CN111006855B - 大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法及装置涉及平行光管光轴标定技术领域，解决了标定精度低、加工工作量大的问题，步骤为：采用平行光管离轴主镜作为基准镜，采用大口径平面反射镜和干涉仪进行平行光管调试；移除干涉仪，在平行光管离轴主镜和大口径平面反射镜之间设置五棱镜一和五棱镜二，对应五棱镜一和五棱镜二设置数显自准测角仪，在平行光管焦面处设置平行光管的目标靶板，基于数显自准测角仪、五棱镜一和五棱镜二调试目标靶板直至目标靶板调试完成，则标定完成。本发明采用平行光管离轴主镜作为基准镜，标定精度相对于现有技术做到了精度的突破，无需前期加工的工作，只需要用户场地装调，且在用户场地装调时操作简单快捷。
Description
技术领域
本发明涉及平行光管光轴标定技术领域，具体涉及大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法及装置。
背景技术
大口径离轴反射式真空平行光管是用于模拟航空、航天环境下，高分辨力光学成像系统对远距离目标成像状态进行测评试验所需的重要测试装置之一。
用于航空、航天的光学遥感成像系统口径大、焦距长，因此，与之匹配的光学测试平台需要大口径长焦距；同时，离轴反射式平行光管在其出射光瞳处具有无中心遮拦、反射式光谱可用范围大、结构简单焦距稳定等优势而被广泛使用。
但同时，由于离轴反射式光学系统的成像特点使得其对装调精度要求高。基准亮目标在光管轴上焦面位置时平行光管的出射平行光波近似于远距离目标状态，偏离光轴位置，光波质量下降快。因此，在大口径离轴反射式真空平行光管装调阶段如何准确定位光管的光轴方向、位置；在使用前标校、使用过程中监测均需要有效、可靠的技术方法与手段。
现有的标定方法包括前期加工阶段的调基准和使用时的调基准，加工阶段是在平行光管主镜的边缘贴有一个反射镜，该反射镜作为基准镜，利用基准镜进行光轴标定。这种标定方式在大口径、长焦距真空状态下应用不适应，具有精度偏低，前期工作量大的缺点。
发明内容
为了解决现有大口径离轴反射式真空平行光管的标定方法与装置的标定精度低、前期工作量大的问题，本发明提供大口径离轴反射式真空平行光管光轴精确标定方法及装置。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，包括如下步骤：
S1、将大口径平面反射镜对应平行光管离轴主镜摆放，将干涉仪对应平行光管的折转平面镜摆放，且干涉仪位于平行光管的焦面上或是干涉仪出射光束的N次像面位于平行光管的焦面上，干涉仪发光处和折转平面镜之间设有球面标准镜，干涉仪发出的光经球面标准镜变为标准球面波后能够依次折转平面镜反射、平行光管离轴主镜反射、大口径平面反射镜反射、平行光管离轴主镜反射、折转平面镜反射、球面标准镜透射后入射到干涉仪上，N为正整数；
S2、基于干涉仪上干涉图调试平行光管直至平行光管调试到位，则平行光管调试完成；
S3、移除干涉仪和球面标准镜，在平行光管离轴主镜和大口径平面反射镜之间设置五棱镜一和五棱镜二，五棱镜一的出光面对应大口径平面反射镜，五棱镜二的出光面对应平行光管离轴主镜，对应五棱镜一的入光面和五棱镜二的入光面设置带有光源的数显自准测角仪，在平行光管焦面处设置平行光管的目标靶板；
S4、调试数显自准测角仪和目标靶板直至目标靶板调试完成，则标定完成。
实现大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法的标定装置，所述标定装置包括大口径平面反射镜、干涉仪、五棱镜一、五棱镜二和带有光源的数显自准测角仪，在实现所述S1和S2的过程中，所述干涉仪发出的光能够依次经过折转平面镜反射、平行光管离轴主镜反射、大口径平面反射镜反射、平行光管离轴主镜反射、折转平面镜反射后入射到干涉仪上；在实现所述S4的过程中，数显自准测角仪发出的光能照射到五棱镜一和五棱镜二上，数显自准测角仪发出且入射五棱镜一上的光能够依次经大口径平面反射镜反射、五棱镜一反射至数显自准测角仪且像成在自准直仪上；数显自准测角仪发出且入射到五棱镜二的光束能够依次经由平行光管离轴主镜反射、折转平面镜反射、目标靶板反射、折转平面镜反射、平行光管离轴主镜反射、五棱镜二反射后成像在数显自准测角仪上。
本发明的有益效果是：
1、本发明大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法采用平行光管离轴主镜作为基准镜，标定精度相对于现有技术做到了精度的突破。
