一种离轴抛物面镜组的装调方法

本发明属于装调方法技术领域，具体涉及一种离轴抛物面镜组的装调方法。

背景技术：

离轴抛物面镜可以以简单的面形产生高质量的无中心遮拦的平行光束，能够有效提升光学系统成像质量并简化光学系统，利用多个离轴抛物面镜组成离轴抛物面镜组可以实现系统高精度小型化的需求。由于离轴抛物面镜不是旋转对称曲面，相较于普通球面镜的装调离轴抛物面镜还需要考虑自身的旋转矢量。而针对多离轴抛物面镜组的装调，更是对整体光学系统的搭建有极高的要求。其装调结果也会直接影响到整个光学系统的成像效果及测试精度。

现有技术中，装调方法普遍针对单个离轴抛物面镜的装调，是将离轴抛物面镜放置在水平放置的平面镜上，通过重力法确定抛物面镜的对称轴，利用激光器作为光源均匀照射到离轴抛物面镜中心位置，通过调节成像镜的前后位置，使得ccd可以接收到一个清晰的像，通过观察面阵ccd的焦点像的形状和大小来调整离轴抛物面镜的位置状态。但是利用重力法确定离轴抛物面镜对称轴的方法难以达到高精度标准的装调，即使进行多次测量也无法消除实验的系统误差。且现有技术中，还未有利用上述方法对离轴抛物面镜组装调的相关报道。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明提供一种离轴抛物面镜组的装调方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

本发明提供一种离轴抛物面镜组的装调方法，所述离轴抛物面镜组由n组离轴抛物面镜组组成，每组离轴抛物面镜组由两面离轴抛物面镜组成；

当n＝1时，装调方法包括以下步骤：

步骤一、在每个离轴抛物面镜的背面设置一背镜，背镜为平面反射镜；

步骤二、根据每个离轴抛物面镜的离轴量及焦距计算该离轴抛物面镜在箱体上的理论位置，根据n组离轴抛物面镜组的理论位置设计箱体的尺寸，在箱体上对应每个离轴抛物面镜的位置开孔，每个孔的尺寸大于对应的离轴抛物面镜的尺寸，并对箱体染黑；

步骤三、在箱体上设置两个基准面，利用标准块、第一莱卡经纬仪和第二莱卡经纬仪配合监测精测棱镜的角度，将精测棱镜固定在箱体的外表面上，使精测棱镜与箱体y轴共轴；

步骤四、将箱体和干涉仪放置在操作平台上；

利用第一莱卡经纬仪和第二莱卡经纬仪分别在y方向和x方向对准箱体上的精测棱镜，通过监测精测棱镜在y方向和x方向的俯仰角完成箱体的调平；

打开干涉仪，使干涉仪的入射光能够覆盖第一离轴抛物面镜的位置，挪动第二莱卡经纬仪，使第二莱卡经纬仪对准干涉仪的出射光位置，通过监测干涉仪的俯仰角及方位角，使干涉仪与x方向共轴；

步骤五、将第一离轴抛物面镜放在镜架内，并通过第一垫片将镜架固定在箱体上第一离轴抛物面镜对应的开孔位置，将第二莱卡经纬仪对准第一离轴抛物面镜的背镜，监测第一离轴抛物面镜的背镜的俯仰角，并将第一离轴抛物面镜的背镜的方位角置零，将第一莱卡经纬仪对准精测棱镜，并将第一莱卡经纬仪的方位角置零；第一莱卡经纬仪和第二莱卡经纬仪互瞄得到旋转角度，计算出此时第一离轴抛物面镜相对精测棱镜的方位角，通过改变镜架倾角，使第一离轴抛物面镜的俯仰角控制在90°±10”，方位角控制在0°±10”；

步骤六、在第一离轴抛物面镜共焦点的理论位置处加第一狭缝，在第一狭缝后方放置光学相机，使光学相机瞄准第一狭缝后成一清晰的像，固定第一狭缝及光学相机，通过调节第一垫片的厚度及第一离轴抛物面镜的位置使光全部通过第一狭缝并在第一狭缝处得到最小最亮的光斑；

