專利名稱：一種確定非球面反射鏡光軸的系統及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學定心領域，尤其涉及一種確定非球面反射鏡光軸的系統及方法。
背景技術：
對于非球面反射鏡而言，非球面的對稱軸即非球面反射鏡的光軸，如圖I所示軸對稱非球面反射鏡的結構示意圖，其中00'為非球面反射鏡的光軸，ΚΓ為機械旋轉軸。在裝調過程中，由于人為或客觀條件等因素的影響，機械旋轉軸ΚΓ與非球面反射鏡的光軸 00'并不重合，如果非球面反射鏡是組成光學系統中的一部分，則系統的光軸與非球面反射鏡的光軸的不重合會導致光學系統的成像質量降低。所以非球面反射鏡光軸的確定是非球面應用中重要的問題?，F有的確定非球面反射鏡光軸與機械旋轉軸重合的方法有很多第一種非球面定心加工方法如圖2所示，利用內調焦定心儀5尋找控制非球面反射鏡的近似球心的跳動量，再利用千分表4控制其的外圓與端面的跳動，保證光軸與機械旋轉軸的重合精度。這種方法的缺點1、此方法采用千分表接觸式測量，操作過程容易劃傷反射鏡鍍膜面；2、多次調整非球面反射鏡姿態(tài)時，接觸式測量的復位精度無法保證，造成累積誤差。第二種方法如圖3所示，通過平行光管7尋找非球面反射鏡的軸上焦點和軸外焦點，采用CXD相機接收軸上焦點像Fl和軸外焦點像F2并通過PC機觀察，控制焦點像跳動量保證光軸與機械旋轉軸的重合精度。這種方法的缺點1、系統搭建比較復雜，還要使用半透半反鏡，減弱了光線能量， 降低了圖像分辨能力；2、軸外焦點所成的實像像差隨著視場角的增大而增大，無法在CCD 上獲得滿意的圖像(像散像差非常大)，控制像點跳動非常困難，勉強操作得到的定軸精度根本無法得到保證。

發(fā)明內容
為了解決現有確定非球面反射鏡光軸精度低、搭建系統復雜、鏡面保護等問題，本發(fā)明提供一種確定非球面反射鏡光軸的系統及方法。本發(fā)明的技術解決方案—種確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態(tài)調整工裝、鏡框、發(fā)光源、第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀、CXD相機以及PC機，所述發(fā)光源設置在非球面反射鏡的已知焦點處， 所述姿態(tài)調整工裝設置在機械旋轉軸上，所述鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，所述第一內調焦定心儀設置在大于非球面反射鏡半徑的位置，進行調焦使定心儀焦點與非球面反射鏡近似球心像重合，所述第二內調焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點處發(fā)光經非球面反射后的光路上，
所述CXD相機接收第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀的像點，所述CXD相機的另一端與PC機連接。一種基于上述系統的確定非球面反射鏡光軸的方法，其特殊之處在于包括以下步驟I組裝權利要求I所述的確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態(tài)調整工裝、鏡框、發(fā)光源、第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀、CXD相機以及PC機，發(fā)光源設置在待確定非球面反射鏡的已知焦點處，姿態(tài)調整工裝設置在機械旋轉軸上，鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，將待確定非球面反射鏡裝在鏡框里，所述第一內調焦定心儀設置在大于非球面反射鏡半徑的位置，進行調焦使定心儀焦點與非球面反射鏡近似球心像重合，第二內調焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點發(fā)光經非球面反射后的光路上，CCD相機接收第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀的像點，CCD相機的另一端與PC機連接；2采用自準直法確定非球面反射鏡的近似球心，通過第一內調焦定心儀調焦后接收近似球心的像得到近似球心像；3讓設置在非球面反射鏡的已知焦點處的發(fā)光源發(fā)光，經非球面鏡匯聚于一點即為軸上焦點，通過第二內調焦定心儀接收軸上焦點的像得到軸上焦點像；4將步驟2、步驟3找到的近似球心像和軸上焦點像通過CXD相機顯示在PC機上；5調整姿態(tài)調整工裝，并觀察PC機上的近似球心像和軸上焦點像，直至近似球心像和軸上焦點像的運動軌跡由劃大圓逐漸變?yōu)閯澬A甚至接近靜止不動，此時非球面反射鏡的光軸與機械旋轉軸近似重合，機械旋轉軸即為非球面反射鏡的光軸。