專利名稱：一種確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)定心領(lǐng)域，尤其涉及一種確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)于非球面反射鏡而言，非球面的對(duì)稱軸即非球面反射鏡的光軸，如圖I所示軸對(duì)稱非球面反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，其中00'為非球面反射鏡的光軸，Kr為機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸。在裝調(diào)過(guò)程中，由于人為或客觀條件等因素的影響，機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸Kr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(xué)系統(tǒng)中的一部分，則系統(tǒng)的光軸與非球面反射鏡的光軸的不重合會(huì)導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量降低。所以非球面反射鏡光軸的確定是非球面應(yīng)用中重要的問題?，F(xiàn)有的確定非球面反射鏡光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)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(nèi)調(diào)焦定心儀5尋找控制非球面反·射鏡的近似球心的跳動(dòng)量，再利用千分表4控制其的外圓與端面的跳動(dòng)，保證光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的重合精度。這種方法的缺點(diǎn)1、此方法采用千分表接觸式測(cè)量，操作過(guò)程容易劃傷反射鏡鍍膜面；2、多次調(diào)整非球面反射鏡姿態(tài)時(shí)，接觸式測(cè)量的復(fù)位精度無(wú)法保證，造成累積誤差。第二種方法如圖3所示，通過(guò)平行光管7尋找非球面反射鏡的軸上焦點(diǎn)和軸外焦點(diǎn)，采用CXD相機(jī)接收軸上焦點(diǎn)像Fl和軸外焦點(diǎn)像F2并通過(guò)PC機(jī)觀察，控制焦點(diǎn)像跳動(dòng)量保證光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的重合精度。這種方法的缺點(diǎn)1、系統(tǒng)搭建比較復(fù)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(diǎn)所成的實(shí)像像差隨著視場(chǎng)角的增大而増大，無(wú)法在CCD上獲得滿意的圖像(像散像差非常大)，控制像點(diǎn)跳動(dòng)非常困難，勉強(qiáng)操作得到的定軸精度根本無(wú)法得到保證。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有確定非球面反射鏡光軸精度低、搭建系統(tǒng)復(fù)雜、鏡面保護(hù)等問題，本實(shí)用新型提供一種確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案—種確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)，包括機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸、姿態(tài)調(diào)整エ裝、鏡框、發(fā)光源、第一內(nèi)調(diào)焦定心儀、第二內(nèi)調(diào)焦定心儀、CXD相機(jī)以及PC機(jī)，所述發(fā)光源設(shè)置在非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處， 所述姿態(tài)調(diào)整エ裝設(shè)置在機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上，所述鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整エ裝的一端，所述第一內(nèi)調(diào)焦定心儀設(shè)置在大于非球面反射鏡半徑的位置，進(jìn)行調(diào)焦使定心儀焦點(diǎn)與非球面反射鏡近似球心像重合，所述第二內(nèi)調(diào)焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處發(fā)光經(jīng)非球面反射后的光路上，[0015]所述CXD相機(jī)接收第一內(nèi)調(diào)焦定心儀和第二內(nèi)調(diào)焦定心儀的像點(diǎn)，所述CXD相機(jī)的另一端與PC機(jī)連接。一種基于上述系統(tǒng)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(quán)利要求I所述的確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)，包括機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸、姿態(tài)調(diào)整エ裝、鏡框、發(fā)光源、第一內(nèi)調(diào)焦定心儀、第二內(nèi)調(diào)焦定心儀、CXD相機(jī)以及PC機(jī)，發(fā)光源設(shè)置在待確定非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處，姿態(tài)調(diào)整エ裝設(shè)置在機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上，鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整エ裝的一端，將待確定非球面反射鏡裝在鏡框里，所述第一內(nèi)調(diào)焦定心儀設(shè)置在大于非球面反射鏡半徑的位置，進(jìn)行調(diào)焦使定心儀焦點(diǎn)與非球面反射鏡近 