一种复合消色差棱镜相位检测及装调方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电跟踪领域，涉及一种光学检测和装调方法，具体涉及一种复合消色差棱镜间的相位检测和装配。
【背景技术】
[0002]消色差旋转棱镜跟踪装置，主要包括电机、码盘和消色差棱镜组。旋转棱镜跟踪装置既适用于激光束的扫描，也可用于快速目标的跟踪。旋转棱镜跟踪装置通过旋转共轴的两个楔形棱镜达到控制光束偏转的目的，具有结构紧凑、转动惯量低、响应迅速的特点。由于单个棱镜的色散特性，旋转棱镜用于目标跟踪时，需用两个相位差为180°，不同色散特性的棱镜进行组合，消除成像波段的色差，如图1所示。图1是消色差旋转跟踪棱镜组示意图，由两组独立消色差棱镜组构成。
[0003]消色差棱镜组由两个色散差异较大，相位差180°的两个棱镜构成，当两个棱镜相位差180°时，两个棱镜因折射率随波长变化而引起的光线偏折误差完成抵消，从而达到消除色差的目的；但是，当两个棱镜的相位误差不等于180°时，棱镜折射率变化引起的光线偏折误差则不能完成抵消，系统色差不能完成消除。特别地，当成像波段范围较宽，跟踪范围较宽，棱镜顶角较大，跟踪精度较高的情况下两个消色差棱镜的相位误差要求更高，其相位误差范围通常为5?40"。
[0004]旋转棱镜跟踪装置的口径通常在10?120mm，棱镜顶角在5?15°范围内。在口径和棱镜顶角都较小的情况下，消色差棱镜相位误差为5?40"所引起的棱镜矢高变化量小于0.2微米，特别是当棱镜口径在10-30mm量级时，棱镜矢高变化量甚至小于0.05微米，而三坐标测量仪的精度一般约0.5微米，达不到所需精度。另外，棱镜的偏折范围通常在±10?80°范围内，如此大的范围内利用一个大视场的检测装置很难达到秒级的检测精度。因此，利用传统的测量方法无法达到消色差棱镜的高精度要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术的不足，解决消色差棱镜180°相位误差检测和装配问题，确保消色差棱镜的相位误差能控制在2-10"范围内。
[0006]本发明的技术解决方案是:一种复合消色差棱镜相位检测及装调方法，其特征在于:包括光源、消色差棱镜组、光轴检测装置、转台和平台；光轴检测装置包括光轴检测
1、光轴检测II和光轴检测III，消色差棱镜组包括棱镜I和棱镜II。光源是光轴检测1、光轴检测II和光轴检测III的参考目标，光轴检测1、光轴检测II和光轴检测III用于测量被棱镜组偏折后光源的位置。
[0007]进一步的，所述的消色差棱镜相位检测方法的工作流程包括以下步骤:
[0008]步骤I)、根据棱镜组中棱镜I和棱镜II的折射率η和顶角α计算棱镜I和棱镜II的偏折角度；
[0009]步骤2)、光轴检测装置安装在平台上，光源安装在转台上，且不安装棱镜组；光轴检测I与光源同轴，光轴检测II与光轴检测I的夹角Θ i为棱镜组的偏折角，光轴检测III与光轴检测I的夹角Θ 2为棱镜I的偏折角；
[0010]步骤3)、利用电子水平仪调整转台至水平；
[0011]步骤4)、旋转转台，在光轴检测1、光轴检测II和光轴检测III的视场内分别检测其靶面坐标是否与光源由于转台旋转所产生的轨迹平行，如果不平行，分别调整光轴检测1、光轴检测II和光轴检测III，使其与光源轨迹平行度误差小于I";
[0012]步骤5)、在平行度调整完成后，分别记录光轴检测1、光轴检测II和光轴检测III中标记点(光源旋转轨迹)的纵坐标yi，yn和ym ；
[0013]步骤6)、旋转转台，将光源对准光轴检测I的中心，此时光源在光轴检测I中的纵坐标应Sy1，锁定转台，安装棱镜I，棱镜I的顶角面应与水平面基本平行，此时光源的成像应在光轴检测III中，读取光轴检测III中光源像的纵坐标，旋转棱镜I使得此时光源像的纵坐标与之前光轴检测III中标记点的纵坐标yin重合；
[0014]步骤7)、安装棱镜II，棱镜II的顶角面应与水平面基本平行，顶角方向与棱镜I相反，此时光源的成像应在光轴检测II中，读取光轴检测II中光源像的纵坐标，旋转棱镜II使得此时光源像的纵坐标与之前光轴检测II中标记点的纵坐标y?重合；
[0015]步骤8)、锁定棱镜I和棱镜II，完整棱镜组的检测和装配。
[0016]本发明原理在于:
[0017]系统组成框图如图2所示，首先组成消色差棱镜相位检测系统的主要部件有转台
(1)、光源(2)、消色差棱镜组(3)、平台(4)和光轴检测装置。光轴检测装置由三个视场很小，但测量精度较高的光轴检测1、光轴检测II和光轴检测III组成，并且利用安装在高精度转台上的光源标定和调整光轴检测装置，使得三个相互独立的光轴检测1、光轴检测II和光轴检测III形成有机整体，将其拼接成为在水平方向有10-30°的视场，但测量精度优于
0.2"的检测组件，为棱镜组的检测和装配提供了测量依据，从而确保棱镜组的装配精度。
[0018]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0019]I)、利用几个小视场的光轴检测装置实现了大角度范围内的高精度角度测量；
[0020]2)、为旋转棱镜跟踪装置的检测、装配和调试提供了简单的，廉价的，高精度的测量系统。
【附图说明】
[0021]图1为消色差棱镜示意图；
[0022]图2为消色差棱镜检测装置的组成原理示意图；1为转台，2为光源，3为消色差棱镜组，4为平台，5为光轴检测I，6为光轴检测II，7为光轴检测III ;
[0023]图3为消色差复合棱镜相位检测示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0025]首先结合图2介绍消色差棱镜相位检测方法。该方法需要用到转台(I)、光源(2)、消色差棱镜组(3)、平台(4)、光轴检测I (5)、光轴检测II (6)和光轴检测III (7)，其中消色差棱镜组(3)包含棱镜I和棱镜II。
[0026]光轴检测5、6和7的焦距较长，分辨率高，但视场较小，通常约0.2-0.4°，焦距约2-3m，分辨率约0.1-1.0"，光轴检测的视场远远小于棱镜的光线偏折角度(约10-70° )，单独用光轴检测无法完成对棱镜组的检测。转台(I)的旋转范围为±90°，轴系晃动约I"