專利名稱：一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于望遠(yuǎn)鏡研制后期的檢測(cè)技術(shù)研究領(lǐng)域，涉及一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的 裝置。
技術(shù)背景望遠(yuǎn)鏡的集光能力隨著口徑的增大而增強(qiáng)，望遠(yuǎn)鏡的集光能力越強(qiáng)，就能夠看到更暗更遠(yuǎn) 的天體，這其實(shí)就是能夠看到了更早期的宇宙。天體物理的發(fā)展需要更大口徑的望遠(yuǎn)鏡。但是, 隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增大， 一系列的技術(shù)問(wèn)題接踵而來(lái)，其中的問(wèn)題之一就是大口徑光學(xué)系統(tǒng) 裝調(diào)誤差的檢測(cè)。大口徑光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)誤差的檢測(cè)往往成本高、空間分辨率低。用子孔徑拼接法檢測(cè)大口徑 透鏡的方案，對(duì)擴(kuò)大空間測(cè)量范圍、保持高的空間分辨率、高測(cè)量精度和低成本有重要意義。 其中，獲得高精度的子孔徑波面分布和有效的拼接方法是整個(gè)方案技術(shù)的關(guān)鍵，而五棱鏡光束 轉(zhuǎn)折系統(tǒng)是進(jìn)行子孔徑掃描、探測(cè)獲取子孔徑波面的關(guān)鍵技術(shù)之一；五棱鏡具有使光線轉(zhuǎn)折9(T 的光學(xué)特性，只要入射光線的方向固定，即使五角棱鏡在主截面內(nèi)有些偏轉(zhuǎn)，出射光線的方向 仍將始終保持與入射光線垂直，達(dá)到精確垂直轉(zhuǎn)向；因此，采用五棱鏡進(jìn)行大型望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)裝 調(diào)誤差檢測(cè)技術(shù)研究就是一個(gè)非常有意義的研究課題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用五棱鏡進(jìn)行大型望遠(yuǎn)鏡 系統(tǒng)檢測(cè)主次鏡間距的裝置，此裝置用于自動(dòng)、高精度地檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距誤差， 進(jìn)而可以指導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的調(diào)校。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，用于檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)成主光路系統(tǒng)的主鏡和次鏡之間的間距，其特征在于由自準(zhǔn)直 平行光管、五棱鏡、導(dǎo)軌、分劃板、CCD探測(cè)系統(tǒng)和主控計(jì)算^l組成；導(dǎo)軌工作面安裝在平行于主鏡豎直直徑方向上；五棱鏡安裝在導(dǎo)軌上并可以沿豎直方向平移；自準(zhǔn)直平行光管輸出一定口徑的標(biāo)準(zhǔn)平行光束經(jīng)五棱鏡90°轉(zhuǎn)折后，沿平行于望遠(yuǎn)鏡 主光軸射向主鏡，經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后，會(huì)聚于系統(tǒng)卡氏焦點(diǎn)處；' 分劃板置于望遠(yuǎn)鏡的卡氏焦點(diǎn)處；CCD探測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)平行光會(huì)聚點(diǎn)和分劃板成像主控計(jì)算機(jī)對(duì)CCD探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到的圖像進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算，得到像點(diǎn)位置，移動(dòng)五棱鏡 后得到另一組像點(diǎn)質(zhì)心位置，繼續(xù)移動(dòng)五棱鏡能實(shí)現(xiàn)對(duì)主鏡的徑向掃描，得到像點(diǎn)質(zhì)心運(yùn) 動(dòng)的軌跡，最后經(jīng)主控計(jì)算機(jī)處理得到主次鏡間距誤差。所述的自準(zhǔn)直平行光管輸出的平行光口徑比五棱鏡口徑小，并且垂直于五棱鏡的端面。所述的CCD探測(cè)系統(tǒng)包括CCD探測(cè)器和一個(gè)可變倍調(diào)焦鏡頭。所述的導(dǎo)軌與主鏡豎直直徑的距離應(yīng)使安裝在導(dǎo)軌上的五棱鏡運(yùn)動(dòng)方向和主鏡豎直直 徑重合。所述的導(dǎo)軌采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且安裝在導(dǎo)軌上的五棱鏡能沿導(dǎo)軌方向步進(jìn)平移。 所述的主控計(jì)算機(jī)通過(guò)與步進(jìn)電機(jī)通信，控制安裝在導(dǎo)軌上的五棱鏡的作高精度平移。