[發明專利]一種確定非球面反射鏡光軸的系統及方法

有效

• 申請號: 201210080148.1
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102607811A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 付興;張建;李志勇;劉軍鵬;杜琛;韓娟;李華
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 張倩

技術領域

本發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1所示軸對稱非球面反射鏡的結構示意圖，其中OO′為非球面反射鏡的光軸，KK′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KK′與非球面反射鏡的光軸OO′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。現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CCD相機接收軸上焦點像F1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，本發明提供一種確定非球面反射鏡光軸的系統及方法。

本發明的技術解決方案：

一種確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態調整工裝、鏡框、發光源、第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀、CCD相機以及PC機，

所述發光源設置在非球面反射鏡的已知焦點處，

所述姿態調整工裝設置在機械旋轉軸上，

所述鏡框設置在姿態調整工裝的一端，

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光源從非球面反射鏡的已知焦點處發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。

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：

1】組裝權利要求1所述的確定非球面反射鏡光軸的系統，包括機械旋轉軸、姿態調整工裝、鏡框、發光源、第一內調焦定心儀、第二內調焦定心儀、CCD相機以及PC機，

發光源設置在待確定非球面反射鏡的已知焦點處，姿態調整工裝設置在機械旋轉軸上，鏡框設置在姿態調整工裝的一端，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光源從非球面反射鏡的已知焦點發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光源發光，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CCD相機顯示在PC機上；

5】調整姿態調整工裝，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為劃小圓甚至接近靜止不動，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，所述發光源為點光源。

本發明所具有的優點：