CN106291907B - 一种三自由度次镜调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三自由度次镜调整装置，包括安装有次镜镜片的次镜架以及套设在次镜架外侧的镜筒，初始位置时保证镜筒的中心线—系统光轴与次镜镜片的中心线重合。还设置了至少两组传动机构，以使次镜架在镜筒内沿系统光轴方向移动和绕垂直于系统光轴的轴转动。控制系统控制所有传动机构的同步启停，次镜架移动和转动过程中控制传动机构使次镜镜片的中心线始终与系统光轴重合。综上，本申请中的三自由度调整装置可提高次镜调整过程中的定位精度，并能保证次镜调整时轴线与系统光轴的精确同轴。

Description

一种三自由度次镜调整装置

技术领域

本发明涉及光电跟踪技术领域中一种大口径卡塞格林光学系统的次镜调整装置。

背景技术

目前，大口径光学系统主要采用卡塞格林望远镜形式，次镜调整技术是影响光电跟踪系统性能的关键技术。

次镜调整的目的在于提高光学系统的成像质量，以便能精确跟踪不同距离情况下移动的目标。目前，卡塞格林光学系统中次镜的调整主要是单自由度调整方式，即次镜只能沿光轴方向移动，而不能实现摆动。单自由度调整方式结构简单，容易实现，但对光学系统的安装精度和镜片的面型精度要求较高。而且，对于大口径光学系统来说，单自由度调整方式中传动机构的振动和热效应对次镜调整精度的影响较大，在调整过程中容易造成次镜轴线的偏移以致很难保证次镜的精确位置以及与系统光轴的同轴度。因此，单自由度调整方式只适用于小口径光学系统。

因此，如何提供一种多自由度次镜调整装置，以提高次镜调整过程中的定位精度，并能保证次镜调整时轴线与系统光轴的精确同轴，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三自由度次镜调整装置，以提高次镜调整过程中的定位精度和保证次镜调整时轴线与系统光轴的精确同轴。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三自由度次镜调整装置，其包括：

安装有次镜的次镜架；

套设在所述次镜架外侧的镜筒，所述镜筒的系统光轴与所述次镜镜片的中心线重合；

沿所述镜筒的内径布置的至少两组传动机构，所有所述传动机构沿所述镜筒的内径的周向均匀分布，所述传动机构用于驱动所述次镜架在所述镜筒内沿所述镜筒的系统光轴的方向移动和绕垂直于系统光轴的方向转动；

与所有的所述传动机构均信号连接的控制系统，所述控制系统控制所有的传动机构的同步启停，所述次镜架移动和转动过程中控制所述传动机构使所述次镜镜片的中心线始终与所述镜筒的系统光轴重合。

优选地，上述的三自由度次镜调整装置中，所述次镜镜片通过连接件安装在所述次镜架上，并且所述次镜镜片的中心线与所述次镜架的中心线重合。

优选地，上述的三自由度次镜调整装置中，所有的所述传动机构均包括：

与所述镜筒的内径可转动连接的主传动轴和副传动轴，所述传动轴的轴线与所述镜筒的中心线—系统光轴平行；

用于驱动所述次镜架移动和转动的驱动机构；

用于支撑所述次镜架的支撑机构。

优选地，上述的三自由度次镜调整装置中，所述控制系统包括：

安装在所述次镜架上且用来反馈所述次镜架移动距离和转动角度的位移传感器；

用于接收所有的所述位移传感器发出的信号的控制器，当所述控制器获取任意一个所述位移传感器开始移动和转动的信号时控制其他所有的所述驱动机构同步运动。

优选地，上述的三自由度次镜调整装置中，所述位移传感器套设在所述次镜架上。

优选地，上述的三自由度次镜调整装置中，所述控制系统还包括用于控制所有的所述传动机构的驱动机构同步启停的驱动器，所述驱动器接收所述控制器发出的信号，以实现所有的所述位移传感器移动的距离和转动的角度相同。