上述的確定非球面反射鏡光軸的方法，其特殊之處在于非球面反射鏡的截面為拋物面時，所述發(fā)光源為平行光管。上述的確定非球面反射鏡光軸的方法，其特殊之處在于非球面反射鏡的截面為橢圓面時，所述發(fā)光源為點光源。本發(fā)明所具有的優(yōu)點本發(fā)明完全采用光學非接觸式測量方式，尋找非球面反射鏡的近似球心像和軸上焦點像，通過姿態(tài)調整工裝改變反射鏡空間姿態(tài)，控制兩像點在內調焦定心儀內的跳動量， 保證光軸與機械旋轉軸的重合精度。


圖I非球面反射鏡的結構示意圖；圖2為現有技術中一種確定非球面反射鏡與機械旋轉軸重合的系統不意圖；圖3為現有技術中另一種確定非球面反射鏡與機械旋轉軸重合的系統示意圖；圖4為發(fā)明一種實施例示意圖；圖5為本發(fā)明另一種實施例示意圖；圖6為姿態(tài)調整工裝的結構示意圖；其中附圖標記為I-機械旋轉軸，2-姿態(tài)調整工裝，3-非球面反射鏡，4-千分表， 5-內調焦定心儀，6-半透半反鏡，7-平行光管，8-CXD相機，9-PC機，11-第一內調焦定心儀,12-第二內調焦定心儀，O'-近似球心，F'-軸上焦點，Fl-軸上焦點像，F2-軸外焦點像，F3-軸上焦點，F4-已知焦點，24-過渡法蘭盤，25-傾斜調整螺釘，26-平移調整螺釘， 27-通孔，28-車床主軸連接螺釘，211-傾斜調整環(huán)，212-平移調整環(huán)。
具體實施例方式如圖4所示，確定非球面反射鏡光軸的系統，非球面反射鏡的截面為拋物面，包括機械旋轉軸I、姿態(tài)調整工裝2、鏡框、發(fā)光源、第一內調焦定心儀11、第二內調焦定心儀12、 CCD相機8以及PC機9，發(fā)光源設置在非球面反射鏡的已知焦點(無窮遠)處，發(fā)光源為平行光管。姿態(tài)調整工裝2設置在機械旋轉軸上，鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，第一內調焦定心儀設置在待確定非球面反射鏡的大于半徑的位置，進行調焦使定心儀焦點與非球面反射鏡近似球心像重合，第二內調焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點處發(fā)光經非球面反射后的光路上，CXD相機接收第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀的像點，CXD相機的另一端與PC機連接。如圖5所示,確定非球面反射鏡光軸的系統,非球面反射鏡的截面為橢圓面,包括機械旋轉軸I、姿態(tài)調整工裝2、鏡框、發(fā)光源、第一內調焦定心儀11、第二內調焦定心儀12、 CCD相機8以及PC機9，發(fā)光源設置在非球面反射鏡的已知焦點F4處，發(fā)光源為點光源。姿態(tài)調整工裝2設置在機械旋轉軸上，鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，第一內調焦定心儀設置在待確定非球面反射鏡的大于半徑的位置，進行調焦使定心儀焦點與非球面反射鏡近似球心像重合，第二內調焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點處發(fā)光經非球面反射后的光路上，CCD相機接收第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀的像點，CCD相機的另一端與PC機連接。姿態(tài)調整工裝結構參見圖6，包括可固定非球面反射鏡的過渡法蘭盤、安裝在過渡法蘭盤后端面的傾斜調整環(huán)、安裝在傾斜調整環(huán)后端面的平移調整環(huán)，過渡法蘭盤和傾斜調整環(huán)之間設置有四個圓周均布的傾斜調整螺釘，傾斜調整環(huán)和平移調整環(huán)之間設置有四個圓周均布的平移調整螺釘，平移調整環(huán)和機械旋轉軸連接；過渡法蘭盤、傾斜調整環(huán)以及平移調整環(huán)的回轉中心設置有通孔。