一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)及其裝調(diào)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)及其裝調(diào)方法，屬于離軸反射成像光學(xué)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。所述太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)包括測(cè)量基座、主鏡、次鏡、三鏡，其特征在于，還包括設(shè)置在測(cè)量基座上的第一測(cè)量探頭、第二測(cè)量探頭、第三測(cè)量探頭，以及固定在主鏡側(cè)面的第一高精度參考?jí)K，固定在次鏡側(cè)面的第二高精度參考?jí)K和固定在三鏡側(cè)面的第三高精度參考?jí)K，所述第一測(cè)量探頭、第二測(cè)量探頭和第三測(cè)量探頭上均設(shè)置有距離傳感器，通過(guò)距離傳感器測(cè)量第一高精度參考?jí)K、第二高精度參考?jí)K和第三高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，則可得到主鏡、次鏡和三鏡的位置、姿態(tài)和自由度信息，從而實(shí)現(xiàn)大型離軸三反射鏡系統(tǒng)的精確裝調(diào)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)及其裝調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于離軸反射成像光學(xué)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)及其裝調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)由于具有可同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦距與大視場(chǎng)、無(wú)中心遮攔、調(diào)制傳遞函數(shù)高、對(duì)雜散光抑制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為了空間遙感測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括主鏡(1)、次鏡(2)、三鏡(3)和像面(4)，離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的安裝質(zhì)量主要由這三個(gè)反射鏡的相互空間位置、姿態(tài)與理論值之間的誤差所決定。但由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性(每個(gè)光學(xué)元件都有6個(gè)自由度)和非對(duì)稱(chēng)性，且各反射鏡自由度之間相互獨(dú)立、跨距較大，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高精度裝調(diào)極其困難。
[0003]目前，離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的裝配調(diào)試方法主要有兩種:一是自準(zhǔn)干涉法，如圖2所示，即通過(guò)放在離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)焦點(diǎn)的球面干涉儀(5)發(fā)出球面光波，經(jīng)過(guò)離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)后變成平面波，出射光束由一塊標(biāo)準(zhǔn)平面鏡(6)反射后，按原路返回形成被測(cè)波面，此波面再次通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后與干涉儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)參考球面波發(fā)生干涉，得到干涉條紋從而通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)優(yōu)化處理得到系統(tǒng)失調(diào)量。該方法的應(yīng)用前提是需要能夠產(chǎn)生球面光波的光源以及干涉條紋圖樣可觀察，因此近紫外、可見(jiàn)光、近紅外波段的離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)多采用該方法。但是，對(duì)太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)而言:首先太赫茲波段的反射表面鍍鋁且較粗糙，不能反射可見(jiàn)光，因此不能借助可見(jiàn)光進(jìn)行自準(zhǔn)干涉；其次太赫茲光源功率較弱，只能為微型或小型太赫茲光學(xué)系統(tǒng)提供光源，因此太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的裝調(diào)無(wú)法使用自準(zhǔn)干涉方法。