优选地，上述的三自由度次镜调整装置中，所述传动机构为两组，并且沿所述镜筒的系统光轴对称布置。

经由上述的技术方案可知，本发明公开了一种三自由度次镜调整装置，包括安装有次镜镜片的次镜架以及套设在次镜架外侧的镜筒，初始位置时保证镜筒的系统光轴与次镜镜片的中心线重合。此外，还设置了至少两组传动机构，以使次镜架在镜筒内沿镜筒的系统光轴的方向移动和绕垂直于系统光轴的轴转动。为了保证传动机构在驱动过程中移动的距离和转动的角度相同，还设置了控制系统。控制系统控制所有的传动机构的同步启停，次镜架移动和转动过程中控制传动机构使次镜镜片的中心线始终与镜筒的系统光轴重合。本申请中通过将传动机构设置为至少两组，并且所有的传动机构沿镜筒的内径的周向均匀分布，以使得在控制系统控制传动机构启动时，所有的传动机构沿周向同步的带动次镜架移动和转动，保证次镜镜片的中心线与镜筒的系统光轴重合。综上，本申请中的三自由度调整装置可提高次镜调整过程中的定位精度，并能保证次镜调整时轴线与系统光轴的精确同轴。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三自由度次镜调整装置的镜筒和次镜的结构示意图；

图2为本发明实施例通过的三自由度次镜调整装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种三自由度次镜调整装置，以提高次镜调整过程中的定位精度，保证次镜调整时轴线与系统光轴的精确同轴。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明公开了一种三自由度次镜调整装置，包括安装有次镜镜片1的次镜架2以及套设在次镜架2外侧的镜筒3，初始位置时保证镜筒3的系统光轴(本申请中的镜筒3的系统光轴为镜筒3的中心线)与次镜镜片1的中心线重合。此外，还设置了至少两组传动机构，以使次镜架2在镜筒3内沿镜筒3的中心线—系统光轴的方向(z方向)移动，和/或绕垂直于系统光轴转动。为了保证传动机构在驱动过程中移动的位移和转动的角度相同，还设置了控制系统。控制系统控制所有的传动机构的同步启停，次镜架2移动和转动过程中控制传动机构使次镜镜片1的中心线始终与镜筒3的中心线—系统光轴重合。本申请中通过将传动机构设置为至少两组，并且所有的传动机构沿镜筒3的内径的周向均匀分布，以使得在控制系统控制传动机构启动时，所有的传动机构沿周向同步的带动次镜架2移动和转动，保证次镜镜片1的中心线与镜筒3的中心线—系统光轴重合。综上，本申请中的三自由度调整装置可提高次镜调整过程中的定位精度，保证次镜调整时轴线与系统光轴的精确同轴。

具体的，次镜镜片1通过连接件5安装在次镜架2上，并且次镜镜片1的中心线与次镜架2的中心线重合。在实际中，次镜镜片1的中心线与次镜架2的中心线重合，并且需要保证次镜镜片1的中心线与系统光轴重合。因此，操作过程中只要保证次镜架2与镜筒3两者的中心线重合即可。鉴于上述描述，本申请中的核心在于在调整过程中保证次镜架2的移动不能发生偏移。

进一步的实施例中，所有的传动机构均包括驱动机构6、主传动轴7、副传动轴8以及支撑机构4。其中，主传动轴7和副传动轴8可转动的安装在镜筒3的内径上。具体地，主传动轴7和副传动轴8可通过弹性安装座进行安装，该弹性安装座固定在镜筒3的内壁上，而主传动轴7和副传动轴8以一定的偏心距通过轴承可转动的安装在弹性安装座的安装孔内。为了实现机械化驱动传动轴转动，设置了与传动轴连接的驱动机构6，通过驱动机构6的驱动，使得传动轴运动从而带动次镜架2移动和转动，上述的支撑机构4支撑次镜架2的移动和转动稳定性。