似球心像重合，第二內(nèi)調(diào)焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)發(fā)光經(jīng)非球面反射后的光路上，CCD相機(jī)接收第一內(nèi)調(diào)焦定心儀和第二內(nèi)調(diào)焦定心儀的像點(diǎn)，CCD相機(jī)的另一端與PC機(jī)連接；2采用自準(zhǔn)直法確定非球面反射鏡的近似球心，通過(guò)第一內(nèi)調(diào)焦定心儀調(diào)焦后接收近似球心的像得到近似球心像；3讓設(shè)置在非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處的發(fā)光源發(fā)光，經(jīng)非球面鏡匯聚于一點(diǎn)即為軸上焦點(diǎn)，通過(guò)第二內(nèi)調(diào)焦定心儀接收軸上焦點(diǎn)的像得到軸上焦點(diǎn)像；4將步驟2、步驟3找到的近似球心像和軸上焦點(diǎn)像通過(guò)CXD相機(jī)顯示在PC機(jī)上；5調(diào)整姿態(tài)調(diào)整エ裝，并觀察PC機(jī)上的近似球心像和軸上焦點(diǎn)像，直至近似球心像和軸上焦點(diǎn)像的運(yùn)動(dòng)軌跡由劃大圓逐漸變?yōu)閯澬A甚至接近靜止不動(dòng)，此時(shí)非球面反射鏡的光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸近似重合，機(jī)械旋轉(zhuǎn)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(shí)，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(shí)，所述發(fā)光源為點(diǎn)光源。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型完全采用光學(xué)非接觸式測(cè)量方式，尋找非球面反射鏡的近似球心像和軸上焦點(diǎn)像，通過(guò)姿態(tài)調(diào)整エ裝改變反射鏡空間姿態(tài)，控制兩像點(diǎn)在內(nèi)調(diào)焦定心儀內(nèi)的跳動(dòng)量，保證光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的重合精度。

圖I非球面反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中ー種確定非球面反射鏡與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸重合的系統(tǒng)不意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中另一種確定非球面反射鏡與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸重合的系統(tǒng)示意圖；圖4為實(shí)用新型一種實(shí)施例示意圖；圖5為本實(shí)用新型另ー種實(shí)施例示意圖；圖6為姿態(tài)調(diào)整エ裝的結(jié)構(gòu)示意圖；其中附圖標(biāo)記為I-機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸，2-姿態(tài)調(diào)整エ裝，3-非球面反射鏡，4-千分表，5-內(nèi)調(diào)焦定心儀，6-半透半反鏡，7-平行光管，8-CXD相機(jī)，9-PC機(jī)，11-第一內(nèi)調(diào)焦定心儀,12-第二內(nèi)調(diào)焦定心儀，0'-近似球心，F(xiàn)'-軸上焦點(diǎn)，F(xiàn)l-軸上焦點(diǎn)像，F(xiàn)2-軸外焦點(diǎn)像，F(xiàn)3-軸上焦點(diǎn)，F(xiàn)4-已知焦點(diǎn)，24-過(guò)渡法蘭盤，25-傾斜調(diào)整螺釘，26-平移調(diào)整螺釘，27-通孔，28-車床主軸連接螺釘，211-傾斜調(diào)整環(huán)，212-平移調(diào)整環(huán)。
具體實(shí)施方式
如圖4所示，確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)，非球面反射鏡的截面為拋物面，包括機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸I、姿態(tài)調(diào)整エ裝2、鏡框、發(fā)光源、第一內(nèi)調(diào)焦定心儀11、第二內(nèi)調(diào)焦定心儀12、CCD相機(jī)8以及PC機(jī)9，發(fā)光源設(shè)置在非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)(無(wú)窮遠(yuǎn))處，發(fā)光源為平行光管。姿態(tài)調(diào)整エ裝2設(shè)置在機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上，鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整エ裝的一端，第一內(nèi)調(diào)焦定心儀設(shè)置在待確定非球面反射鏡的大于半徑的位置，進(jìn)行調(diào)焦使定心儀焦點(diǎn)與非球面反射鏡近似球心像重合， 第二內(nèi)調(diào)焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處發(fā)光經(jīng)非球面反射后的光路上，CXD相機(jī)接收第一內(nèi)調(diào)焦定心儀和第二內(nèi)調(diào)焦定心儀的像點(diǎn)，CXD相機(jī)的另一端與PC機(jī)連接。