通過微量調節(jié)傾斜調整螺釘和平移調整螺釘，就可以調整非球面反射鏡的光軸。確定非球面反射鏡光軸的方法，包括以下步驟I組裝確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態(tài)調整工裝、鏡框、發(fā)光源、第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀、CXD相機以及PC機，發(fā)光源設置在待確定非球面反射鏡的已知焦點處，姿態(tài)調整工裝設置在機械旋轉軸上，鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，將待確定非球面反射鏡裝在鏡框里，第一內調焦定心儀設置在大于待確定非球面反射鏡半徑的位置，進行調焦使定心儀焦點與非球面反射鏡近似球心像重合，第二內調焦定心儀位于從非球面反射鏡的已知一個焦點發(fā)光經非球面反射后的光路上，CCD相機接收第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀的像點，CCD相機的另一端與PC機連接；
2采用自準直法確定非球面反射鏡的近似球心O'，通過第一內調焦定心儀接收近似球心的像得到近似球心像；3讓設置在待確定非球面反射鏡的已知一個焦點處的發(fā)光源發(fā)光，經非球面鏡匯聚于一點即為軸上焦點F',通過第二內調焦定心儀接收軸上焦點的像得到軸上焦點像；4將步驟2、步驟3找到的近似球心像和軸上焦點像通過CXD相機顯示在PC機上；5調整姿態(tài)調整工裝，并觀察PC機上的近似球心像和軸上焦點像，直至近似球心像和軸上焦點像的運動軌跡成小圓，此時機械旋轉軸的位置與非球面反射鏡的光軸重合。非球面反射鏡的截面為拋物面時，所述發(fā)光源為平行光管7。非球面反射鏡的截面為橢圓面時，所述發(fā)光源為點光源。實施例非球面反射鏡的截面為橢圓面時，發(fā)光源為點光源I、采用自準直法確定非球面反射鏡的近似球心像；通過第一內調焦定心儀發(fā)光經非球面反射鏡反射匯聚于一點即為近似球心，再被第一內調焦定心儀接收形成近似球心像。2.、非球面反射鏡的截面為橢球面時，發(fā)光源為點光源，如圖5所示，也可以用第一內調焦定心儀充當發(fā)光源，移動第一定心儀到橢球面非球面反射鏡的已知焦點Fl處，發(fā)出光線經過非球面反射鏡匯聚到軸上焦點F2處；3、用第二內調焦定心儀接收軸上焦點F2的像成軸上焦點像；4、通過與第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀連接的C⑶相機將近似球心像和軸上焦點像采集到PC機上，觀察兩像點的畫圓量，調節(jié)姿態(tài)調整工裝，至近似球心像和軸上焦點像的運動軌跡成小圓(直至像點畫圓量減小不動)，調整完畢，此時機械旋轉軸的位置與非球面反射鏡的光軸重合。非球面反射鏡的截面為拋物面時，發(fā)光源為平行光發(fā)光源I、采用自準直法確定非球面反射鏡的近似球心像；通過第一內調焦定心儀發(fā)光經非球面反射鏡反射匯聚于一點即為近似球心，再被第一內調焦定心儀接收形成近似球心像。2、截面為拋物面，已知焦點在無窮遠處，采用平行光，如圖4所示，讓設置在待確定非球面反射鏡的已知一個焦點(焦點位于無窮遠)處的發(fā)光源發(fā)光，平行光管照射到非球面反射鏡上，經非球面鏡匯聚于一點即為軸上焦點，通過第二內調焦定心儀接收軸上焦點的像得到軸上焦點像； 3將近似球心像和軸上焦點像通過CXD相機顯示在PC機上；4調整姿態(tài)調整工裝，并觀察PC機上的近似球心像和軸上焦點像，直至近似球心像和軸上焦點像的運動軌跡成小圓，此時機械旋轉軸的位置與非球面反射鏡的光軸重合。調整非球面反射鏡實質是通過鏡框調整，非球面反射鏡放置在鏡框里，對于本領域技術人員來講為公知嘗試，所以就本發(fā)明就說明調節(jié)反球面反射鏡。
權利要求