本發(fā)明裝置的工作原理自準(zhǔn)直平行光管發(fā)出的平行光經(jīng)五棱鏡發(fā)生9(T轉(zhuǎn)折后到達(dá)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)主鏡，經(jīng)主鏡和次鏡組成的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)后從主鏡的中心孔輸出，會(huì)聚于望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)主光軸上；當(dāng)主次鏡間距存在誤差時(shí)，從主鏡中心孔輸出的光束會(huì)聚點(diǎn)可能 在卡氏焦點(diǎn)前面或后面，在分劃板上就形成一彌散斑；通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌，從而控制 五棱鏡沿導(dǎo)軌作步進(jìn)平移，實(shí)現(xiàn)平行光對(duì)在主鏡的徑向方向的平移掃描，由于主次鏡之間 存在誤差，導(dǎo)致在卡氏焦點(diǎn)處的像點(diǎn)質(zhì)心位置也會(huì)發(fā)生改變；在分劃板后面放置的CCD探 測(cè)系統(tǒng)能對(duì)像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)大小和方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，經(jīng)主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行質(zhì)心探測(cè)處理后可以 得到像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡，從而計(jì)算出主次鏡間距誤差的大小，可以依照若像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與五棱 鏡運(yùn)動(dòng)方相反則主次鏡間距偏大，若像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與五棱鏡運(yùn)動(dòng)方相同則主次鏡間距偏小， 進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行調(diào)校。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有如下優(yōu)點(diǎn)-1. 本發(fā)明解決了大尺度望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的主次鏡間距調(diào)校問(wèn)題，利用五棱鏡掃描方式對(duì)被 檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡的尺度擴(kuò)展性很大，由于此檢測(cè)裝置不再需要其它精密的光學(xué)儀器，系統(tǒng)成本 較低；2. 本發(fā)明利用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)五棱鏡精密位移，能實(shí)現(xiàn)高精度的自動(dòng)控制，檢 測(cè)效率很高；3. 本發(fā)明采用了 CCD高精度圖像探測(cè)技術(shù)，并采用了成熟的質(zhì)心探測(cè)算法，能準(zhǔn)確 快速的計(jì)算出像點(diǎn)在分劃板上的位置，并能得到像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，能方便的計(jì)算出主次鏡 間距誤差；4. 本發(fā)明采用了可變倍CCD成像鏡頭，能增大系統(tǒng)視場(chǎng)范圍，對(duì)主次鏡較大范圍內(nèi) 的間距誤差都能進(jìn)行檢測(cè)。


圖1為導(dǎo)軌、五棱鏡和望遠(yuǎn)鏡主鏡位置關(guān)系圖；圖2為分劃板和CCD探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為分劃板刻線示意圖；圖4為主次鏡間距檢測(cè)系統(tǒng)示意圖；圖中1為主鏡，2為次鏡，3為五棱鏡，4為自準(zhǔn)直平行光管，5為分劃板，6為CCD 探測(cè)系統(tǒng)，7為主控計(jì)算機(jī)，8為位移驅(qū)動(dòng)器，9為導(dǎo)軌。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。圖1所示為導(dǎo)軌、五棱鏡和主鏡位置關(guān)系圖，圖中給出了五棱鏡的安裝方向和運(yùn)動(dòng)方 向，五棱鏡3安裝在導(dǎo)軌9上，導(dǎo)軌9采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，五棱鏡3能沿導(dǎo)軌9方向步進(jìn) 平移，導(dǎo)軌9的工作面安裝在平行于主鏡1豎直直徑方向，與主鏡1豎直直徑的距離應(yīng)使 安裝在導(dǎo)軌9上的五棱鏡3的運(yùn)動(dòng)方向和主鏡1豎直直徑重合，導(dǎo)軌9的底座直接連接在 主鏡支架(四通)上。