專利名稱：可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種可解決小視場(chǎng)鏡頭在波像差檢測(cè)過(guò)程中遇到的光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著航天、航空事業(yè)的不斷發(fā)展，小視場(chǎng)鏡頭以其高分辨率廣泛應(yīng)用于以上領(lǐng)域。 光學(xué)系統(tǒng)波像差是表征鏡頭成像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它與光學(xué)系統(tǒng)的焦距、相對(duì)孔徑等性能參數(shù)無(wú)關(guān)，但與其他像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)如中心點(diǎn)亮度、光學(xué)傳遞函數(shù)等有密切關(guān)系，可以準(zhǔn)確反映出整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能。在大多數(shù)鏡頭的波像差檢測(cè)工作中，許多結(jié)果都是以干涉條紋的分布形式記錄下來(lái)，通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行分析來(lái)獲得所需信息，因此如何快速并準(zhǔn)確地得到干涉條紋是整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的關(guān)鍵。小視場(chǎng)鏡頭由于視場(chǎng)角小，其面形數(shù)據(jù)更易受到鏡頭相對(duì)于檢測(cè)儀器的調(diào)整精度的影響，通常從對(duì)面形干涉條紋的表現(xiàn)形式進(jìn)行人工判斷，其結(jié)果隨機(jī)性極強(qiáng)，并在條紋不規(guī)則情況下變得復(fù)雜，對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求很高，導(dǎo)致小視場(chǎng)鏡頭波像差的準(zhǔn)確檢測(cè)很難控制，檢測(cè)效率低，可操作性及重復(fù)性差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)精度高，檢測(cè)周期短以及可重復(fù)性好的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)，其特殊之處在于所述可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)包括激光干涉儀、五棱鏡、自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀、平面反射鏡以及與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭共光軸的光軸指向工裝；所述激光干涉儀、五棱鏡、光軸指向工裝以及平面反射鏡依次設(shè)置于同一光路上；所述五棱鏡設(shè)置于自準(zhǔn)經(jīng)緯儀的出射光路上。上述可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)還包括與激光干涉儀連接的計(jì)算機(jī)。上述自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6的自準(zhǔn)精度為0. 5”?！N可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的方法，其特殊之處在于所述方法包括以下步驟1)調(diào)整自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀并實(shí)現(xiàn)與平面反射鏡的自準(zhǔn)直；2)在沒(méi)有待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的情況下，調(diào)整激光干涉儀，實(shí)現(xiàn)激光干涉儀出射光束光軸與平面反射鏡的法線平行；4)在有待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的情況下，調(diào)整待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的空間位置，實(shí)現(xiàn)光軸指向工裝在自準(zhǔn)經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)。 上述方法在步驟2、和步驟4)直接還包括
3)復(fù)檢平面反射鏡與自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)。
上述步驟1)的具體實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)自準(zhǔn)經(jīng)緯儀觀察其發(fā)出的光束經(jīng)五棱鏡轉(zhuǎn)折并經(jīng)平面反射鏡反射后的自準(zhǔn)像，調(diào)節(jié)平面反射鏡使平面反射鏡的自準(zhǔn)像與經(jīng)緯儀十字線重合。上述步驟2、的具體實(shí)現(xiàn)方式是在沒(méi)有待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的情況下，打開(kāi)激光干涉儀，不加標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，激光干涉儀出射平行光，并移去五棱鏡，調(diào)節(jié)激光干涉儀使其發(fā)出的激光光束與其經(jīng)平面反射鏡反射的光束重合。上述步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方式是4. 1)將待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭固定在光軸指向工裝上；4. 2)將光軸指向工裝放置在五棱鏡與平面反射鏡之間；4. 3)調(diào)整待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭使光軸指向工裝的反射平面在經(jīng)緯儀中自準(zhǔn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明基于干涉儀檢測(cè)波像差原理，從自準(zhǔn)直測(cè)量原理出發(fā)，提出一種基于自準(zhǔn)直原理的波像差檢測(cè)系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通過(guò)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀分別與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭光軸指向工裝以及平面反射鏡的自準(zhǔn)直保證了待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭光軸與平面反射鏡的垂直性，再通過(guò)干涉儀與平面反射鏡的自準(zhǔn)直保證了干涉儀光軸與平面反射鏡的垂直性，從而實(shí)現(xiàn)了干涉儀、待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭以及平面反射鏡的光軸一致性。同時(shí)，自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀用來(lái)觀察系統(tǒng)光路中的自準(zhǔn)像，由于波像差對(duì)系統(tǒng)光軸一致性非常敏感，因此要求自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)精度為0. 5”，從而實(shí)現(xiàn)光軸的高精度定位。第三，本發(fā)明采用五棱鏡進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折，從而可以方便地觀察待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭以及平面反射鏡的自準(zhǔn)直情況。