[0004]離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的另一種裝配調(diào)試方法為空間定位方法，對(duì)于小型離軸三反射鏡系統(tǒng)，可在加工安裝支架時(shí)，利用高精度機(jī)床加工出安裝定位基準(zhǔn)，保證各反射鏡位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)在安裝過(guò)程中利用游標(biāo)卡尺等高精度量具檢驗(yàn)反射鏡的位置誤差；而對(duì)于中型離軸三反射鏡系統(tǒng)，則采用全站儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀等測(cè)繪儀器對(duì)反射鏡的空間位置、姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量。該方法是目前太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的主要裝調(diào)方法，但是隨著反射鏡的體積和跨距增大、工作波長(zhǎng)減小，反射鏡的位置、姿態(tài)的安裝精度也越來(lái)越高，已經(jīng)逐漸達(dá)到甚至超過(guò)了全站儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀等測(cè)繪儀器的極限精度。因此對(duì)于大型、短波長(zhǎng)的太赫茲離軸三反射鏡系統(tǒng)而言，高精度的裝調(diào)已成為難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的大型、短波長(zhǎng)的太赫茲離軸三反射鏡系統(tǒng)裝調(diào)的難題，本發(fā)明提供了一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)及其裝調(diào)方法，該系統(tǒng)在每個(gè)反射鏡鏡框側(cè)面設(shè)置一個(gè)高精度參考?jí)K，在測(cè)量基座上設(shè)置測(cè)量探頭，通過(guò)測(cè)量探頭上的距離傳感器測(cè)量高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，得到反射鏡的自由度信息，從而達(dá)到精確裝調(diào)的目的。
[0006]一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)，包括測(cè)量基座、主鏡、次鏡、三鏡，其特征在于，還包括設(shè)置在測(cè)量基座上的第一測(cè)量探頭、第二測(cè)量探頭、第三測(cè)量探頭，以及固定在主鏡側(cè)面的第一高精度參考?jí)K，固定在次鏡側(cè)面的第二高精度參考?jí)K和固定在三鏡側(cè)面的第三高精度參考?jí)K，所述第一測(cè)量探頭、第二測(cè)量探頭和第三測(cè)量探頭上均設(shè)置有距離傳感器，通過(guò)距離傳感器測(cè)量第一高精度參考?jí)K、第二高精度參考?jí)K和第三高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，則可得到主鏡、次鏡和三鏡的位置、姿態(tài)和自由度信息，從而實(shí)現(xiàn)反射鏡的裝調(diào)。
[0007]進(jìn)一步地，所述高精度參考?jí)K通過(guò)焊接的方式固定在反射鏡的側(cè)面。
[0008]一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的裝調(diào)方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:將三個(gè)測(cè)量探頭固定在測(cè)量基座上，采用高精度機(jī)床對(duì)測(cè)量基座上的三個(gè)測(cè)量探頭進(jìn)行標(biāo)定；
[0010]步驟2:采用激光干涉儀對(duì)步驟I標(biāo)定后的三個(gè)測(cè)量探頭的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償；
[0011]步驟3:在主鏡鏡框的側(cè)面固定設(shè)置第一高精度參考?jí)K，次鏡鏡框的側(cè)面固定設(shè)置第二高精度參考?jí)K，三鏡鏡框的側(cè)面固定設(shè)置第三高精度參考?jí)K，經(jīng)過(guò)輪廓檢驗(yàn)得到高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)、自由度與反射鏡的位置、姿態(tài)、自由度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0012]步驟4:將主鏡、次鏡和三鏡分別固定于可移動(dòng)的支架上，將主鏡、次鏡和三鏡分別移動(dòng)到理論位置附近，首先對(duì)三個(gè)反射鏡的位置和姿態(tài)進(jìn)行粗略調(diào)整，然后測(cè)量探頭通過(guò)距離傳感器測(cè)量高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，即可得到反射鏡的位置、姿態(tài)和自由度的信息，從而實(shí)現(xiàn)各反射鏡的精確調(diào)試。
[0013]其中，上述主鏡和第一高精度參考?jí)K對(duì)應(yīng)第一測(cè)量探頭，次鏡和第二高精度參考?jí)K對(duì)應(yīng)第二測(cè)量探頭，三鏡和第三高精度參考?jí)K對(duì)應(yīng)第三測(cè)量探頭。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]1、本發(fā)明通過(guò)在各反射鏡的鏡框側(cè)面固定設(shè)置高精度參考?jí)K，在裝調(diào)過(guò)程中以該參考?jí)K為測(cè)量對(duì)象，參考?jí)K的位置、姿態(tài)和6個(gè)自由度的信息可通過(guò)測(cè)量探頭得到，從而換算出每一個(gè)反射鏡6個(gè)自由度的信息，實(shí)現(xiàn)大型三反射系統(tǒng)的精確裝調(diào)。
[0016]2、本發(fā)明采用高精度機(jī)床對(duì)3個(gè)測(cè)量探頭的絕對(duì)位置進(jìn)行標(biāo)定，并利用激光干涉儀對(duì)機(jī)床本身運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)一步校正，從而補(bǔ)償測(cè)量系統(tǒng)的3個(gè)測(cè)量探頭的絕對(duì)位置的標(biāo)定誤差，得到3個(gè)測(cè)量探頭較精確的絕對(duì)位置。