2、同时通过本发明的标定方法，大幅简化了标定的工作量，不再需要前期的加工和调基准，只需要用户场地装调，且在用户场地装调时操作简单快捷。
3、本发明为大口径离轴反射式平行光管的光轴确定提供了精确、快捷的确定方法和装置，既能为大口径离轴反射式真空平行光管的装调提供基准，又能实时监测大口径离轴反射式真空平行光管靶面位置的变化，随时调整，并在目标靶板更换时随时调试目标靶板位置，调试方式简单。
附图说明
图1为本发明大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法的大口径离轴反射式真空平行光管自准直检测原理图。
图2为本发明大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法的光轴精确标定原理图。
图中：1.1、平行光管离轴主镜，1.2、折转平面镜，1.3、平行光管的焦面，1.4、目标靶板，2、大口径平面反射镜，3、干涉仪，4、数显自准测角仪，5、五棱镜一，6、五棱镜二。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，以口径1.2米、焦距35米、离轴量2.6米的大口径离轴反射式真空平行光管为例进行详述，以文中简称平行光管，将平行光管放置于大型气浮平台上，平行光管与大型高低温、真空环境模拟试验罐体相连接，标定方法包括如下步骤：
S1、对应大口径离轴反射式真空平行光管设置干涉仪3和大口径平面反射镜2。
具体过程为：如图1所示为大口径离轴反射式真空平行光管自准直检测原理图，采用干涉仪3和大口径平面反射镜2。大口径平面反射镜2对应平行光管离轴主镜1.1设置。干涉仪3对应折转平面镜1.2设置，干涉仪3位于平行光管的焦面1.3上或是干涉仪3出射的光束的N次像面位于平行光管的焦面1.3上，N为正整数，即干涉仪3和平行光管的焦面1.3之间可设有透镜组，透镜组用于实现干涉仪3出射光束的N次像面位于在焦面处；图1中干涉仪3出射光束的一次像面与平行光管的焦面1.3共面。在干涉仪3发光处和折转平面镜1.2之间设置球面标准镜，球面标准镜用于将干涉仪3发光处发出的光转变为标准球面波。本实施方式中，干涉仪经过球面标准镜发出的标准球面波前的汇聚点与平行光管的焦面1.3共面。干涉仪3发出的光依次经球面标准镜变为标准球面波、经过平行光管的焦面1.3入射到折转平面镜1.2上，折转平面镜1.2将光束反射至平行光管离轴主镜1.1，经平行光管离轴主镜1.1反射至大口径平面反射镜2，经大口径平面反射镜2反射并经原路(顺次经平行光管离轴主镜1.1反射、折转平面镜1.2反射和球面标准镜透射)自准直反射回到干涉仪3。
S2、对大口径离轴反射式真空平行光管进行调试，平行光管调试完成则平行光管光轴确定。
S2的具体过程如下：
S2.1、通过观测干涉仪3上干涉图、同时调整大口径平面反射镜2和调试平行光管，直至平行光管调试到位；
具体为通过调整大口径平面反射镜2和调试平行光管，调试调整的同时观测干涉图状态，调试到平行光管无慧差、无像散、无球差、无离焦时，平行光管调试到位，停止调整大口径平面反射镜2和调试平行光管，平行光管调试完成。本实施方式中S2.1在常温、常压下完成观测、调整和调试。
S2.2、对大口径离轴反射式真空平行光管抽真空，抽真空完成后，再次通过观测干涉仪3上干涉图、同时调整大口径平面反射镜2和调试平行光管，直至平行光管调试到位；调试到平行光管无慧差、无像散、无球差、无离焦时，平行光管调试到位，停止调整大口径平面反射镜2和调试平行光管，平行光管调试完成。此时抽真空后的平行光管光轴确定。
S3、移除干涉仪3和球面标准镜，在平行光管离轴主镜1.1和大口径平面反射镜2之间设置五棱镜一5和五棱镜二6，对应五棱镜一5和五棱镜二6设置带有光源的数显自准测角仪4，五棱镜一5的出光面对应大口径平面反射镜2、入光面对应数显自准测角仪4，五棱镜二6的出光面对应平行光管离轴主镜1.1、入光面对应数显自准测角仪4；在平行光管焦面处设置平行光管的目标靶板1.4。
具体为：将干涉仪3从光路中移除；在平行光管焦面处设置平行光管的目标靶板1.4；在平行光管离轴主镜1.1和大口径平面反射镜2之间设置五棱镜一5和五棱镜二6，对应五棱镜一5和五棱镜二6设置一个带有光源的数显自准测角仪4，简称数显自准测角仪4，五棱镜一5的出光面对应大口径平面反射镜2、入光面对应数显自准测角仪4，五棱镜二6的出光面对应平行光管离轴主镜1.1、入光面对应数显自准测角仪4；数显自准测角仪4、五棱镜一5、五棱镜二6顺次设置。数显自准测角仪4发出的光能照射到五棱镜一5和五棱镜二6上，数显自准测角仪4发出的光能直接照射到五棱镜一5入光面上，数显自准测角仪4照射到五棱镜二6的光束可以为数显自准测角仪4发出的光直接照射到其入光面上，也可以采用具有透射功能的五棱镜一5，数显自准测角仪4发出的光照射到五棱镜一5上，经五棱镜一5透射后照射到五棱镜二6入光面上。如图2，为光轴精确标定示意图。其中目标靶板1.4具有反射功能，可以为镀有半反半透膜，也可以目标靶板1.4中心区透射但在目标靶板1.4非中心区域设有反射膜。