如圖5所示,確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng),非球面反射鏡的截面為橢圓面,包括機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸I、姿態(tài)調(diào)整エ裝2、鏡框、發(fā)光源、第一內(nèi)調(diào)焦定心儀11、第二內(nèi)調(diào)焦定心儀12、CCD相機(jī)8以及PC機(jī)9，發(fā)光源設(shè)置在非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)F4處，發(fā)光源為點(diǎn)光源。姿態(tài)調(diào)整エ裝2設(shè)置在機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上，鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整エ裝的一端，第一內(nèi)調(diào)焦定心儀設(shè)置在待確定非球面反射鏡的大于半徑的位置，進(jìn)行調(diào)焦使定心儀焦點(diǎn)與非球面反射鏡近 似球心像重合，第二內(nèi)調(diào)焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處發(fā)光經(jīng)非球面反射后的光路上，CCD相機(jī)接收第一內(nèi)調(diào)焦定心儀和第二內(nèi)調(diào)焦定心儀的像點(diǎn)，CCD相機(jī)的另一端與PC機(jī)連接。姿態(tài)調(diào)整エ裝結(jié)構(gòu)參見圖6，包括可固定非球面反射鏡的過(guò)渡法蘭盤、安裝在過(guò)渡法蘭盤后端面的傾斜調(diào)整環(huán)、安裝在傾斜調(diào)整環(huán)后端面的平移調(diào)整環(huán)，過(guò)渡法蘭盤和傾斜調(diào)整環(huán)之間設(shè)置有四個(gè)圓周均布的傾斜調(diào)整螺釘，傾斜調(diào)整環(huán)和平移調(diào)整環(huán)之間設(shè)置有四個(gè)圓周均布的平移調(diào)整螺釘，平移調(diào)整環(huán)和機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸連接；過(guò)渡法蘭盤、傾斜調(diào)整環(huán)以及平移調(diào)整環(huán)的回轉(zhuǎn)中心設(shè)置有通孔。通過(guò)微量調(diào)節(jié)傾斜調(diào)整螺釘和平移調(diào)整螺釘，就可以調(diào)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(tǒng)，包括機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸、姿態(tài)調(diào)整エ裝、鏡框、發(fā)光源、第一內(nèi)調(diào)焦定心儀、第二內(nèi)調(diào)焦定心儀、CXD相機(jī)以及PC機(jī)，發(fā)光源設(shè)置在待確定非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處，姿態(tài)調(diào)整エ裝設(shè)置在機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上，鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整エ裝的一端，將待確定非球面反射鏡裝在鏡框里，第一內(nèi)調(diào)焦定心儀設(shè)置在大于待確定非球面反射鏡半徑的位置，進(jìn)行調(diào)焦使定心儀焦點(diǎn)與非球面反射鏡近似球心像重合，第二內(nèi)調(diào)焦定心儀位于從非球面反射鏡的已知ー個(gè)焦點(diǎn)發(fā)光經(jīng)非球面反射后的光路上，CCD相機(jī)接收第一內(nèi)調(diào)焦定心儀和第二內(nèi)調(diào)焦定心儀的像點(diǎn)，CCD相機(jī)的另一端與PC機(jī)連接；[0046]2采用自準(zhǔn)直法確定非球面反射鏡的近似球心0'，通過(guò)第一內(nèi)調(diào)焦定心儀接收近似球心的像得到近似球心像；3讓設(shè)置在待確定非球面反射鏡的已知ー個(gè)焦點(diǎn)處的發(fā)光源發(fā)光，經(jīng)非球面鏡匯聚于一點(diǎn)即為 軸上焦點(diǎn)F',通過(guò)第二內(nèi)調(diào)焦定心儀接收軸上焦點(diǎn)的像得到軸上焦點(diǎn)像；4將步驟2、步驟3找到的近似球心像和軸上焦點(diǎn)像通過(guò)CXD相機(jī)顯示在PC機(jī)上；5調(diào)整姿態(tài)調(diào)整エ裝，并觀察PC機(jī)上的近似球心像和軸上焦點(diǎn)像，直至近似球心像和軸上焦點(diǎn)像的運(yùn)動(dòng)軌跡成小圓，此時(shí)機(jī)械旋轉(zhuǎn)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(shí)，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(shí)，所述發(fā)光源為點(diǎn)光源。