[发明专利]光学系统中的光学轴与机械轴之间夹角的精确测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是光学系统中的光学轴与机械轴之间夹角的测量技术领域。

背景技术

光学系统中的光学器件需要机械结构支撑，由于光学器件与机械结构的加工精度存在较大大差异，光学系统的光学轴与机械轴存在角度偏差。大多数光学系统对光学轴与机械轴间的角度差要求并不严格，不需要对其间的差异进行测量。但在卫星光通信系统中，光学轴与机械轴间的夹角需要严格精确测出，目前并无方法对其进行测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法对卫星光通信系统中的光学轴与机械轴间的夹角进行严格精确测量的问题，进而提供了一种光学系统中的光学轴与机械轴之间夹角的精确测量方法。

本发明的方法步骤为：

第一步骤：干涉仪1发射的激光光束通过被测光学系统2后入射到高精度平面镜3中，激光光束由高精度平面镜3反射后通过被测光学系统2入射干涉仪1中；调整高精度平面镜3方位角、俯仰角，使干涉仪1的条纹左右、上下对称，即高精度平面镜3的光轴与被测光学系统2的光轴相重合；

第二步骤：将自准直仪4设置在高精度平面镜3的前方，自准直仪4向高精度平面镜3发射激光光束，激光光束经高精度平面镜3反射后入射自准直仪4中，自准直仪4根据入射光点位置计算其光轴与高精度平面镜3光轴的夹角α值，即自准直仪4光轴与被测光学系统2的光轴夹角α值；

第三步骤：在被测光学系统2的机械支撑的机械基准面上粘接第二高精度平面镜5，即第二高精度平面镜5的光轴与被测光学系统2的机械轴平行，自准直仪4以步骤二中的位置向第二高精度平面镜5发射激光光束，激光光束经第二高精度平面镜5反射后入射自准直仪4中，自准直仪4根据入射光点位置计算其光轴与第二高精度平面镜5光轴的夹角β值，即自准直仪4的光轴与被测光学系统2的机械轴夹角β值；

第四步骤：将步骤二中的夹角α值、步骤三中的夹角β值带入公式Δ＝β-α中，即得出被测光学系统2的光轴与机械轴之间夹角Δ值。

本发明能对卫星光通信系统中的光学轴与机械轴间之间的夹角进行严格精确的测量，其光学轴与机械轴之间夹角测量的精度为0.2μrad，并具有步骤简单、容易实现的优点。

附图说明

图1是本发明的第一步骤的结构示意图，图2是本发明的第二步骤的结构示意图，图3是本发明的第三步骤的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3说明本实施方式，本具体实施方式的方法步骤为：

第一步骤：干涉仪1发射的激光光束通过被测光学系统2后入射到高精度平面镜3中，激光光束由第一高精度平面镜3反射后通过被测光学系统2入射干涉仪1中；调整第一高精度平面镜3方位角、俯仰角，使干涉仪1的条纹左右、上下对称，即第一高精度平面镜3的光轴与被测光学系统2的光轴相重合；

第二步骤：将自准直仪4设置在高精度平面镜3的前方，自准直仪4向第一高精度平面镜3发射激光光束，激光光束经第一高精度平面镜3反射后入射自准直仪4中，自准直仪4根据入射光点位置计算其光轴与第一高精度平面镜3光轴的夹角α值，即自准直仪4光轴与被测光学系统2的光轴夹角α值；

第三步骤：在被测光学系统2的机械支撑的机械基准面上粘接第二高精度平面镜5，即第二高精度平面镜5的光轴与被测光学系统2的机械轴平行，自准直仪4以步骤二中的位置向第二高精度平面镜5发射激光光束，激光光束经第二高精度平面镜5反射后入射自准直仪4中，自准直仪4根据入射光点位置计算其光轴与第二高精度平面镜5光轴的夹角β值，即自准直仪4的光轴与被测光学系统2的机械轴夹角β值；

第四步骤：将步骤二中的夹角α值、步骤三中的夹角β值带入公式Δ＝β-α中，即得出被测光学系统2的光轴与机械轴之间夹角Δ值。

第一高精度平面镜3、第二高精度平面镜5都选用口径为φ300的平而镜，面型精度为RMS为1/70λ。干涉仪1选用美国ZYGO公司生产的GHI-4”HS型干涉仪发射参考光束，并探测反射波阵面与参考波阵面的干涉条纹；ZYGO干涉仪具有CCD探测器，可将干涉条纹图像直接输入带有数据采集卡的计算机，进行图像处理；ZYGO干涉仪主要参数为：口径φ300mm，工作波长632.8nm。自准直仪4选用德国ELCCMAT公司生产的ELCCMAT3000自准直仪，测角精度为0.2μrad。采用方位、俯仰二维高精度调整架对第一高精度平面镜3角度进行调整。