S4、调试数显自准测角仪4和目标靶板1.4，目标靶板1.4调试完成则标定完成。
S4的具体过程如下：
S4.1、通过调整数显自准测角仪4的角度，使得由数显自准测角仪4发出且入射五棱镜一5上的光通过五棱镜一5偏转90°能够入射到大口径平面反射镜2，并经五棱镜一5原路返回至数显自准测角仪4且像成在自准直仪光轴上，此时数显自准测角仪4的光轴方向垂直于平行光管光轴方向。
S4.2、调整五棱镜二6，使得数显自准测角仪4发出且入射到五棱镜二6的光束能够经平行光管离轴主镜1.1反射到折转平面镜1.2，经折转平面镜1.2反射后入射到平行光管的目标靶板1.4上，且目标靶板1.4反射经由折转平面镜1.2反射后入射到其上的光束。
S4.3、粗调目标靶板1.4的角度
调整目标靶板1.4的角度，使经数显自准测角仪4发出并入射到目标靶板1.4上的光束原路返回，也就是使折转平面镜1.2反射至目标靶板1.4的光束，先被目标靶板1.4反射，然后依次经折转平面镜1.2反射、平行光管离轴主镜1.1反射、五棱镜二6改变90°方向后成像在数显自准测角仪4上，
S4.4、精调目标靶板1.4的角度
观测数显自准测角仪4接收到的目标靶板1.4反射的图像并继续调试目标靶板1.4的角度，精调目标靶板1.4角度，直至目标靶板1.4反射的到图像数显自准测角仪4上的光束成像在数显自准测角仪4光轴上，此时目标靶板1.4调试完成，停止调试目标靶板1.4，此时完成大口径离轴反射式真空平行光管光轴确定与焦面位置目标靶板1.4调试，标定完成。
实现上述标定方法的标定装置包括：大口径平面反射镜2、干涉仪3、五棱镜一5、五棱镜二6、带有光源的数显自准测角仪4。S1和S2中采用标定装置的干涉仪3和大口径平面反射镜2，而五棱镜一5、五棱镜二6和带有光源的数显自准测角仪4处于不安装、不使用的状态。在S3和S4中采用标定装置的大口径平面反射镜2、五棱镜一5、五棱镜二6、带有光源的数显自准测角仪4，此时将干涉仪3拆卸，干涉仪3处于不安装、不使用的状态。
本发明不是采用在平行光管离轴主镜1.1边缘另设基准镜，而是直接采用平行光管离轴主镜1.1作为基准镜，平行光管离轴主镜1.1确定的基准光轴的精度大于边缘另设基准镜确定的基准光轴，基准光轴的标定精度直接影响靶面调试的精度，本发明通过全新思路设计的标定方法的标定精度相对于现有技术做到了精度的突破。同时通过本发明的标定方法，大幅简化了标定的工作量，不再需要前期的加工和调基准，只需要用户场地装调，且在用户场地装调时操作简单快捷。本发明为大口径离轴反射式平行光管的光轴确定提供了精确、快捷的确定方法和装置，既能为大口径离轴反射式真空平行光管的装调提供基准，又能实时监测大口径离轴反射式真空平行光管靶面位置的变化，随时调整，并在目标靶板1.4更换时随时调试目标靶板1.4位置，调试方式简单。标定中所使用的装置装调方便。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将大口径平面反射镜(2)对应平行光管离轴主镜(1.1)摆放，将干涉仪(3)对应平行光管的折转平面镜(1.2)摆放，且干涉仪(3)位于平行光管的焦面(1.3)上或是干涉仪(3)出射光束的N次像面位于平行光管的焦面(1.3)上，干涉仪(3)发光处和折转平面镜(1.2)之间设有球面标准镜，干涉仪(3)发出的光经球面标准镜变为标准球面波后能够依次折转平面镜(1.2)反射、平行光管离轴主镜(1.1)反射、大口径平面反射镜(2)反射、平行光管离轴主镜(1.1)反射、折转平面镜(1.2)反射、球面标准镜透射后入射到干涉仪(3)上，N为正整数；
S2、基于干涉仪(3)上干涉图调试平行光管直至平行光管调试到位，则平行光管调试完成；
S3、移除干涉仪(3)和球面标准镜，在平行光管离轴主镜(1.1)和大口径平面反射镜(2)之间设置五棱镜一(5)和五棱镜二(6)，五棱镜一(5)的出光面对应大口径平面反射镜(2)，五棱镜二(6)的出光面对应平行光管离轴主镜(1.1)，对应五棱镜一(5)的入光面和五棱镜二(6)的入光面设置带有光源的数显自准测角仪(4)，在平行光管焦面处设置平行光管的目标靶板(1.4)；
S4、调试数显自准测角仪(4)和目标靶板(1.4)直至目标靶板(1.4)调试完成，则标定完成。
