[发明专利]高精度二次离轴椭球面反射镜光轴引出方法及其光学系统

说明书

高精度二次离轴椭球面反射镜光轴光学引出方法及其光学系统，将离轴椭球面镜置于出射球面波的光学干涉仪前方，在距离轴椭球面镜顶点短焦的位置放置口径很小的标准球面镜，根据赛德尔系数将此三者调同轴，用来将离轴椭球面镜反射的光线反射回干涉仪。通过小孔靶标找出离轴椭球面反射镜的两个光学焦点，再使干涉仪的平行光同时通过两小孔靶标即得到离轴椭球面反射镜的光轴。再通过经纬仪瞄干涉仪的平行光束，将其方向引到其余能表征方向的器件上。此方法简单易行精度高，并且适用于轴对称和非轴对称形状的离轴椭球面镜，在空间光学遥感器的装调和测试中有着十分重要的应用。

技术领域

本发明涉及一种离轴椭球面反射镜顶点法线光学引出的方法及其光学系统，特别是采用光学干涉技术来实现，在反射式空间光学遥感器的装调和测试中有着重要的应用。

背景技术

现有的技术一是利用比对由非球面反射镜反射回去的光斑是否在干涉仪CCD的中心来判断，精度受到人眼和CCD像元尺寸的限制。二是通过定心仪加传感器的方式，将被测镜放在定心仪上，位移传感器测量镜面边缘处的位移，转动转台并调整被测镜使得位移传感器的位移测量值变化量在允许的公差范围内，达到这个要求之后，转台的转轴方向就是被测镜的顶点法线方向，最后将转台转轴的方向引出即可。这种方式不足之处是要求被测非球面镜是轴对称形状即圆形，对于离轴椭球面镜来说不适用，其都是非轴对称形状即矩形椭圆形，且其引出精度受到转台端跳和径跳精度的限制，光轴的引出精度有限。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足之处，提供一种高精度二次离轴椭球面反射镜光轴引出方法及其光学系统；本发明直接使用离轴椭球面镜面形测试的测试光路对其顶点法线引出，适用于非轴对称形状的非球面镜，方法简洁操作方便精度高。为离轴椭球面镜在光学系统装调中提供了基准和依据，为反射式光学镜头高质量的装调奠定了基础。

本发明解决的技术方案为：高精度离轴椭球面反射镜顶点法线光学引出方法，步骤如下：

1)准备光学干涉仪①、标准球面反射镜②、被测离轴椭球面镜反射镜③、第一小孔靶标④、第二小孔靶标⑤、小立方镜⑥、经纬仪⑦；将光学干涉仪①设置在标准球面反射镜②的一侧，将被测离轴椭球面镜反射镜③设置在标准球面反射镜②的另一侧；

2)将标准球面反射镜②的球心与被测离轴非球面反射镜③的焦点重合；

3)调整被测离轴椭球面反射镜③的俯仰、倾斜角度以及水平和竖直方向平移，调整标准球面反射镜②的水平和竖直方向平移，，使得光学干涉仪①出射的球面波经过被测离轴椭球面镜反射镜③第一次反射至标准球面反射镜②、再经过标准球面反射镜②反射回被测离轴椭球面镜反射镜③，再由被测离轴椭球面镜反射镜③第二次反射至光学干涉仪①，形成干涉条纹；干涉条纹的波前的赛德尔系数的慧差项数值小于设定的慧差项阈值，球差系数值小于设定的球差系数阈值，其中设定的慧差项阈值、球差系数阈值均与光学干涉仪①发出的球面波的波长λ有关，完成光学系统的搭建；

4)在步骤(3)光学系统的搭建完成后，利用第一小孔靶标④找到被测离轴椭球面镜反射镜③的长焦点位置；利用第二小孔靶标⑤找到离轴椭球面镜短焦点位置；

5)再将干涉仪切换至出射平面波，调整光学干涉仪①的俯仰、倾斜角度，使得出射的平面波正好通过第一小孔靶标④和第二小孔靶标⑤，此时平行光即为离轴椭球面镜反射镜③光轴方向；

6)利用小立方镜⑥，将光学干涉仪①出射的平面波方向引到小立方镜⑥朝向光学干涉仪①的面，记为A面，的法线上，用经纬仪⑦瞄小立方镜⑥的A面法线，记录经纬仪⑦的读数，得到被测离轴椭球面反射镜③光轴方向的水平和俯仰角度；

7)使被测离轴椭球面反射镜③的光轴与被测离轴椭球面反射镜③的背面法线建立角度关系；

8)根据步骤7)建立的角度关系，将被测离轴椭球面反射镜③光轴引至被测离轴椭球面反射镜③的背面法线，实现光轴引出。

优选的，小孔靶标④和小孔靶标⑤完全相同。