一种离轴三反非球面光学系统装调方法与流程

1.本发明属于应用光学技术领域，具体涉及一种离轴三反非球面光学系统装调方法。


背景技术：

2.离轴三反非球面光学系统(以下简称“离轴三反系统”)具有集光能力强、有效口径利用充分、光学传递函数高、杂光抑制能力强的优良性能，在空间光学遥感中得到了广泛应用。离轴三反系统的光学反射镜具有非旋转对称性，与同轴光学系统对比，反射镜位置呈现多维空间布局特点，使得离轴三反系统的装调检测复杂性大，难度高，一直是光学系统装调检测领域的技术难点。
3.在现有技术方法中，离轴三反系统的装调，通常是对主镜与三镜进行共基准装调，再对次镜进行装调，如专利“一种离轴三反非球面光学系统共基准检测与加工方法(201610619953.5)”、“离轴三反系统的主镜和三镜共基准的装调方法和系统(202010044734.5)”所述。装调时，由于次镜的空间位置与主镜、三镜的空间位置无光学基准，使得系统的装调难度大，时间长，效率低。


技术实现要素：

4.本发明为了降低离轴三反非球面光学系统的装调难度与复杂度，提高系统装调效率，提出了一种离轴三反非球面光学系统装调方法，该方法保证了反射镜面形检测与光学系统装调过程基准共享，极大地缩短了光学系统的后续装调时间，提高了装调的精度及效率。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
5.一种离轴三反非球面光学系统装调方法，包括以下步骤：
6.s1、通过确定主镜补偿器、次镜补偿器和三镜补偿器在离轴三反非球面光学系统装的调光路上的空间位置，建立关于主镜、次镜和三镜三个非球面反射镜的装调共基准；
7.s2、选取主镜补偿器、次镜补偿器或三镜补偿器中的任意一个作为第一补偿器放入对应的补偿器限位装置中，调整第一补偿器所对应的离轴三反非球面光学系统中的第一非球面反射镜的空间位置，使第一非球面反射镜的全口径干涉检测面形的rms值优于1/10λ，
8.其中，λ为激光干涉仪的工作波长，第一非球面反射镜为主镜、次镜和三镜中的一个；
9.s3、取出第一补偿器，将第二补偿器放入对应的补偿器限位装置中，调整第二补偿器对应的离轴三反非球面光学系统中的第二非球面反射镜的空间位置，使第二非球面反射镜的全口径干涉检测面形的rms值优于1/10λ，
10.其中，第二非球面反射镜为主镜、次镜和三镜中不同于第一非球面反射镜的一个；
11.s4、取出第二补偿器，将第三补偿器放入对应的补偿器限位装置中，调整第三补偿器对应的离轴三反非球面光学系统中的第三非球面反射镜的空间位置，使第三非球面反射
镜的全口径干涉检测面形的rms值优于1/10λ，
12.其中，第三非球面反射镜为主镜、次镜和三镜中不同于第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的一个。
13.优选地，还包括以下步骤：
14.s5、对主镜、次镜和三镜的位置再次进行调整，完成对离轴三反非球面光学系统的装调。
15.优选地，步骤s1还包括以下步骤：
16.s101、将入光口均设置在同一个方向的主镜补偿器、次镜补偿器和三镜补偿器放入各自对应的补偿器限位装置中，将主镜补偿器限位装置、次镜补偿器限位装置和三镜补偿器限位装置沿光轴方向摆放；
17.s102、利用激光跟踪仪精确调整主镜补偿器限位装置、次镜补偿器限位装置和三镜补偿器限位装置的位置，使主镜补偿器、次镜补偿器和三镜补偿器三者的光轴重合，并且三者的相对位置关系满足预设参数。
18.优选地，次镜的外表面为凸面且镀有反射膜，次镜的内表面为凹面。
19.优选地，次镜为离轴非球面反射镜或同轴非球面反射镜。
20.优选地，次镜的镜体材料可透射激光干涉仪的工作波长，使激光干涉仪发出的光经次镜的背面进入次镜的镜体后被次镜的内表面反射，其反射光返回次镜补偿器，并进入激光干涉仪完成波面干涉，实现次镜面形检测。
21.优选地，主镜补偿器、次镜补偿器和三镜补偿器均为零位补偿器。
22.本发明能够取得以下技术效果：
23.1、本发明可以在离轴三反非球面光学系统中，实现主镜、次镜、三镜的共基准检测装调，降低了离轴三反非球面光学系统的装调难度与复杂度，有效提高了系统装调效率。
附图说明
24.图1是本发明一个实施例的一种离轴三反非球面光学系统装调方法的流程图；
25.图2是本发明一个实施例的一种离轴三反非球面光学系统装调方法的装置结构的示意图；
26.图3是本发明一个实施例的次镜面形检测光路的示意图；
27.图4是本发明一个实施例的离轴三反非球面光学系统成像光路的示意图；
28.图5是本发明另一个实施例的一种离轴三反非球面光学系统装调方法的流程图。
29.附图标记：
30.主镜1、主镜补偿器11、主镜补偿器检测光波传输区域12、主镜母镜13、主镜补偿器限位装置14、
31.次镜2、次镜补偿器21、次镜补偿器检测光波传输区域22、次镜母镜23、次镜背面24、内表面25、外表面26、次镜补偿器限位装置27、三镜3、三镜补偿器31、三镜补偿器检测光波传输区域32、三镜母镜33、三镜补偿器限位装置34、
32.像面4、激光干涉仪5。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
34.本发明的目的是提供一种离轴三反非球面光学系统装调方法，适用于装调主镜母镜、次镜母镜和三镜母镜的回转对称轴均与光学系统光轴重合、且次镜选用透射式材料制造的离轴三反非球面光学系统，通过对三个补偿器位置的精确设置，为主镜、次镜、三镜三个非球面反射镜的装调确定同一基准。下面将对本发明提供的一种离轴三反非球面光学系统装调方法，通过具体实施例来进行详细说明。
35.在装调之前，根据待装调的离轴三反非球面光学系统中主镜、次镜和三镜的参数对主镜补偿器、次镜补偿器和三镜补偿器进行设计和加工，此部分为现有技术，在此不赘述。
