[发明专利]基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法

说明书

本发明为解决现有机械装配精度较低，无法满足基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统高精度装配要求的技术问题，而提供一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法。本发明精密装配方法结合光学定心加工技术和经纬仪自准直成像技术，以主镜光轴为主基准，在自准直经纬仪光轴可视化的基础上进行主基准引出与转换，依次对双光路同轴光学系统中的分光棱镜、反射镜和双光路中的光学镜/镜组进行精密调装，保证双光路光轴的高同轴度要求有效提高了装调效率，实现了基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统的高精度装调。

技术领域

本发明涉及精密光学机械装配技术领域，具体涉及一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法。

背景技术

分光棱镜折转光路是一种典型的光学结构形式，其特点是可以将光束分为任意光强比例的两个光束，具有转像功能，有效减小光机系统的外形尺寸。相比与非折转式光学系统，分光棱镜折转光路对光机装配要求更高。

如图1所示为一种基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统，入射光线首先经过前端主次镜光学系统，经过分光棱镜4后分为两个光束，一路光束通过第一镜组6后成像于接收器焦面；另一路光束经反射镜折返后通过第二镜组7，由接收器接收。为了保证该系统的成像质量，前端主次镜系统的光轴经过分光棱镜分光后，形成两路光束，二者的光轴需要保证很高的同轴度(0.04mm以内)，传统的机械装配精度低，无法满足该类系统的装配要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有机械装配精度较低，无法满足基于分光棱镜折转的同轴双光路光学系统高精度装配要求的技术问题，而提供一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于分光棱镜折转的双光路同轴光学系统精密装配方法，所述双光路同轴光学系统包括基板，分光棱镜，反射镜，以及安装在主次镜筒中的主镜和次镜，安装在第一镜筒中的第一镜组和安装在第二镜筒中的第二镜组；所述分光棱镜位于主次镜筒的出射光路上，第一镜筒位于分光棱镜的透射光路上，反射镜和第二镜筒依次位于分光棱镜的反射光路上；所述分光棱镜、反射镜、主次镜筒、第一镜筒和第二镜筒均通过支架安装在基板上；

所述精密装配方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1)、对各光学镜/镜组进行定心加工，定心加工过程中，各光学镜/镜组与镜筒之间的配合间隙为0.008-0.01mm；

步骤2)、利用测高仪测量光学系统中光学镜/镜组内各光学镜间隔并调整至理论值，初步确定各光学镜/镜组的装配位置；

步骤3)、基准可视化引出；

步骤4)装配双光路同轴光学系统；

其中，步骤3)和步骤4)中对双光路同轴光学系统的各光学镜/镜组在其各自镜筒中的位姿装配，具体是通过十字丝工装代替光学镜/镜组，结合自准直成像技术实现的；所述十字丝工装内部设置光学玻璃，所述光学玻璃中心为十字丝刻线；所述十字丝刻线所在中心圆为透光区域，其外部环带区域为反射面。

进一步地，步骤1)具体为：

1.1、将主镜安装在主镜框后与定心车床连接，在定心车床主轴旋转状态下，调整主镜的位姿，使其内孔与端面跳动量均小于0.02mm，完成车床主轴与主镜机械回转轴重合；

1.2、利用定心仪监视主镜的球心自准直像，使其球心自准直像在车床主轴旋转时，晃动量在0.005mm内，且主镜内孔与端面跳动量均小于0.02mm，此时车床主轴与主镜光轴重合，以车床主轴为牵引，完成主镜光轴与其镜框机械回转轴重合；

1.3、加工主镜镜框外径，并与主次镜筒配车，保证两者的配合间隙小于0.02mm，完成主镜镜框外径圆机械回转轴与主次镜筒主基准重合；