步骤七、重复步骤五和步骤六，直至满足角度及成像要求，固定第一离轴抛物面镜，移走光学相机；

步骤八、将第二离轴抛物面镜放在镜架内，并将镜架通过第二垫片固定在箱体上第二离轴抛物面镜对应的开孔的位置，在与第二离轴抛物面镜相对且与y轴平行方向放置一平面反射镜，利用第二莱卡经纬仪监测平面反射镜的角度，当平面反射镜与y轴共轴后将平面反射镜固定；由干涉仪发出的光束一部分被第二离轴抛物面镜的背镜反射回干涉仪，另一部分光束通过第一离轴抛物面镜反射到第二离轴抛物面镜入射到平面反射镜后返回，此时干涉仪的自准直干涉图像产生三个点，分别为干涉仪自身自准直点、第二离轴抛物面镜的背镜反射回干涉仪的像点及光束经第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜、平面反射镜后反射回干涉仪的像点，通过改变第二垫片的厚度及第二离轴抛物面镜的位置，使所述三个点重合，并产生尽可能少的干涉条纹，固定第二离轴抛物面镜，移走平面反射镜，完成多离轴抛物面镜组装配；

当n>1时，装调方法还包括以下步骤：

步骤九、将第1+q离轴抛物面镜放在镜架内，并通过第1+q垫片将镜架固定在箱体上第1+q离轴抛物面镜对应的开孔位置，将第二莱卡经纬仪对准第1+q离轴抛物面镜的背镜，监测第1+q离轴抛物面镜的背镜的俯仰角，并将第1+q离轴抛物面镜的背镜的方位角置零，将第一莱卡经纬仪对准精测棱镜，并将第一莱卡经纬仪的方位角置零；第一莱卡经纬仪和第二莱卡经纬仪互瞄得到旋转角度，计算出此时第1+q离轴抛物面镜相对精测棱镜的方位角，通过改变镜架倾角，使第1+q离轴抛物面镜的俯仰角控制在90°±10”，方位角控制在0°±10”；

步骤十、在第1+q离轴抛物面镜共焦点的理论位置处加第1+p狭缝，在第1+p狭缝后方放置光学相机，使光学相机瞄准第1+p狭缝后成一清晰的像，固定第1+p狭缝及光学相机，通过调节第1+q垫片的厚度及第1+q离轴抛物面镜的位置使光全部通过第1+p狭缝并在第1+p狭缝处得到最小最亮的光斑；

步骤十一、重复步骤九和步骤十，直至满足角度及成像要求，固定第1+q离轴抛物面镜，移走光学相机；

步骤十二、将第2+q离轴抛物面镜放在镜架内，并将镜架通过第2+q垫片固定在箱体上第2+q离轴抛物面镜对应的开孔的位置，在与第2+q离轴抛物面镜相对且与y轴平行方向放置平面反射镜，利用第二莱卡经纬仪监测平面反射镜的角度，当平面反射镜与y轴共轴后将平面反射镜固定；通过调整第2+q垫片的厚度及第2+q离轴抛物面镜的位置，使第2+q离轴抛物面镜返回干涉仪的自准直像点与干涉仪自身自准直点两点重合并产生尽可能少的干涉条纹，且角度满足精度要求，固定第2+q离轴抛物面镜，移走平面反射镜；

步骤十三、重复步骤九至步骤十二，直至装调完成；

所述p为整数，从1开始取值，每重复步骤九至步骤十二一次，p值增加1；q为整数，从2开始取值，每重复步骤九至步骤十二一次，q值增加2。

进一步的，所述步骤二中，孔与对应的离轴抛物面镜之间的余量为离轴抛物面镜尺寸的0.08-0.12。

进一步的，所述步骤三中，精测棱镜与箱体y轴共轴精度在10″内。

进一步的，所述步骤四中，箱体通过三个可调节鼎放置在标准试验台上，并通过监测精测棱镜角度，调节三个可调节鼎使箱体保证水平。

进一步的，所述干涉仪为zygo干涉仪。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的离轴抛物面镜组的装调方法能够实现离轴抛物面镜组的装调，利用莱卡经纬仪确定离轴抛物面镜的对称轴，极大提升了通过划线来确定对称轴的精度，从分级提升到秒级精度。

2、本发明的离轴抛物面镜组的装调方法配合干涉仪实现自准直，观测由离轴抛物面镜返回来的波像差，通过调整离轴抛物面镜，控制条纹个数限制在五个以内，大大提升了装调精度。

3、本发明的离轴抛物面镜组的装调方法可以更广泛的应用到各仪器中离轴抛物面镜的装调上。如将其应用到fy-3(06星)臭氧廓线探测仪上，通过光谱定标及辐亮度定标对探测仪的光谱分辨率及信噪比进等指标进行测试，均有显著提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的双离轴抛物面镜装调的结构示意图；