[0017]3、本發(fā)明采用測(cè)量探頭上的18個(gè)高精度距離傳感器確定3個(gè)反射鏡參考?jí)K之間的相對(duì)位置、姿態(tài)，從而得到反射鏡的相對(duì)位置、姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的精確裝調(diào)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖。
[0019]圖2為自準(zhǔn)干涉法裝調(diào)離軸三反射鏡系統(tǒng)的示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明提供的太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的示意圖。
[0021]圖4為高精度參考?jí)K與測(cè)量探頭和反射鏡的位置關(guān)系示意圖。
[0022]圖5為采用高精度機(jī)床對(duì)測(cè)量探頭進(jìn)行校準(zhǔn)的示意圖。
[0023]圖6為采用高精度機(jī)床對(duì)測(cè)量探頭進(jìn)行標(biāo)定的原理圖。
[0024]圖中，(1)為主鏡，(2)為次鏡，(3)為三鏡，(4)為像面，(5)為球面干涉儀，(6)為標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，(7)為第一測(cè)量探頭，(8)為第二測(cè)量探頭，(9)為第三測(cè)量探頭，(10)為第一高精度參考?jí)K，(11)為第二高精度參考?jí)K，(12)為第三高精度參考?jí)K，(13)為測(cè)量基座，
(14)為機(jī)床參考?jí)K，(15)為機(jī)床主軸，(16)為機(jī)床移動(dòng)平臺(tái)。1、2、3、4、5、6表示設(shè)置在測(cè)量探頭上的6個(gè)距離傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地介紹。
[0026]圖3為本發(fā)明提供的太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的示意圖，所述太赫茲離軸三反射鏡系統(tǒng)包括測(cè)量基座、主鏡、次鏡和三鏡，其特征在于，還包括設(shè)置在測(cè)量基座上的第一測(cè)量探頭(7)、第二測(cè)量探頭(8)、第三測(cè)量探頭(9)，以及固定在主鏡側(cè)面的第一高精度參考?jí)K(10)，固定在次鏡側(cè)面的第二高精度參考?jí)K(11)和固定在三鏡側(cè)面的第三高精度參考?jí)K(12)，所述第一測(cè)量探頭、第二測(cè)量探頭和第三測(cè)量探頭上均設(shè)置有距離傳感器，所述第一測(cè)量探頭通過(guò)距離傳感器測(cè)量第一高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，所述第二測(cè)量探頭通過(guò)距離傳感器測(cè)量第二高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，所述第三測(cè)量探頭通過(guò)距離傳感器測(cè)量第一高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，然后根據(jù)各高精度參考?jí)K和各反射鏡之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系即可得到主鏡、次鏡和三鏡的位置、姿態(tài)和自由度信息，從而實(shí)現(xiàn)反射鏡的裝調(diào)。
[0027]進(jìn)一步地，所述高精度參考?jí)K通過(guò)焊接的方式固定在反射鏡的側(cè)面。
[0028]一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的裝調(diào)方法，包括以下步驟:
[0029]步驟1:采用高精度機(jī)床對(duì)基座上的三個(gè)測(cè)量探頭進(jìn)行標(biāo)定:如圖5所示，將3個(gè)測(cè)量探頭固定在測(cè)量基座(13)上，然后將測(cè)量基座安裝到大型高精度機(jī)床的移動(dòng)平臺(tái)上，在機(jī)床的主軸(15)上安裝1個(gè)機(jī)床參考?jí)K(14)，利用該機(jī)床參考?jí)K對(duì)三個(gè)測(cè)量探頭的相對(duì)位置與姿態(tài)進(jìn)行標(biāo)定。
[0030]具體的標(biāo)定原理為:機(jī)床參考?jí)K的起始位置為主鏡測(cè)量探頭(第一測(cè)量探頭)附近，此時(shí)，主鏡探頭與參考?jí)K之間的相對(duì)位置可由距離傳感器測(cè)得，分別為(d2，d4);當(dāng)機(jī)床參考?jí)K被高精度機(jī)床移動(dòng)(Dl，D2)的距離到次鏡測(cè)量探頭處時(shí)，次鏡探頭與機(jī)床參考?jí)K之間的相對(duì)位置可由距離傳感器測(cè)得，分別為(dl，d3);由于高精度參考?jí)K的外形尺寸是已知的，為(W，L)，那么主鏡探頭與次鏡探頭的相對(duì)位置為(d2+Dl+W+dl，d4+D2+L+d3)，其他反射鏡之間相對(duì)位置或恣態(tài)的標(biāo)定原理同上。
[0031]步驟2:采用激光干涉儀對(duì)步驟1標(biāo)定后的三個(gè)測(cè)量探頭的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償:盡管目前常見(jiàn)大型數(shù)控加工中心的重復(fù)定位精度均能達(dá)到±5um以?xún)?nèi)，但由于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度最終會(huì)對(duì)本測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度造成影響，為了保證機(jī)床標(biāo)定結(jié)果更準(zhǔn)確、更可靠，可利用激光干涉儀對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行修正。
