一种基于卡式光学系统的光机装调方法与流程

本发明属于光机装调技术领域，涉及一种基于卡式光学系统的光机装调方法。

背景技术：

双波段卡塞格林光学设计是导引头系统的关键技术，关系着光机系统的复杂程度、加工难易程度以及最终性能，而光机结构设计及装调技术是实现光学性能与否的关键技术，其合理性决定了系统的最终性能与成本。其中反射式卡式系统有着大口径、长焦距、多波段的特点，它包含两个反射镜，主镜为凹的非球面镜，次镜为凸的非球面镜，主镜镜面中心开孔。主次镜后期的装调质量会极大地影响整个系统的成像水平。因此，卡式光机结构设计及其装调技术是光机领域的研究热点之一。

在对卡式光学系统进行光机结构设计的过程中，由于主反射镜中心开孔，因此无法直接寻找镜面顶点，而主次镜镜面的光学间隔通常对成像精度的影响很大，同样主次镜的光轴中心偏要求也是光学指标实现的重要影响因子。目前国内外对卡式系统的装调主要通过以下方法实现：采用定心车削的装调方法，这种方法需要将主镜与主镜架进行胶粘后利用车床车削主镜架外圆保证同轴，一方面车削过程会有应力影响，破坏主镜面型，另一方面加工碎屑可能会损伤主镜表面；另外还有利用三坐标测量仪进行定心装调的方法、计算机辅助装调的方法等，这些手段虽能较好地指导系统装调，但是未从设计前期进行主次镜光学间隔和同轴度的误差控制并且装调过程复杂，装调成本高，装调周期长，不符合导引头低成本系统构架要求。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种主、次镜安装精度高且操作方便的基于卡式光学系统的光机装调方法，解决现有导引头低成本系统构架中卡式光学系统在装调技术中存在的装调周期长、装调过程复杂、装调成本高的问题，实现高精度、高效率的装调。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于卡式光学系统的光机结构，其包括：主反射镜组件a和次反射镜组件b，次反射镜组件b同轴位于主反射镜组件a的前端；主反射镜组件a包括主镜支架2和安装在主镜支架2上的主反射镜1；次反射镜组件b包括次镜支架4、安装在次镜支架4上的次镜镜筒5、以及安装在次镜镜筒5上的次反射镜3；激光四象限探测器9置于次反射镜3与头罩之间，红外探测器7置于主反射镜1后端，主反射镜1中心开孔，孔内设置红外成像通道，红外成像通道同轴布置在红外探测器7前端；激光经主反射镜1反射，透过次反射镜3后入射至四象限探测器9；红外依次经由主反射镜1、次反射镜3反射后，入射红外成像通道至红外探测器7。

其中，所述主反射镜1采用金属反射镜。

其中，所述主镜支架2内壁沿径向设置配合台，沿轴向设置配合端面，主反射镜1通过配合台、配合端面与主镜支架2轴、孔配合安装，主镜支架2径向圆周开4个注胶孔，通过胶粘方式将主反射镜1固定于主镜支架2上。

本发明还提供一种基于卡式光学系统的光机装调方法，其包括以下步骤：

s1：主反射镜1通过轴、孔配合安装在主镜支架2上，并通过主镜支架2上径向开设的4个注胶孔将主反射镜1固定于主镜支架2上，形成主反射镜组件a；

s2：将次反射镜3固定于次镜镜筒5上，并采用轴、孔配合方式将次镜镜筒5嵌入次镜支架4内，并采用销钉径向固定，形成次反射镜组件b；

s3：将主反射镜组件a固定在定心仪上，通过定心仪找准主反射镜1的中心光轴；然后安装次反射镜组件b，在定心仪下观测次镜镜筒5中次反射镜3的球心像，调节次反射镜组件b位置，使次反射镜3与主反射镜1光轴重合，此时，螺钉固定后上胶固化；