圖2為分劃板和CCD探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，分劃板位于望遠(yuǎn)鏡卡氏焦點(diǎn)處，CCD探測(cè)系統(tǒng) 集成了 CCD圖像探測(cè)器和可變倍調(diào)焦鏡頭；圖3的分劃板刻線示意圖，能限定像點(diǎn)相對(duì)位置關(guān)系，為后續(xù)圖像處理提供方便；圖4為主次鏡間距檢測(cè)系統(tǒng)示意圖，本發(fā)明裝置由自準(zhǔn)直平行光管4、五棱鏡3、導(dǎo)軌9、 分劃板5、 CCD探測(cè)系統(tǒng)6和主控計(jì)算機(jī)7組成，其中自準(zhǔn)直平行光管4能發(fā)出一定口徑 的標(biāo)準(zhǔn)平行光；CCD探測(cè)系統(tǒng)6由變倍鏡頭和相機(jī)組成，為得到清晰像，要求CCD探測(cè)系 統(tǒng)6相對(duì)于分劃板5在一定范圍內(nèi)距離可調(diào)長(zhǎng)行程精密電控導(dǎo)軌9距主鏡的距離越近越 好，利于提高掃描范圍，因?yàn)閽呙璧娇拷麋R中心區(qū)域，五棱鏡距主鏡越遠(yuǎn)越容易擋光； 其余各部分安裝應(yīng)沿光軸方向精密準(zhǔn)直，保證光學(xué)系統(tǒng)的共光軸。自準(zhǔn)直平行光管4發(fā)出的平行光經(jīng)五棱鏡3發(fā)生9(T轉(zhuǎn)折后到達(dá)望遠(yuǎn)鏡主鏡l，經(jīng)主鏡 1和次鏡2組成的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)后從主鏡1中心孔輸出，會(huì)聚于主光軸上。當(dāng)主次鏡間距 沒(méi)有誤差時(shí)，從主鏡中心孔輸出的光束會(huì)聚在卡氏焦點(diǎn)處，即分劃板5所置位置；當(dāng)主次 鏡間距存在誤差時(shí)，從主鏡中心孔輸出的光束會(huì)聚點(diǎn)可能在卡氏焦點(diǎn)前面或后面，即在分 劃板5上就形成一彌散斑；這樣，隨著平行光在主鏡1徑向方向平移掃描，在卡氏焦點(diǎn)處 的像點(diǎn)質(zhì)心位置也會(huì)發(fā)生改變，最后在分劃板后面放置的CCD探測(cè)系統(tǒng)6能對(duì)像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 大小和方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，經(jīng)主控計(jì)算機(jī)7進(jìn)行質(zhì)心探測(cè)處理后可以得到像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡， 從而計(jì)算出主次鏡間距誤差得大小。本發(fā)明的控制系統(tǒng)工作方式是開(kāi)環(huán)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)五棱鏡3在主鏡1徑向移動(dòng)，在分 劃板5上得到不同的像點(diǎn)質(zhì)心位置。本發(fā)明裝置還可以對(duì)主次鏡的間距誤差進(jìn)行調(diào)校，CCD探測(cè)系統(tǒng)6在對(duì)像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)大 小和方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的過(guò)程中，如果主次鏡間距存在誤差，若像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與五棱鏡3 運(yùn)動(dòng)方相反則主次鏡間距偏大，若像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與五棱鏡3運(yùn)動(dòng)方相同則主次鏡間距偏小， 按照這一判據(jù)可以指導(dǎo)主次鏡間距調(diào)節(jié)，最終使像點(diǎn)不隨五棱鏡3運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，完成主次 鏡間距調(diào)校。
權(quán)利要求
1、一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，用于檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)成主光路系統(tǒng)的主鏡(1)和次鏡(2)之間的間距，其特征在于由自準(zhǔn)直平行光管(4)、五棱鏡(3)、導(dǎo)軌(9)、分劃板(5)、CCD探測(cè)系統(tǒng)(6)和主控計(jì)算機(jī)(7)組成；導(dǎo)軌(9)工作面安裝在平行于主鏡(1)豎直直徑方向上；五棱鏡(3)安裝在導(dǎo)軌(9)上并可以沿豎直方向平移；自準(zhǔn)直平行光管(4)輸出一定口徑的標(biāo)準(zhǔn)平行光束經(jīng)五棱鏡(3)90°轉(zhuǎn)折后，沿平行于望遠(yuǎn)鏡主光軸射向主鏡(1)，經(jīng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后，從主鏡(1)中心孔輸出，會(huì)聚于望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的主光軸上；分劃板(5)置于望遠(yuǎn)鏡的卡氏焦點(diǎn)處；CCD探測(cè)系統(tǒng)(6)用于對(duì)平行光會(huì)聚點(diǎn)和分劃板(5)成像；主控計(jì)算機(jī)(7)對(duì)CCD探測(cè)系統(tǒng)(6)探測(cè)到的圖像進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算，得到像點(diǎn)位置，移動(dòng)五棱鏡(3)后得到另一組像點(diǎn)質(zhì)心位置，繼續(xù)移動(dòng)五棱鏡(3)能實(shí)現(xiàn)對(duì)主鏡(1)的徑向掃描，得到像點(diǎn)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的軌跡，最后經(jīng)主控計(jì)算機(jī)(7)處理得到主次鏡間距誤差。