實(shí)施例非球面反射鏡的截面為橢圓面時(shí)，發(fā)光源為點(diǎn)光源I、采用自準(zhǔn)直法確定非球面反射鏡的近似球心像；通過(guò)第一內(nèi)調(diào)焦定心儀發(fā)光經(jīng)非球面反射鏡反射匯聚于一點(diǎn)即為近似球心，再被第一內(nèi)調(diào)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(shí)，發(fā)光源為點(diǎn)光源，如圖5所示，也可以用第一內(nèi)調(diào)焦定心儀充當(dāng)發(fā)光源，移動(dòng)第一定心儀到橢球面非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)Fl處，發(fā)出光線經(jīng)過(guò)非球面反射鏡匯聚到軸上焦點(diǎn)F2處；3、用第二內(nèi)調(diào)焦定心儀接收軸上焦點(diǎn)F2的像成軸上焦點(diǎn)像；4、通過(guò)與第一內(nèi)調(diào)焦定心儀和第二內(nèi)調(diào)焦定心儀連接的CXD相機(jī)將近似球心像和軸上焦點(diǎn)像采集到PC機(jī)上，觀察兩像點(diǎn)的畫圓量，調(diào)節(jié)姿態(tài)調(diào)整エ裝，至近似球心像和軸上焦點(diǎn)像的運(yùn)動(dòng)軌跡成小圓(直至像點(diǎn)畫圓量減小不動(dòng))，調(diào)整完畢，此時(shí)機(jī)械旋轉(zhuǎn)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吋，發(fā)光源為平行光發(fā)光源I、采用自準(zhǔn)直法確定非球面反射鏡的近似球心像；通過(guò)第一內(nèi)調(diào)焦定心儀發(fā)光經(jīng)非球面反射鏡反射匯聚于一點(diǎn)即為近似球心，再被第一內(nèi)調(diào)焦定心儀接收形成近似球心像。2、截面為拋物面，已知焦點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)處，采用平行光，如圖4所示，讓設(shè)置在待確定非球面反射鏡的已知ー個(gè)焦點(diǎn)(焦點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn))處的發(fā)光源發(fā)光，平行光管照射到非球面反射鏡上，經(jīng)非球面鏡匯聚于一點(diǎn)即為軸上焦點(diǎn)，通過(guò)第二內(nèi)調(diào)焦定心儀接收軸上焦點(diǎn)的像得到軸上焦點(diǎn)像； 3將近似球心像和軸上焦點(diǎn)像通過(guò)CXD相機(jī)顯示在PC機(jī)上；4調(diào)整姿態(tài)調(diào)整エ裝，并觀察PC機(jī)上的近似球心像和軸上焦點(diǎn)像，直至近似球心像和軸上焦點(diǎn)像的運(yùn)動(dòng)軌跡成小圓，此時(shí)機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的位置與非球面反射鏡的光軸重合。調(diào)整非球面反射鏡實(shí)質(zhì)是通過(guò)鏡框調(diào)整，非球面反射鏡放置在鏡框里，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講為公知嘗試，所以就本實(shí)用新型就說(shuō)明調(diào)節(jié)反球面反射鏡。
權(quán)利要求1.一種確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)，包括機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸、姿態(tài)調(diào)整工裝、鏡框、發(fā)光源、第一內(nèi)調(diào)焦定心儀、第二內(nèi)調(diào)焦定心儀、CXD相機(jī)以及PC機(jī)， 所述發(fā)光源設(shè)置在非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處， 所述姿態(tài)調(diào)整工裝設(shè)置在機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上， 所述鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整工裝的一端， 所述第一內(nèi)調(diào)焦定心儀設(shè)置在大于非球面反射鏡半徑的位置，進(jìn)行調(diào)焦使定心儀焦點(diǎn)與非球面反射鏡近似球心像重合， 所述第二內(nèi)調(diào)焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處發(fā)光經(jīng)非球面反射后的光路上， 所述CCD相機(jī)接收第一內(nèi)調(diào)焦定心儀和第二內(nèi)調(diào)焦定心儀的像點(diǎn)，所述CCD相機(jī)的另一端與PC機(jī)連接。
專利摘要一種確定非球面反射鏡光軸的系統(tǒng)，包括機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸、姿態(tài)調(diào)整工裝、鏡框、發(fā)光源、第一內(nèi)調(diào)焦定心儀、第二內(nèi)調(diào)焦定心儀，發(fā)光源設(shè)置在非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處，姿態(tài)調(diào)整工裝設(shè)置在機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上，鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整工裝的一端，第一內(nèi)調(diào)焦定心儀設(shè)置在大于非球面反射鏡半徑的位置，第二內(nèi)調(diào)焦定心儀位于發(fā)光源從非球面反射鏡的已知焦點(diǎn)處發(fā)光經(jīng)非球面反射后的光路上。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有確定非球面反射鏡光軸精度低、搭建系統(tǒng)復(fù)雜、鏡面保護(hù)等問題，完全采用光學(xué)非接觸式測(cè)量方式，尋找非球面反射鏡的近似球心像和軸上焦點(diǎn)像，通過(guò)姿態(tài)調(diào)整工裝改變反射鏡空間姿態(tài)，控制兩像點(diǎn)在內(nèi)調(diào)焦定心儀內(nèi)的跳動(dòng)量，保證光軸與機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸的重合精度。
文檔編號(hào)G01M11/02GK202522396SQ20122011442
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所