s4：采用定心仪，沿轴向方向连续微调次镜镜筒5位置，在线测量主、次镜组合体焦距，使组合体焦距满足理论要求，固化次镜镜筒5；

s5：装入热像镜筒，采用定心仪的标尺，测量次镜镜筒5中次反射镜3与红外镜筒中第一片目镜镜面的表面像位置，依据理论值进行定位，固化组件；

s6：依次装入次镜镜筒5以及热像镜筒内的光学镜片、红外探测器，完成卡式光学系统光机装调。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的基于卡式光学系统的光机装调方法，与现有技术相比，设计阶段采用只装不调的形式利用小间隙轴孔配合分别保证主反射镜与主镜镜架、次反射镜与次镜镜架的同轴度，结构设计简洁、易于操作，装调过程仅采用定心仪对主、次镜中心偏以及光学间隔进行复测微调，测量方法简便，实现了对卡式系统同轴及光学间隔的误差控制；解决了传统卡式系统中主、次镜间隔采用调整垫片厚度控制的问题，并在主、次镜装调过程中使用干涉仪、三坐标测量仪等多种仪器进行装调测量，操作复杂性性高、装配周期长的问题，从而使光机系统装调方便，减小装调成本及装调周期。

附图说明

图1为本发明的光机结构设计图；

如图所示：1-主反射镜，2-主镜支架，3-次反射镜，4-次镜支架，5-次镜镜筒，6-红外通道，7-红外探测器，8-激光通道，9-激光四象限探测器。

图2为本发明光机装调视图；

如图所示：a组件为主反射镜组件，b组件为次反射镜组件，b-1为次镜镜筒。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

参照图1所示，本发明基于卡式光学系统的光机结构包括：主反射镜组件a和次反射镜组件b，次反射镜组件b同轴位于主反射镜组件a的前端；主反射镜组件a包括主镜支架2和安装在主镜支架2上的主反射镜1；次反射镜组件b包括次镜支架4、安装在次镜支架4上的次镜镜筒5、以及安装在次镜镜筒5上的次反射镜3；激光四象限探测器9置于次反射镜3与头罩之间，红外探测器7置于主反射镜1后端，主反射镜1中心开孔，孔内设置红外成像通道，红外成像通道同轴布置在红外探测器7前端；激光经主反射镜1反射，透过次反射镜3后入射至四象限探测器9；红外依次经由主反射镜1、次反射镜3反射后，入射红外成像通道至红外探测器7。

在现有技术中，主反射镜多采用石英等光学材料进行制造。考虑到导引头对成本及重量要求，本实施例主反射镜1采用金属反射镜，主镜支架2内壁沿径向设置配合台，沿轴向设置配合端面，使主反射镜1与主镜支架2通过机械定位小间隙轴、孔配合，并在主镜支架2径向圆周开4个注胶孔，通过胶粘方式将主反射镜1固定于主镜支架2上，消除主反射镜1装配应力。

因为主反射镜1为金属反射镜，存在易形变导致成像品质下降的风险，在加工时可能会导致没有严格保证始高尺寸而导致基准不定，因此主、次镜间隔无法有效保证。若采用三坐标测量仪测量主、次镜间隔，以修调隔圈的方式固定主、次镜间隔，可能无法获得满意的成像效果。

本发明提供一种基于卡式光学系统的光机装调方法，采取间接测量方法，借助定心仪量测量焦距功能，以主次镜组合焦距作为量判基准，进行主、次镜间隔装调；参照图2所示，包括以下步骤：

s1：主反射镜与主镜镜架采用只装不调的安装形式，利用机械定位小间隙轴、孔配合保证，并通过4个注胶孔将主反射镜固定于主镜支架上。

s2：通过机械定位和胶粘方式将次反射镜固定于次镜镜筒，并采用小间隙轴、孔配合方式将次镜镜筒嵌入次镜支架内，采用销钉径向固定，防止次镜镜筒在次镜支架中发生旋转。

s3：将主反射镜组件固定在定心仪上，通过定心仪找准主反射镜的中心光轴，安装次反射镜组件，在定心仪下观测次镜镜筒中次反射镜的球心像，调节次反射镜组件位置，使次反射镜与主反射镜光轴重合，保证中心偏，螺钉固定后上胶固化。

s4：采用定心仪，沿轴向方向连续微调次镜镜筒位置，在线测量主、次镜组合体焦距，使组合体焦距满足理论要求，固化次镜镜筒。

s5：装入热像镜筒，采用定心仪的标尺，测量次镜镜筒中次反射镜与红外镜筒中第一片目镜镜面的表面像位置，依据理论值进行定位，固化组件。

s6：依次装入次镜镜筒以及热像镜筒内的光学镜片、红外探测器，完成卡式光学系统光机装调。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。