儀的焦點(diǎn)與離軸主鏡的焦點(diǎn)重合；

22、2.3、調(diào)節(jié)離軸主鏡繞x軸、y軸旋轉(zhuǎn)傾斜，使得干涉儀的出射光經(jīng)離軸主鏡反射后變?yōu)槠叫泄獯怪比肷渲磷詼?zhǔn)平面鏡并按原路返回；

23、2.4、獲取干涉儀對(duì)離軸主鏡的面型檢測(cè)結(jié)果，即主鏡波前誤差；若主鏡波前誤差的精度不滿足要求，則返回步驟2.3，直至主鏡波前誤差精度滿足要求；離軸主鏡安裝完成。

24、進(jìn)一步地，步驟2.1具體為：

25、在干涉儀的作用端一側(cè)設(shè)置帶有中孔的自準(zhǔn)平面鏡，并使干涉儀的焦點(diǎn)能夠穿行于其中孔，利用經(jīng)緯儀調(diào)整自準(zhǔn)平面鏡的法線與直線導(dǎo)軌平行。

26、進(jìn)一步地，步驟3具體包括：

27、3.1、在自準(zhǔn)平面鏡遠(yuǎn)離干涉儀的一側(cè)預(yù)安裝離軸三鏡，離軸三鏡位于所述系統(tǒng)光軸的下側(cè)；沿直線導(dǎo)軌平移干涉儀，使干涉儀焦點(diǎn)與離軸主鏡焦點(diǎn)的距離為預(yù)設(shè)值，再沿z軸、x軸、y軸平移調(diào)整離軸三鏡，使干涉儀的焦點(diǎn)與離軸三鏡的焦點(diǎn)重合；

28、3.2、調(diào)節(jié)離軸三鏡繞x軸、y軸旋轉(zhuǎn)傾斜，使得干涉儀的出射光經(jīng)離軸三鏡反射后變?yōu)槠叫泄獯怪比肷渲磷詼?zhǔn)平面鏡并按原路返回；

29、3.3、獲取干涉儀對(duì)離軸三鏡的面型檢測(cè)結(jié)果，即三鏡波前誤差；若三鏡波前誤差的精度不滿足要求，則返回步驟3.2，直至三鏡波前誤差的精度滿足要求；離軸三鏡安裝完成。

30、進(jìn)一步地，步驟4具體包括：

31、4.1、將干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭替換為平面鏡頭，則其出射的平行光與系統(tǒng)光軸平行，將干涉儀沿y軸向下平移，使其出射的平行光束入射至離軸三鏡；

32、4.2、在自準(zhǔn)平面鏡遠(yuǎn)離干涉儀的一側(cè)預(yù)安裝離軸次鏡，沿y軸向上移動(dòng)自準(zhǔn)平面鏡，使自準(zhǔn)平面鏡位于系統(tǒng)光軸的上側(cè)；

33、4.3、調(diào)節(jié)離軸次鏡沿z軸、x軸、y軸平移以及繞x軸、y軸旋轉(zhuǎn)傾斜，使得干涉儀的出射光依次經(jīng)離軸三鏡、離軸次鏡、離軸主鏡反射后變?yōu)槠叫泄獯怪比肷渲磷詼?zhǔn)平面鏡并按原路返回，形成系統(tǒng)自準(zhǔn)檢測(cè)結(jié)果；

34、4.4、獲取干涉儀的系統(tǒng)自準(zhǔn)檢測(cè)結(jié)果，即系統(tǒng)波前誤差，若所述系統(tǒng)波前誤差的精度不滿足要求，則返回步驟4.3，直至干涉儀檢測(cè)的系統(tǒng)波前誤差精度滿足要求；

35、完成離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)。

36、進(jìn)一步地，所述直線導(dǎo)軌為數(shù)顯線性導(dǎo)軌。

37、本發(fā)明的有益效果：

38、本發(fā)明提供的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，利用離軸主鏡、離軸三鏡的凹離軸拋物面特性，使用干涉儀、自準(zhǔn)平面鏡對(duì)其進(jìn)行自準(zhǔn)檢測(cè)；離軸主鏡和離軸三鏡相對(duì)位置關(guān)系可利用其焦點(diǎn)確定；系統(tǒng)每次調(diào)節(jié)時(shí)只需調(diào)節(jié)特定一塊光學(xué)元件(五個(gè)自由度)，不需要同時(shí)調(diào)節(jié)其它光學(xué)元件(五個(gè)自由度)，大大減小了調(diào)節(jié)不確定性；由此可見，本發(fā)明的裝調(diào)方法相比現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)方法，裝調(diào)過(guò)程中的調(diào)節(jié)自由度減小一半，實(shí)現(xiàn)了離軸式擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)光路裝調(diào)過(guò)程的可控性，提高了光學(xué)系統(tǒng)光路的裝調(diào)效率。

技術(shù)特征：

1.一種大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，所述離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)包括沿光路方向依次設(shè)置的離軸主鏡(1)、離軸次鏡(2)、離軸三鏡(3)和孔徑光闌(4)；所述離軸主鏡(1)和離軸三鏡(3)的反射面為凹離軸拋物面；所述離軸次鏡(2)的反射面為凸非球面；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，其特征在于，步驟1具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，其特征在于，步驟1.2具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，其特征在于，步驟2具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，其特征在于，步驟2.1具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，其特征在于，步驟3具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，其特征在于，步驟4具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，其特征在于：所述直線導(dǎo)軌(6)為數(shù)顯線性導(dǎo)軌。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種大視場(chǎng)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)方法，解決了采用現(xiàn)有方式調(diào)節(jié)離軸三反擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，存在裝調(diào)周期過(guò)長(zhǎng)且裝調(diào)精度較低的問(wèn)題，本發(fā)明利用離軸主鏡、離軸三鏡的凹離軸拋物面特性，使用干涉儀、自準(zhǔn)平面鏡對(duì)其進(jìn)行自準(zhǔn)檢測(cè)；離軸主鏡和離軸三鏡相對(duì)位置關(guān)系可利用其焦點(diǎn)確定；系統(tǒng)每次調(diào)節(jié)時(shí)只需調(diào)節(jié)特定一塊光學(xué)元件，不需要同時(shí)調(diào)節(jié)其它光學(xué)元件，大大減小了調(diào)節(jié)不確定性；由此可見，本發(fā)明的裝調(diào)方法相比現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)方法，裝調(diào)過(guò)程中的調(diào)節(jié)自由度減小一半，實(shí)現(xiàn)了離軸式擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)光路裝調(diào)過(guò)程的可控性，提高了光學(xué)系統(tǒng)光路的裝調(diào)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：龐志海,薛要克
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6