[0032]步驟3:在主鏡鏡框的側(cè)面焊接固定第一高精度參考?jí)K，次鏡鏡框的側(cè)面焊接固定第二高精度參考?jí)K，三鏡鏡框的側(cè)面焊接固定第三高精度參考?jí)K，然后利用高精度的三坐標(biāo)儀進(jìn)行輪廓檢驗(yàn)，即可得到高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)、自由度與反射鏡的位置、姿態(tài)、自由度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0033]步驟4:將主鏡、次鏡和三鏡分別固定于可移動(dòng)的支架上，首先將各反射鏡安裝到理論位置附近，進(jìn)行粗略的位置與姿態(tài)的調(diào)整，然后通過(guò)測(cè)量探頭上的距離傳感器測(cè)量各高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和其在空間坐標(biāo)系中的6個(gè)自由度的信息，即可得到反射鏡的位置、姿態(tài)和自由度信息，根據(jù)各反射鏡的相對(duì)位置和姿態(tài)與理論值的差別，對(duì)各反射鏡的位置進(jìn)行調(diào)整。
[0034]本實(shí)施例對(duì)測(cè)量探頭的標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)采用的激光干涉法是高精度機(jī)床精度檢驗(yàn)的常用方法，其測(cè)量精度高，通常能達(dá)到數(shù)nm，通過(guò)激光干涉儀對(duì)高精度機(jī)床校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，可使機(jī)床對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果更加精確；本實(shí)施利用6自由度定位的方法，在每個(gè)反射鏡的鏡框側(cè)面固定設(shè)置高精度參考?jí)K，在裝調(diào)過(guò)程中，以該參考?jí)K為測(cè)量參考，其位置、姿態(tài)和6個(gè)自由度的信息可由測(cè)量探頭上的距離傳感器獲得，從而得到各反射鏡的6個(gè)自由度的信息，實(shí)現(xiàn)各反射鏡的精調(diào)。
【權(quán)利要求】
1.一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)，包括測(cè)量基座、主鏡、次鏡、三鏡，其特征在于，還包括設(shè)置在測(cè)量基座上的第一測(cè)量探頭、第二測(cè)量探頭、第三測(cè)量探頭，以及固定在主鏡側(cè)面的第一高精度參考?jí)K，固定在次鏡側(cè)面的第二高精度參考?jí)K和固定在三鏡側(cè)面的第三高精度參考?jí)K，所述第一測(cè)量探頭、第二測(cè)量探頭和第三測(cè)量探頭上均設(shè)置有距離傳感器，通過(guò)距離傳感器測(cè)量第一高精度參考?jí)K、第二高精度參考?jí)K和第三高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，則可得到主鏡、次鏡和三鏡的位置、姿態(tài)和自由度信息，從而實(shí)現(xiàn)反射鏡的裝調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度參考?jí)K通過(guò)焊接的方式固定在對(duì)應(yīng)的反射鏡的側(cè)面。
3.一種太赫茲波段離軸三反射鏡系統(tǒng)的裝調(diào)方法，包括以下步驟: 步驟1:將三個(gè)測(cè)量探頭固定在測(cè)量基座上，采用高精度機(jī)床對(duì)測(cè)量基座上的三個(gè)測(cè)量探頭進(jìn)行標(biāo)定； 步驟2:采用激光干涉儀對(duì)步驟I標(biāo)定后的三個(gè)測(cè)量探頭的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償； 步驟3:在主鏡鏡框的側(cè)面固定設(shè)置第一高精度參考?jí)K，次鏡鏡框的側(cè)面固定設(shè)置第二高精度參考?jí)K，三鏡鏡框的側(cè)面固定設(shè)置第三高精度參考?jí)K，經(jīng)過(guò)輪廓檢驗(yàn)得到高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)、自由度與反射鏡的位置、姿態(tài)、自由度的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 步驟4:將主鏡、次鏡和三鏡分別固定于可移動(dòng)的支架上，將主鏡、次鏡和三鏡分別移動(dòng)到理論位置附近，首先對(duì)三個(gè)反射鏡的位置和姿態(tài)進(jìn)行粗略調(diào)整，然后測(cè)量探頭通過(guò)距離傳感器測(cè)量高精度參考?jí)K的位置、姿態(tài)和自由度信息，即可得到反射鏡的位置、姿態(tài)和自由度的信息，從而實(shí)現(xiàn)各反射鏡的精確調(diào)試。
【文檔編號(hào)】G02B17/06GK104391366SQ201410690280
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】王超, 曾青, 梁瑩林, 陳磊, 楊萍, 姜晶, 簡(jiǎn)賢, 唐輝 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)