本申请中公开的控制系统还包括位移传感器9和控制器10。其中，位移传感器9固定安装在次镜架2上，位移传感器9用于反馈次镜架2移动的距离和转动的角度，并将反馈的结果发送给控制器10。该控制器10能够接收所有的位移传感器9发出的信号，并在获取任意一个位移传感器9开始移动或转动的信号时控制其他所有的驱动机构6同步运动，由于控制器10能够接收所有的位移传感器9发出的信号，因此，可实现所有的驱动机构6同步运动，并保证所有的位移传感器9移动的距离或转动的角度相同。本申请是以次镜架2的中心线与镜筒3的中心线—系统光轴初始时重合为背景进行设定的。

此外，本申请中公开的控制系统还包括用于控制所有的传动机构的驱动机构6启停的驱动器11，该驱动器11接收控制器10发出的信号，以实现所有的位移传感器9移动的距离和转动的角度相同。由于驱动器11驱动所有的驱动机构6同步启停，以使传动轴移动的距离和转动的角度均相同，保证了次镜架2稳定移动。

具体的实施例中可将传动机构设置为两组，并且这两组传动机构沿镜筒3的中心线—系统光轴对称布置。

光学系统装调完成后，分别记录两侧位移传感器9的初始值。调整工作中，同时实时采集两侧位移传感器9的位置反馈值，依据高精度同步闭环控制算法，驱动对称两侧驱动机构6工作，通过两侧主传动轴7以同步平移行进的方式带动次镜架2沿z方向做直线运动，通过两侧副传动轴8带动次镜架2绕y轴转动，并通过单侧电机驱动带动次镜架2绕x轴转动，从而实现次镜的三自由度高精度调整。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种三自由度次镜调整装置，其特征在于，包括：

安装有次镜镜片(1)的次镜架(2)；

套设在所述次镜架(2)外侧的镜筒(3)，所述镜筒(3)的系统光轴与所述次镜镜片(1)的中心线重合；

沿所述镜筒(3)的内径布置的至少两组传动机构，所有所述传动机构沿所述镜筒(3)的内径的周向均匀分布，所述传动机构用于驱动所述次镜架(2)在所述镜筒(3)内沿所述镜筒(3)的系统光轴的方向移动或/和绕垂直于系统光轴的方向转动；

与所有的所述传动机构均信号连接的控制系统，所述控制系统控制所有的传动机构的同步启停，所述次镜架(2)移动和转动过程中控制所述传动机构使所述次镜镜片(1)的中心线始终与所述镜筒(3)的系统光轴重合。

2.根据权利要求1所述的三自由度次镜调整装置，其特征在于，所述次镜镜片(1)通过连接件(5)安装在所述次镜架(2)上，并且所述次镜镜片(1)的中心线与所述次镜架(2)的中心线重合。

3.根据权利要求1所述的三自由度次镜调整装置，其特征在于，所有的所述传动机构均包括：

与所述镜筒(3)的内径可转动连接的主传动轴(7)和副传动轴(8)，所述传动轴的轴线与所述镜筒(3)的系统光轴平行；

与所述传动轴连接的驱动机构(6)；

用于支撑所述次镜架(2)的支撑机构(4)。

4.根据权利要求3所述的三自由度次镜调整装置，其特征在于，所述控制系统包括：

安装在所述次镜架(2)上且用来反馈所述次镜架(2)移动距离和转动角度的位移传感器(9)；

用于接收所有的所述位移传感器(9)发出的信号的控制器(10)，当所述控制器(10)获取任意一个所述位移传感器(9)开始移动或转动的信号时控制其他所有的所述驱动机构(6)同步运动。

5.根据权利要求4所述的三自由度次镜调整装置，其特征在于，所述控制系统还包括用于控制所有的所述传动机构的驱动机构(6)同步启停的驱动器(11)，所述驱动器(11)接收所述控制器(10)发出的信号，以实现所有的所述位移传感器(9)移动的距离和转动的角度相同。

6.根据权利要求1-5任一项所述的三自由度次镜调整装置，其特征在于，所述传动机构为两组，并且沿所述镜筒(3)的中心线—系统光轴对称布置。