一种具有量化调节功能的主次镜光学系统及其调节方法

本发明涉及主次镜光学系统及其调节方法，具体涉及一种具有量化调节功能的主次镜光学系统及其调节方法。

背景技术：

1、对于常见的光学系统，主次镜是影响光学系统指标的重要组件，因此主次镜之间的位置偏差比较敏感。主次镜相对位置的调节主要依据波像差分量进行，其难点在于主次镜偏心调节的量化控制及可操作性。一般的光学系统设计很少考虑主次镜调节时的工艺性问题，导致主次镜调节操作难度大，难以满足主次镜调节的精度要求。

2、目前常用的调节方法主要有紧定螺钉调节、手动平移调节、振动调节等方法，这些调节方法的缺点在于无法量化控制、难以控制调节精度、调节过程不稳定、容易引起姿态变化等。因此在结构设计中考虑调节的工艺性，将调节装置当作光学系统结构的一部分，以实现主次镜相对位置调节过程的量化控制具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种具有量化调节功能的主次镜光学系统及其调节方法，以解决现有的主次镜相对位置调节无法量化控制、难以控制调节精度、调节过程不稳定以及容易引起姿态变化的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种具有量化调节功能的主次镜光学系统，包括主镜和次镜；其特殊之处在于：还包括主镜筒、次镜架以及n个凸轮，n≥3且为整数；

4、所述主镜为圆环状，同轴安装于主镜筒内；

5、所述主镜筒靠近主镜出射端的侧壁外设有n个凸耳，且其中心设有与主镜中心孔相匹配的通光孔；

6、所述次镜架包括同轴且相互平行设置的第一圆环和第二圆环；所述第一圆环与主镜筒设有凸耳的一端端面之间为面接触可活动连接；所述凸耳凸出于第一圆环的外壁；所述第二圆环设置在第一圆环远离主镜筒的一侧，并通过周向均布的多个支撑柱与第一圆环连接；

7、所述次镜安装在第二圆环内；

8、所述凸轮为圆盘状，其外圆轮廓线为阿基米德螺旋线；n个所述凸轮分别与n个凸耳可旋转连接，且每个凸轮的侧壁与第一圆环的侧壁相抵；n个所述凸轮用于通过旋转以调节第一圆环在主镜筒端面上的位置。

9、进一步地，所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：

10、r＝17.8+(0.2/π)θ

11、其中，a为起点到极坐标原点的距离，b为螺旋线每增加单位角度半径r随之对应增加的数值，r为半径，θ为极角。

12、进一步地，所述凸轮远离对应凸耳的一面边缘处绕周向设有均布的刻线。

13、进一步地，所述刻线共40条，且相邻两刻线对应的半径r相差0.01mm；

14、在所述极角θ为0°、90°、180°、270°、360°对应的刻线处，分别设有数字标记，数字标记所标注的数字分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4。

15、进一步地，所述凸轮相对第一圆环的初始位置，为数字0.2对应的刻线位置与第一圆环相切时的位置。

16、进一步地，所述n＝4；

17、4个所述凸耳绕主镜筒侧壁均匀分布；

18、4个所述凸轮分别与4个凸耳可旋转连接。

19、进一步地，还包括内六角扳手、凸轮螺钉和垫片；

20、所述凸轮远离凸耳一面的中心设有内六角孔；

21、所述内六角扳手用于与内六角孔配合，以旋转凸轮；

22、所述凸耳上设有轴孔；所述轴孔与主镜筒的中心轴平行；

23、所述凸轮与凸耳的接触面中心连接有用于与所述轴孔配合的转轴；所述转轴远离凸轮的一端中心沿其轴线设有螺纹孔；

24、所述凸轮螺钉从凸耳远离对应凸轮的一侧穿设于螺纹孔内，从而使凸轮与相应凸耳之间通过所述转轴实现可旋转连接；

25、所述垫片套装在凸轮螺钉的螺杆上，并位于凸轮螺钉的螺头与凸耳之间。

26、进一步地，还包括连接螺栓及连接螺母；

27、所述主镜筒靠近主镜出射端的侧壁外还设有第一连接耳；第一连接耳上设有第一连接孔；所述第一圆环的侧壁外设有第二连接耳；第二连接耳上设有第二连接孔；

28、所述连接螺栓穿设于第一连接孔和第二连接孔内；

29、所述连接螺母与连接螺栓螺纹连接，将第一连接耳和第二连接耳固定于连接螺栓的螺头与连接螺母之间；

30、所述第二连接孔的孔径大于连接螺栓的螺杆外径，从而实现所述面接触可活动连接。

31、一种具有量化调节功能的主次镜光学系统的调节方法，用于上述的具有量化调节功能的主次镜光学系统；其特殊之处在于，包括以下步骤：

32、步骤1、将主镜固定位置，在主镜远离次镜的一侧设置激光干涉仪，在次镜远离主镜的一侧设置平面反射镜；

33、步骤2、使激光干涉仪向主镜发射激光，激光经次镜反射、主镜反射、平面反射镜反射、主镜反射、次镜反射，最后经主镜筒的通光孔返回至激光干涉仪，激光干涉仪得到主镜和次镜所组成的光学系统的像差分量；