第四，本發(fā)明采用光軸指向工裝的光軸可以用來(lái)代替待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的光軸，定心加工的精度為μ m數(shù)量級(jí)，因此光軸替代精度可以達(dá)到角秒級(jí)，可以精確地標(biāo)定待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的光軸指向。本發(fā)明將不可見(jiàn)的系統(tǒng)光軸通過(guò)自準(zhǔn)直光路進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)鏡頭特別是小視場(chǎng)光學(xué)鏡頭波像差的快速、高精度檢測(cè)，可操作性強(qiáng)，檢測(cè)精度高，檢測(cè)周期短，可重復(fù)性好；此外，對(duì)于批量生產(chǎn)的光學(xué)鏡頭以及需要多次裝配調(diào)整的光學(xué)鏡頭，可大大提高波像差的檢測(cè)效率，具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所采用的光軸指向工裝的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-激光干涉儀，2-五棱鏡，3-待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭，4-光軸指向工裝，5-平面反射鏡，6-自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀，7-計(jì)算機(jī)；A-工裝鏡框內(nèi)圓尺寸，B-定心加工的切斷面。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供了一種可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)，該系統(tǒng)有三條自準(zhǔn)直光路，分別為自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6與光軸指向工裝4中的平板玻璃組成的自準(zhǔn)直光路、自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6與平面反射鏡5組成的自準(zhǔn)直光路、以及激光干涉儀1與平面反射鏡5組成的自準(zhǔn)直光路。通過(guò)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6分別與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭光軸指向工裝 4以及平面反射鏡5的自準(zhǔn)直保證了待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的光軸與平面反射鏡5的垂直性，再通過(guò)激光干涉儀1與平面反射鏡5的自準(zhǔn)直保證了激光干涉儀出射光束光軸與平面反射鏡 5的垂直性，從而實(shí)現(xiàn)了激光干涉儀1、待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3以及平面反射鏡5的光軸一致性。自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6用來(lái)觀察系統(tǒng)光路中的自準(zhǔn)像，由于波像差對(duì)系統(tǒng)光軸一致性非常敏感，因此要求自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6的自準(zhǔn)精度為0. 5”，從而實(shí)現(xiàn)光軸的高精度定位。對(duì)于焦距較短的光學(xué)鏡頭，激光干涉儀1與鏡頭之間的距離較短，檢測(cè)系統(tǒng)光路比較緊湊。如果將自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6放在激光干涉儀與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3之間，操作空間較小甚至無(wú)操作空間，因此加入五棱鏡2進(jìn)行光路轉(zhuǎn)折，從而可以方便地觀察待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3 以及平面反射鏡5的自準(zhǔn)直情況。為了精確地標(biāo)定待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的光軸指向，設(shè)計(jì)了光軸指向工裝4。光軸指向工裝4是一個(gè)經(jīng)過(guò)光學(xué)定心加工的平板玻璃，其結(jié)構(gòu)示意圖參見(jiàn)圖2所示。A表示工裝鏡框內(nèi)圓尺寸，B面為定心加工的切斷面。通過(guò)光學(xué)定心加工可以保證平板玻璃的光軸與其鏡框內(nèi)圓機(jī)械軸同軸，且鏡框內(nèi)圓周尺寸與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3鏡框的外圓周尺寸緊配合。另外， 為了保證待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的外圓機(jī)械軸與其光軸重合，通過(guò)光學(xué)定心的原理在定心車(chē)床上找到鏡頭的光軸位置，然后用車(chē)削工具輕加工鏡框外圓，從而保證了外圓機(jī)械軸與鏡頭光軸的同軸性。根據(jù)傳遞原則，光軸指向工裝4的光軸可以用來(lái)代替待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的光軸，定心加工的精度為μ m數(shù)量級(jí)，因此光軸替代精度可以達(dá)到角秒級(jí)，可以精確地標(biāo)定待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的光軸指向。本發(fā)明在具體使用時(shí)，首先將激光干涉儀1放置在五維調(diào)整臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)前后平移、左右平移、上下平移以及左右、上下偏擺；平面反射鏡5可以實(shí)現(xiàn)上下、左右偏擺，并使平面反射鏡5 口徑包含激光干涉儀1發(fā)出的激光光束，最好大于待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的通光口徑，且面形精度優(yōu)于待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3兩倍以上；在激光干涉儀1和平面反射鏡5中間放置五棱鏡2，可將光束轉(zhuǎn)折90°，其出射端高度與平面反射鏡5等高；在五棱鏡2的入射端放置自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6，其高度與五棱鏡2等高，調(diào)整自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6與大地水平，通過(guò)自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6觀察其發(fā)出的光束經(jīng)五棱鏡2轉(zhuǎn)折并經(jīng)平面反射鏡5反射后的自準(zhǔn)像，調(diào)節(jié)平面反射鏡5使其自準(zhǔn)像與自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀6十字線重合，從而保證了平面反射鏡5法線與大地水平；打開(kāi)激光干涉儀1，不加標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，此時(shí)激光干涉儀1出射平行光，移去五棱鏡2，調(diào)節(jié)激光干涉儀1使得其發(fā)出的激光與其經(jīng)平面反射鏡5反射的光束重合，從而保證了激光干涉儀1出射光束光軸與平面反射鏡5法線平行；調(diào)整鏡頭光軸方向與激光干涉儀1出射光束光軸及平面反射鏡5法線均平行；重新放入五棱鏡2，復(fù)檢平面反射鏡5在自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀 6中的自準(zhǔn)情況；將待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3固定在五維調(diào)整架上，并放置在五棱鏡3與平面反射鏡5之間，其高度與整個(gè)系統(tǒng)光路高度一致，調(diào)整鏡頭使其工裝反射平面在自準(zhǔn)經(jīng)緯儀6中自準(zhǔn)，從而保證了鏡頭光軸方向與激光干涉儀1光軸及平面反射鏡5法線均平行，從而避免了小鏡頭光軸偏斜造成系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果中慧差過(guò)大，可以快速有效地檢測(cè)鏡頭參數(shù)，重復(fù)性好。