1.一種確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態(tài)調整工裝、鏡框、發(fā)光源、 第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀、CXD相機以及PC機，所述發(fā)光源設置在非球面反射鏡的已知焦點處，所述姿態(tài)調整工裝設置在機械旋轉軸上，所述鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，所述第一內調焦定心儀設置在大于非球面反射鏡半徑的位置，進行調焦使定心儀焦點與非球面反射鏡近似球心像重合，所述第二內調焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點處發(fā)光經非球面反射后的光路上，所述CCD相機接收第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀的像點，所述CCD相機的另一端與PC機連接。
2.一種基于權利要求I所述系統的確定非球面反射鏡光軸的方法，其特征在于包括以下步驟I組裝權利要求I所述的確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態(tài)調整工裝、鏡框、發(fā)光源、第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀、C⑶相機以及PC機，發(fā)光源設置在待確定非球面反射鏡的已知焦點處，姿態(tài)調整工裝設置在機械旋轉軸上，鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，將待確定非球面反射鏡裝在鏡框里，所述第一內調焦定心儀設置在大于非球面反射鏡半徑的位置，進行調焦使定心儀焦點與非球面反射鏡近似球心像重合，第二內調焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點發(fā)光經非球面反射后的光路上，CXD相機接收第一內調焦定心儀和第二內調焦定心儀的像點，CXD相機的另一端與PC機連接；2采用自準直法確定非球面反射鏡的近似球心，通過第一內調焦定心儀調焦后接收近似球心的像得到近似球心像；3讓設置在非球面反射鏡的已知焦點處的發(fā)光源發(fā)光，經非球面鏡匯聚于一點即為軸上焦點，通過第二內調焦定心儀接收軸上焦點的像得到軸上焦點像；4將步驟2、步驟3找到的近似球心像和軸上焦點像通過CXD相機顯示在PC機上； 5調整姿態(tài)調整工裝，并觀察PC機上的近似球心像和軸上焦點像，直至近似球心像和軸上焦點像的運動軌跡由劃大圓逐漸變?yōu)閯澬A甚至接近靜止不動，此時非球面反射鏡的光軸與機械旋轉軸近似重合，機械旋轉軸即為非球面反射鏡的光軸。
3.根據權利要求2所述的確定非球面反射鏡光軸的方法，其特征在于非球面反射鏡的截面為拋物面時，所述發(fā)光源為平行光管。
4.根據權利要求2所述的確定非球面反射鏡光軸的方法，其特征在于非球面反射鏡的截面為橢圓面時，所述發(fā)光源為點光源。
全文摘要
一種確定非球面反射鏡光軸的系統及方法。一種確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態(tài)調整工裝、鏡框、發(fā)光源、第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀，發(fā)光源設置在非球面反射鏡的已知焦點處，姿態(tài)調整工裝設置在機械旋轉軸上，鏡框設置在姿態(tài)調整工裝的一端，第一內調焦定心儀設置在大于非球面反射鏡半徑的位置，第二內調焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點處發(fā)光經非球面反射后的光路上。本發(fā)明解決了現有確定非球面反射鏡光軸精度低、搭建系統復雜、鏡面保護等問題，完全采用光學非接觸式測量方式，尋找非球面反射鏡的近似球心像和軸上焦點像，通過姿態(tài)調整工裝改變反射鏡空間姿態(tài)，控制兩像點在內調焦定心儀內的跳動量，保證光軸與機械旋轉軸的重合精度。
文檔編號G01M11/02GK102607811SQ201210080148
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2012年3月23日
發(fā)明者付興, 劉軍鵬, 張建, 李華, 李志勇, 杜琛, 韓娟 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所