34、步骤3、基于所述像差分量旋转相应凸轮，从而平移次镜，直至激光干涉仪获取的像差分量趋近于0，则次镜与主镜的光轴重合。

35、进一步地，步骤1具体为：

36、将主镜固定位置，在主镜远离次镜的一侧设置激光干涉仪，在次镜远离主镜的一侧设置平面反射镜；同时使4个凸轮中相对两个凸轮的中心均位于水平线上，使另外相对两个凸轮的中心均位于竖直线上；

37、步骤3具体为：

38、以所述水平线为x轴，以竖直线为y轴，观察激光干涉仪获取的像差分量；当存在x方向彗差时，同时且反向旋转位于x轴上的两个凸轮；当存在y方向彗差时，同时且反向旋转位于y轴上的两个凸轮，从而平移次镜，直至激光干涉仪获取的像差分量趋近于0，则次镜与主镜的光轴重合。

39、本发明的有益效果：

40、1、本发明提供的装置采用多个阿基米德螺旋凸轮，可以精密调整主次镜的相对位置，并且通过刻度显示进行量化，具有良好的可操作性。

41、2、本发明通过在凸轮上设置刻线以及数字标记，有效解决了主次镜相对位置关系的量化调节问题，调节量通过刻度和数字标记做到可视化。

42、3、本发明提供的凸轮外圈轮廓线采用的阿基米德螺旋线，实现等速调节，结构可靠性好。

43、4、本发明在凸轮上设置内六角孔，通过内六角扳手配合内六角孔旋转凸轮，与普通细牙螺纹调节相比，使用内六角扳手力臂长，调节精度更高，操作更省力。

44、5、本发明设置四个凸轮两两正交布置，其调整方向与波像差检测时彗差分量方向一致，调节时可根据对应彗差方向独立调节，互不影响，调节精度更高。

45、6、本发明提供的方法不仅可用于主次镜相对位置调节，也可用于同类型光学透镜组件、反射镜组平移的调整。

技术特征：

1.一种具有量化调节功能的主次镜光学系统，包括主镜(10)和次镜(20)；其特征在于：还包括主镜筒(11)、次镜架(21)以及n个凸轮(31)，n≥3且为整数；

2.根据权利要求1所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统，其特征在于：所述阿基米德螺旋线的极坐标方程为：

3.根据权利要求2所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统，其特征在于：所述凸轮(31)远离对应凸耳(111)的一面边缘处绕周向设有均布的刻线(312)。

4.根据权利要求3所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统，其特征在于：所述刻线(312)共40条，且相邻两刻线(312)对应的半径r相差0.01mm；

5.根据权利要求4所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统，其特征在于：所述凸轮(31)相对第一圆环(211)的初始位置，为数字0.2对应的刻线(312)位置与第一圆环(211)相切时的位置。

6.根据权利要求1-5任一所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统，其特征在于：所述n＝4；

7.根据权利要求6所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统，其特征在于：还包括内六角扳手(4)、凸轮螺钉(33)和垫片(32)；

8.根据权利要求7所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统，其特征在于：还包括连接螺栓及连接螺母；

9.一种具有量化调节功能的主次镜光学系统的调节方法，用于权利要求1-8任一所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统；其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的具有量化调节功能的主次镜光学系统的调节方法，其特征在于，步骤1具体为：

技术总结本发明公开了一种具有量化调节功能的主次镜光学系统及其调节方法，解决了现有的主次镜相对位置调节无法量化控制、难以控制调节精度的问题。具体包括主镜、次镜、主镜筒、次镜架及N个凸轮，N≥3且为整数；主镜安装于主镜筒内；主镜筒的侧壁外设有N个凸耳，其中心设有与主镜中心孔相匹配的通光孔；次镜架包括同轴且相互平行设置的第一圆环和第二圆环；所述第一圆环与主镜筒设有凸耳的一端端面之间为面接触可活动连接；凸耳凸出于第一圆环的外壁；次镜安装在第二圆环内；凸轮为圆盘状，其外圆轮廓线为阿基米德螺旋线；N个凸轮分别与N个凸耳可旋转连接，且每个凸轮的侧壁与第一圆环的侧壁相抵，用于通过旋转调节第一圆环在主镜筒端面上的位置。技术研发人员：李治国,曹明强受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/27