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于自準(zhǔn) 直平行光管(4)輸出的平行光口徑比五棱鏡(3) 口徑小，并且垂直于五棱鏡(3)的端面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于CCD 探測(cè)系統(tǒng)(6)包括CCD探測(cè)器和一個(gè)可變倍調(diào)焦鏡頭。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于導(dǎo)軌 (9)與主鏡(1)豎直直徑的距離應(yīng)使安裝在導(dǎo)軌上的五棱鏡(3)運(yùn)動(dòng)方向和主鏡(1)豎直直徑重合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于導(dǎo)軌 (9)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且安裝在導(dǎo)軌(9)上的五棱鏡(3)能沿導(dǎo)軌(9)方向步進(jìn)平移。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于主 控計(jì)算機(jī)(7)通過(guò)與步進(jìn)電機(jī)通信，控制安裝在導(dǎo)軌上的五棱鏡(3)的作高精度平移。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于當(dāng)主鏡(1)與次鏡(2)之間有沒(méi)有誤差時(shí)，從主鏡(I)中心孔輸出的光束會(huì)聚在卡氏焦點(diǎn)處， 即分劃板(5)所置位置；當(dāng)主鏡(1)與次鏡(2)之間存在誤差時(shí)，從主鏡(1)中心孔輸出的光束會(huì)聚點(diǎn)可能在卡氏焦點(diǎn)前面或后面，而在分劃板(5)上形成一彌散斑。
8、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于:該裝 置還可以對(duì)主鏡(1)與次鏡(2)之間的誤差進(jìn)行調(diào)校，CCD探測(cè)系統(tǒng)(6)在對(duì)像點(diǎn)的運(yùn) 動(dòng)大小和方向進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中，當(dāng)主次鏡間距存在誤差的時(shí)候，若像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與五棱鏡(3)運(yùn)動(dòng)方相反則主次鏡間距偏大，若像點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與五棱鏡(3)運(yùn)動(dòng)方相同則主次 鏡間距偏小，按照這一判據(jù)指導(dǎo)主次鏡間距調(diào)節(jié)，最終使像點(diǎn)不隨五棱鏡3運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)， 完成主次鏡間距調(diào)校。
全文摘要
一種檢測(cè)大型望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距的裝置，其特征在于包括自準(zhǔn)直平行光管、五棱鏡、導(dǎo)軌、分劃板、CCD探測(cè)系統(tǒng)和主控計(jì)算機(jī)；導(dǎo)軌安裝在平行于主鏡豎直直徑方向上；五棱鏡安裝在導(dǎo)軌上并可沿豎直方向平移；自準(zhǔn)直平行光管發(fā)出平行光線經(jīng)五棱鏡發(fā)生90°轉(zhuǎn)折后經(jīng)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)后會(huì)聚于主光軸上；分劃板置于卡氏焦點(diǎn)處；CCD探測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)平行光會(huì)聚點(diǎn)和分劃板成像；主控計(jì)算機(jī)對(duì)CCD探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到的圖像進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算，得到像點(diǎn)位置，移動(dòng)五棱鏡得到另一組像點(diǎn)質(zhì)心位置，繼續(xù)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)主鏡的徑向掃描，得到像點(diǎn)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的軌跡，經(jīng)主控計(jì)算機(jī)處理得到主次鏡間距誤差；本裝置實(shí)現(xiàn)了望遠(yuǎn)鏡主次鏡間距檢測(cè)的自動(dòng)化，提高了檢測(cè)精度，為大型望遠(yuǎn)鏡研制后期的系統(tǒng)裝調(diào)提供了重要保證。
文檔編號(hào)G02B23/00GK101236073SQ20081010129
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者吳時(shí)彬, 景洪偉, 曹學(xué)東, 偉 楊, 楊文志 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所