在待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3外圓處設(shè)計(jì)一個(gè)光軸指向工裝4，具體是一個(gè)經(jīng)過(guò)光學(xué)對(duì)心加工的平面鏡，其光軸與其內(nèi)圓機(jī)械軸同軸；保證指向工裝的內(nèi)圓尺寸與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的外圓尺寸配合間隙合理，具體間隙參照待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的外圓尺寸給出；根據(jù)光軸傳遞原理，從而可以保證光軸指向工裝的光軸與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭光軸重合。將五棱鏡2從光路中移走； 將標(biāo)準(zhǔn)鏡頭裝在激光干涉儀1上，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的F數(shù)要與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的F數(shù)匹配，即標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的F數(shù)要小于待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的F數(shù)；通過(guò)前后、左右平移激光干涉儀1，使得測(cè)試干涉條紋盡可能少并且平整、豎直，干涉條紋測(cè)試結(jié)果可在計(jì)算機(jī)7顯示器中顯示，并可通過(guò)激光干涉儀1配置的測(cè)量軟件測(cè)量出待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭3的PV值及RMS值。
權(quán)利要求
1.一種可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)，其特征在于所述可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)包括激光干涉儀、五棱鏡、自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀、 平面反射鏡以及與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭共光軸的光軸指向工裝；所述激光干涉儀、五棱鏡、光軸指向工裝以及平面反射鏡依次設(shè)置于同一光路上；所述五棱鏡設(shè)置于自準(zhǔn)經(jīng)緯儀的出射光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)，其特征在于所述可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)還包括與激光干涉儀連接的計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)， 其特征在于所述自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)精度為0. 5”。
4.一種基于權(quán)利要求1或2或3所述的系統(tǒng)的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)調(diào)整自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀并實(shí)現(xiàn)與平面反射鏡的自準(zhǔn)直；(2)在沒(méi)有待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的情況下，調(diào)整激光干涉儀，實(shí)現(xiàn)激光干涉儀出射光束光軸與平面反射鏡的法線平行；(4)在有待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的情況下，調(diào)整待測(cè)鏡頭的空間位置，實(shí)現(xiàn)光軸指向工裝在自準(zhǔn)經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的方法，其特征在于所述方法在步驟2~)和步驟4)直接還包括3)復(fù)檢平面反射鏡與自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的方法， 其特征在于所述步驟1)的具體實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)自準(zhǔn)經(jīng)緯儀觀察其發(fā)出的光束經(jīng)五棱鏡轉(zhuǎn)折并經(jīng)平面反射鏡反射后的自準(zhǔn)像，調(diào)節(jié)平面反射鏡使平面反射鏡的自準(zhǔn)像與經(jīng)緯儀十字線重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的方法，其特征在于所述步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方式是在沒(méi)有待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭的情況下，打開(kāi)激光干涉儀，不加標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，激光干涉儀出射平行光，并移去五棱鏡，調(diào)節(jié)激光干涉儀使其發(fā)出的激光光束與其經(jīng)平面反射鏡反射的光束重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的方法，其特征在于所述步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方式是(4. 1)將待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭固定在光軸指向工裝上；(4. 2)將光軸指向工裝放置在五棱鏡與平面反射鏡之間；(4. 3)調(diào)整待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭使光軸指向工裝的反射平面在經(jīng)緯儀中自準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可解決小視場(chǎng)鏡頭在波像差檢測(cè)過(guò)程中遇到的光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括激光干涉儀、五棱鏡、自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀、平面反射鏡以及與待測(cè)小視場(chǎng)鏡頭共光軸的光軸指向工裝；激光干涉儀、五棱鏡、光軸指向工裝以及平面反射鏡依次設(shè)置于同一光路上；五棱鏡設(shè)置于自準(zhǔn)經(jīng)緯儀的出射光路上。本發(fā)明提供了一種檢測(cè)精度高，檢測(cè)周期短以及可重復(fù)性好的可解決小視場(chǎng)鏡頭波像差檢測(cè)中光軸偏斜問(wèn)題的系統(tǒng)及方法。
文檔編號(hào)G01J9/02GK102393255SQ201110324769
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者侯曉華, 張學(xué)敏, 張羽, 李華, 段嘉友, 閆肅, 魏儒義 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所