36.在本发明的一个优选实施例中，搭建如图2所示的检测装置，结合图5所示的装调方法流程图对本发明的离轴三反非球面光学系统装调方法进行说明：
37.s1、通过确定主镜补偿器、次镜补偿器和三镜补偿器在所述离轴三反非球面光学系统装的调光路上的空间位置，建立关于主镜、次镜和三镜三个非球面反射镜的装调共基准。
38.将主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31对应放入主镜补偿器限位装置14、次镜补偿器限位装置27和三镜补偿器限位装置34中，将主镜补偿器限位装置14、次镜补偿器限位装置27和三镜补偿器限位装置34沿激光干涉仪5的出光方向粗精度摆放；
39.利用激光跟踪仪精确调整主镜补偿器限位装置14、次镜补偿器限位装置27和三镜补偿器限位装置34的位置，使主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31三者的光轴重合，并且主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31三者的相对位置关系满足设计参数的要求；
40.通过调整主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31在离轴三反非球面光学系统装的调光路上的空间位置，建立关于主镜1、次镜2和三镜3三个非球面反射镜的装调共基准。
41.图4为本发明的离轴三反非球面光学系统成像光路的示意图，参照图4：
42.待装调的离轴三反非球面光学系统中的主镜1、次镜2和三镜3均为非球面反射镜，同时主镜母镜13、次镜母镜23和三镜母镜33三者的回转对称轴均与离轴三反非球面光学系统的光轴重合。成像时，成像光束由物空间入射到主镜1，经主镜1反射后入射到次镜2，再由次镜2反射后入射到三镜3，最终成像在像面4上。
43.因此，次镜2的镜体材料选用可透过激光干涉仪5的工作波长的材料制造，其外表面26为凸面，内表面25为凹面，且在次镜2的外表面26镀有反射膜，用于形成非球面反射镜。使从次镜2的外表面26入射的光，被外表面26直接反射；从次镜背面24入射的光，被次镜背面24折射后经镜体内部传播，被内表面25反射后再经镜体内部传播，最后从次镜背面24折射后射出。次镜2可以为离轴非球面反射镜或同轴非球面反射镜，当次镜2为离轴非球面反射镜时，次镜2位于次镜母镜23的子口径区域。
44.进一步的，在对次镜2进行面形检测时，通过采用对其内表面25进行检测的方案，
等效替代对其工作面为外表面26的面形检测。参照如图3所示的次镜面形检测原理的光路示意图，激光干涉仪5发出光束，经过次镜补偿器21，由次镜背面24进入次镜2的镜体，光束经传播后被内表面25反射，反射后从次镜背面24出射，出射后的光束返回进入次镜补偿器21，再进入到激光干涉仪5，完成波面干涉。即通过对次镜2的内表面25进行面形检测，代替直接对次镜2的外表面26的面形检测。
45.在本发明一个优选实施例中，主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31均为offner零位补偿器。
46.在本发明的另一个优选实施例中，利用主镜补偿器限位装置14、次镜补偿器限位装置27和三镜补偿器限位装置34分别定位主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31，使主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31能够在离轴三反非球面光学系统的光轴上移入、移出。同时，主镜补偿器11、次镜补偿器21和三镜补偿器31在各自的限位装置上的空间位置重复性精度，满足离轴三反非球面光学系统的装调精度要求，且没有对主镜补偿器检测光波传输区域12、次镜补偿器检测光波传输区域22和三镜补偿器检测光波传输区域32进行遮挡。
47.继续参考图1，结合图5：
48.s2、建立同一基准后，将三个补偿器移出各自的限位装置。再将第一补偿器，即主镜补偿器、次镜补偿器或三镜补偿器中的任意一个，放入对应的补偿器限位装置中，例如将主镜补偿器放入主镜补偿器限位装置中，通过对主镜的空间位置的调整，确保主镜的全口径干涉检测面形的rms值优于1/10λ，λ为激光干涉仪的工作波长；
49.s3、将主镜补偿器取出，将次镜补偿器或三镜补偿器作为第二补偿器放入其对应的补偿器限位装置中，例如将三镜补偿器放入三镜补偿器限位装置中，通过对三镜3的空间位置的调整，确保三镜的全口径干涉检测面形的rms值优于1/10λ；
50.s4、将主镜补偿器及三镜补偿器取出，将对最后一个待装调的非球面反射镜对应的补偿器，即将第三补偿器放入其对应的补偿器限位装置中，例如将次镜补偿器放入次镜补偿器限位装置中，通过对次镜的空间位置的调整，确保次镜的全口径干涉检测面形的rms值优于1/10λ。
51.s5、通过对主镜、次镜、三镜的位置的调整，完成离轴三反非球面光学系统的装调。
52.在装调过程中，激光干涉仪的位置不变，各个补偿器限位装置保证了补偿器的空间位置，通过补偿器的位置即可以确定主镜、次镜和三镜的空间位置。
53.以上装调检测过程，保证了三个非球面反射镜面形检测与光学系统装调过程基准共享，极大地缩短了光学系统的后续装调时间，提高了装调的精度及效率。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
55.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
56.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。