图2为本发明的四离轴抛物面镜装调的结构示意图；

1、第一离轴抛物面镜，2、第二离轴抛物面镜，3、干涉仪，4、精测棱镜，5、第一狭缝，6、光学相机，7、平面反射镜，8、第一莱卡经纬仪，9、第二莱卡经纬仪，10、箱体，11、第1+q离轴抛物面镜，12、第2+q离轴抛物面镜，13、第1+p狭缝。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明的离轴抛物面镜组的装调方法，离轴抛物面镜组由n组离轴抛物面镜组组成，每组离轴抛物面镜组由两面离轴抛物面镜组成；

如图1所示，当n＝1时，装调方法包括以下步骤：

步骤一、在每个离轴抛物面镜的背面设置一背镜，背镜为平面反射镜；

步骤二、根据每个离轴抛物面镜的离轴量及焦距计算该离轴抛物面镜在箱体10上的理论位置，根据n组离轴抛物面镜组的理论位置设计箱体10的尺寸，在箱体10上对应每个离轴抛物面镜的位置开孔，每个孔的尺寸大于对应的离轴抛物面镜的尺寸，孔与对应的离轴抛物面镜之间的余量为离轴抛物面镜尺寸的0.08-0.12，并对箱体10染黑；

步骤三、在箱体10上设置两个基准面，利用标准块、第一莱卡经纬仪8和第二莱卡经纬仪9配合监测精测棱镜4的角度，将精测棱镜4固定在箱体10的外表面上，使精测棱镜4与箱体10的y轴共轴，精度优选在10″内；

步骤四、将箱体10和干涉仪3放置在操作平台上；

利用第一莱卡经纬仪8和第二莱卡经纬仪9分别在y方向和x方向对准箱体10上的精测棱镜4，通过监测精测棱镜4在y方向和x方向的俯仰角完成箱体10的调平；

打开干涉仪3，使干涉仪3的入射光能够覆盖第一离轴抛物面镜1的位置(此时并未安装离轴抛物面镜1)，挪动第二莱卡经纬仪9，使第二莱卡经纬仪9对准干涉仪3的出射光位置，通过监测干涉仪3的俯仰角及方位角，使干涉仪3与x方向共轴；

步骤五、将第一离轴抛物面镜1放在镜架内，并通过第一垫片将镜架固定在箱体10上第一离轴抛物面镜1对应的开孔位置，将第二莱卡经纬仪9对准第一离轴抛物面镜1的背镜，监测第一离轴抛物面镜1的背镜的俯仰角，并将第一离轴抛物面镜1的背镜的方位角置零，将第一莱卡经纬仪8对准精测棱镜4，并将第一莱卡经纬仪8的方位角置零；第一莱卡经纬仪8和第二莱卡经纬仪9互瞄得到旋转角度，计算出此时第一离轴抛物面镜1相对精测棱镜4的方位角，通过改变镜架倾角，使第一离轴抛物面镜1的俯仰角控制在90°±10”，方位角控制在0°±10”；

步骤六、在第一离轴抛物面镜1共焦点的理论位置(即焦点位置)处加第一狭缝5，在第一狭缝5后方放置光学相机6，使光学相机6瞄准第一狭缝5后成一清晰的像，固定第一狭缝5及光学相机6，通过调节第一垫片的厚度及第一离轴抛物面镜1的位置使光全部通过第一狭缝5并在第一狭缝5处得到最小最亮的光斑；

步骤七、重复步骤五和步骤六，直至满足角度及成像要求，固定第一离轴抛物面镜1，移走光学相机6；

步骤八、将第二离轴抛物面镜2放在镜架内，并将镜架通过第二垫片固定在箱体10上第二离轴抛物面镜2对应的开孔的位置，在与第二离轴抛物面镜2相对且与y轴平行方向放置一平面反射镜7，利用第二莱卡经纬仪9监测平面反射镜7的角度，当平面反射镜7与y轴共轴后将平面反射镜7固定；由干涉仪3发出的光束一部分被第二离轴抛物面镜2的背镜反射回干涉仪3，另一部分光束通过第一离轴抛物面镜1反射到第二离轴抛物面镜2入射到平面反射镜7后返回，此时干涉仪3的自准直干涉图像产生三个点，分别为干涉仪3自身自准直点、第二离轴抛物面镜2的背镜反射回干涉仪3的像点及光束经第一离轴抛物面镜1、第二离轴抛物面镜2、平面反射镜7后反射回干涉仪3的像点，通过改变第二垫片的厚度及第二离轴抛物面镜2的位置，使所述三个点重合，并产生尽可能少的干涉条纹，固定第二离轴抛物面镜2(首先用眼睛观察三个点重合(这步为粗调)，后观察干涉图样，使干涉条纹控制在五个条纹内(这步为精调))，移走平面反射镜7，完成多离轴抛物面镜组装配；