2.如权利要求1所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述S2具体过程为：
S2.1、通过观测干涉仪(3)上干涉图、同时调整大口径平面反射镜(2)和调试平行光管，直至平行光管调试到位；
S2.2、对平行光管抽真空，抽真空完成后，通过观测干涉仪(3)上干涉图、同时调整大口径平面反射镜(2)和调试平行光管，直至平行光管调试到位，则平行光管调试完成。
3.如权利要求2所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述S2.1在常温、常压下完成。
4.如权利要求2所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述S2.1和S2.2中，所述平行光管调试到位为平行光管无慧差、无像散、无球差、无离焦。
5.如权利要求1所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述S4为：基于五棱镜一(5)和大口径平面反射镜(2)调整数显自准测角仪(4)的角度使数显自准测角仪(4)光轴垂直于平行光管，基于数显自准测角仪(4)、五棱镜二(6)、平行光管离轴主镜(1.1)和折转平面镜(1.2)调试目标靶板(1.4)直至目标靶板(1.4)调试完成，则标定完成。
6.如权利要求1所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述S4具体过程为：
S4.1、通过调整数显自准测角仪(4)的角度，实现数显自准测角仪(4)发出且入射五棱镜一(5)上的光能够依次经大口径平面反射镜(2)反射、五棱镜一(5)反射至数显自准测角仪(4)且像成在自准直仪光轴上；
S4.2、通过调整五棱镜二(6)，实现数显自准测角仪(4)发出且入射到五棱镜二(6)的光束能够依次经由平行光管离轴主镜(1.1)反射和折转平面镜(1.2)反射后入射到目标靶板(1.4)上；
S4.3、调整目标靶板(1.4)的角度，实现入射到目标靶板(1.4)上的光束依次经目标靶板(1.4)反射、折转平面镜(1.2)反射、平行光管离轴主镜(1.1)反射、五棱镜二(6)反射后成像在数显自准测角仪(4)上；
S4.4、观测数显自准测角仪(4)的图像并调试目标靶板(1.4)的角度，直至数显自准测角仪(4)上的图像位于数显自准测角仪(4)光轴上，则目标靶板(1.4)调试完成，平行光管光轴标定完成。
7.如权利要求1所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述S3中目标靶板(1.4)能够反射由数显自准测角仪(4)发出且经折转平面镜(1.2)反射后入射到其上的光束。
8.如权利要求7所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述目标靶板(1.4)镀有半反半透膜。
9.如权利要求1所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法，其特征在于，所述干涉仪(3)经过球面标准镜发出的标准球面波前的汇聚点与平行光管的焦面1.3共面。
10.实现如权利要求1至9中任意一项所述的大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法的标定装置，其特征在于，所述标定装置包括大口径平面反射镜(2)、干涉仪(3)、五棱镜一(5)、五棱镜二(6)和带有光源的数显自准测角仪(4)，在实现所述S1和S2的过程中，所述干涉仪(3)发出的光能够依次经过折转平面镜(1.2)反射、平行光管离轴主镜(1.1)反射、大口径平面反射镜(2)反射、平行光管离轴主镜(1.1)反射、折转平面镜(1.2)反射后入射到干涉仪(3)上；在实现所述S4的过程中，数显自准测角仪(4)发出的光能照射到五棱镜一(5)和五棱镜二(6)上，数显自准测角仪(4)发出且入射五棱镜一(5)上的光能够依次经大口径平面反射镜(2)反射、五棱镜一(5)反射至数显自准测角仪(4)且像成在自准直仪上；数显自准测角仪(4)发出且入射到五棱镜二(6)的光束能够依次经由平行光管离轴主镜(1.1)反射、折转平面镜(1.2)反射、目标靶板(1.4)反射、折转平面镜(1.2)反射、平行光管离轴主镜(1.1)反射、五棱镜二(6)反射后成像在数显自准测角仪(4)上。
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