如图2所示，当n>1时，装调方法还包括以下步骤：

步骤九、将第1+q离轴抛物面镜11放在镜架内，并通过第1+q垫片将镜架固定在箱体10上第1+q离轴抛物面镜11对应的开孔位置，将第二莱卡经纬仪9对准第1+q离轴抛物面镜11的背镜，监测第1+q离轴抛物面镜11的背镜的俯仰角，并将第1+q离轴抛物面镜11的背镜的方位角置零，将第一莱卡经纬仪8对准精测棱镜4，并将第一莱卡经纬仪8的方位角置零；第一莱卡经纬仪8和第二莱卡经纬仪9互瞄得到旋转角度，计算出此时第1+q离轴抛物面镜11相对精测棱镜4的方位角，通过改变镜架倾角，使第1+q离轴抛物面镜11的俯仰角控制在90°±10”，方位角控制在0°±10”；

步骤十、在第1+q离轴抛物面镜11共焦点的理论位置处加第1+p狭缝13，在第1+p狭缝13后方放置光学相机6，使光学相机6瞄准第1+p狭缝13后成一清晰的像，固定第1+p狭缝13及光学相机6，通过调节第1+q垫片的厚度及第1+q离轴抛物面镜11的位置使光全部通过第1+p狭缝13并在第1+p狭缝13处得到最小最亮的光斑；

步骤十一、重复步骤九和步骤十，直至满足角度及成像要求，固定第1+q离轴抛物面镜11，移走光学相机6；

步骤十二、将第2+q离轴抛物面镜12放在镜架内，并将镜架通过第2+q垫片固定在箱体10上第2+q离轴抛物面镜12对应的开孔的位置，在与第2+q离轴抛物面镜12相对且与y轴平行方向放置平面反射镜7，利用第二莱卡经纬仪9监测平面反射镜7的角度，当平面反射镜7与y轴共轴后将平面反射镜7固定；通过调整第2+q垫片的厚度及第2+q离轴抛物面镜12的位置，使第2+q离轴抛物面镜12返回干涉仪3的自准直像点与干涉仪3自身自准直点两点重合并产生尽可能少的干涉条纹，且角度满足精度要求，固定第2+q离轴抛物面镜12(首先用眼睛初步观察两点重合(这步为粗调)，由于干涉仪3出射光覆盖区域有限，第2+q离轴抛物面镜2的背镜不会接受到光线，即自准直像仅显示两点，同样的后观察干涉图样，使干涉条纹优选控制在五个条纹内(这步为精调))，移走平面反射镜7；

步骤十三、重复步骤九至步骤十二，直至装调完成；

所述p为整数，从1开始取值，每重复步骤九至步骤十二一次，p值增加1；q为整数，从2开始取值，每重复步骤九至步骤十二一次，q值增加2。

上述技术方案中，干涉仪3优选为zygo干涉仪。利用干涉仪3发出准直平面波，通过光路折转得到自准直干涉图，实现高精度装调。

上述技术方案中，箱体10可以通过三个可调节鼎放置在标准试验台上，并通过监测精测棱镜4角度，调节三个可调节鼎使箱体10保证水平。

上述技术方案中，精测棱镜4用于装调基准，通过精测棱镜4确定各面方位角；狭缝(第一狭缝5和第1+p狭缝13)用于限制光斑，确定焦点位置，提高光谱分辨率，在理论焦面处放置狭缝，使狭缝与光斑共面以确定离轴抛物面镜的位置；平面反射镜7，起到光路折转的作用；第一莱卡经纬仪8和第二莱卡经纬仪9用于测量各装置的方位角及俯仰角。

上述技术方案中，标准块是现有技术，高精度固有尺寸的垫块；镜架根据离轴抛物面镜尺寸进行加工，使其可以固定在箱体10上。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。