CN101236073A - 一种检测大型望远镜主次镜间距的装置 - Google Patents
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Abstract
一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于包括：自准直平行光管、五棱镜、导轨、分划板、CCD探测系统和主控计算机；导轨安装在平行于主镜竖直直径方向上；五棱镜安装在导轨上并可沿竖直方向平移；自准直平行光管发出平行光线经五棱镜发生90°转折后经望远镜光学系统后会聚于主光轴上；分划板置于卡氏焦点处；CCD探测系统用于对平行光会聚点和分划板成像；主控计算机对CCD探测系统探测到的图像进行质心计算，得到像点位置，移动五棱镜得到另一组像点质心位置，继续移动实现对主镜的径向扫描，得到像点质心运动的轨迹，经主控计算机处理得到主次镜间距误差；本装置实现了望远镜主次镜间距检测的自动化，提高了检测精度，为大型望远镜研制后期的系统装调提供了重要保证。
Description
技术领域
本发明属于望远镜研制后期的检测技术研究领域，涉及一种检测大型望远镜主次镜间距的装置。
背景技术
望远镜的集光能力随着口径的增大而增强，望远镜的集光能力越强，就能够看到更暗更远的天体，这其实就是能够看到了更早期的宇宙。天体物理的发展需要更大口径的望远镜。但是，随着望远镜口径的增大，一系列的技术问题接踵而来，其中的问题之一就是：大口径光学系统装调误差的检测。
大口径光学系统装调误差的检测往往成本高、空间分辨率低。用子孔径拼接法检测大口径透镜的方案，对扩大空间测量范围、保持高的空间分辨率、高测量精度和低成本有重要意义。其中，获得高精度的子孔径波面分布和有效的拼接方法是整个方案技术的关键，而五棱镜光束转折系统是进行子孔径扫描、探测获取子孔径波面的关键技术之一；五棱镜具有使光线转折90°的光学特性，只要入射光线的方向固定，即使五角棱镜在主截面内有些偏转，出射光线的方向仍将始终保持与入射光线垂直，达到精确垂直转向；因此，采用五棱镜进行大型望远镜系统装调误差检测技术研究就是一个非常有意义的研究课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供了一种采用五棱镜进行大型望远镜系统检测主次镜间距的装置，此装置用于自动、高精度地检测大型望远镜主次镜间距误差，进而可以指导望远镜主次镜间距的调校。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，用于检测大型望远镜的构成主光路系统的主镜和次镜之间的间距，其特征在于：由自准直平行光管、五棱镜、导轨、分划板、CCD探测系统和主控计算机组成；
导轨工作面安装在平行于主镜竖直直径方向上；
五棱镜安装在导轨上并可以沿竖直方向平移；
自准直平行光管输出一定口径的标准平行光束经五棱镜90°转折后，沿平行于望远镜主光轴射向主镜，经望远镜系统后，会聚于系统卡氏焦点处；
分划板置于望远镜的卡氏焦点处；
CCD探测系统用于对平行光会聚点和分划板成像；
主控计算机对CCD探测系统探测到的图像进行质心计算，得到像点位置，移动五棱镜后得到另一组像点质心位置，继续移动五棱镜能实现对主镜的径向扫描，得到像点质心运动的轨迹，最后经主控计算机处理得到主次镜间距误差。
所述的自准直平行光管输出的平行光口径比五棱镜口径小，并且垂直于五棱镜的端面。
所述的CCD探测系统包括CCD探测器和一个可变倍调焦镜头。
所述的导轨与主镜竖直直径的距离应使安装在导轨上的五棱镜运动方向和主镜竖直直径重合。
所述的导轨采用步进电机驱动，且安装在导轨上的五棱镜能沿导轨方向步进平移。
所述的主控计算机通过与步进电机通信，控制安装在导轨上的五棱镜的作高精度平移。
本发明装置的工作原理：自准直平行光管发出的平行光经五棱镜发生90°转折后到达望远镜系统主镜，经主镜和次镜组成的望远镜光学系统后从主镜的中心孔输出，会聚于望远镜光学系统主光轴上；当主次镜间距存在误差时，从主镜中心孔输出的光束会聚点可能在卡氏焦点前面或后面，在分划板上就形成一弥散斑；通过步进电机驱动导轨，从而控制五棱镜沿导轨作步进平移，实现平行光对在主镜的径向方向的平移扫描，由于主次镜之间存在误差，导致在卡氏焦点处的像点质心位置也会发生改变；在分划板后面放置的CCD探测系统能对像点的运动大小和方向进行实时监控，经主控计算机进行质心探测处理后可以得到像点运动轨迹，从而计算出主次镜间距误差的大小，可以依照若像点运动方向与五棱镜运动方相反则主次镜间距偏大，若像点运动方向与五棱镜运动方相同则主次镜间距偏小，进而对其进行调校。
本发明与现有技术相比所具有如下优点：
1.本发明解决了大尺度望远镜系统的主次镜间距调校问题，利用五棱镜扫描方式对被检测望远镜的尺度扩展性很大，由于此检测装置不再需要其它精密的光学仪器，系统成本较低；
2.本发明利用了步进电机驱动器驱动五棱镜精密位移，能实现高精度的自动控制，检测效率很高；
3.本发明采用了CCD高精度图像探测技术，并采用了成熟的质心探测算法，能准确快速的计算出像点在分划板上的位置，并能得到像点的运动轨迹，能方便的计算出主次镜间距误差；
4.本发明采用了可变倍CCD成像镜头，能增大系统视场范围，对主次镜较大范围内的间距误差都能进行检测。
附图说明
图1为导轨、五棱镜和望远镜主镜位置关系图；
图2为分划板和CCD探测系统结构图；
图3为分划板刻线示意图；
图4为主次镜间距检测系统示意图；
图中1为主镜，2为次镜，3为五棱镜，4为自准直平行光管，5为分划板，6为CCD探测系统，7为主控计算机，8为位移驱动器，9为导轨。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
图1所示为导轨、五棱镜和主镜位置关系图，图中给出了五棱镜的安装方向和运动方向，五棱镜3安装在导轨9上，导轨9采用步进电机驱动，五棱镜3能沿导轨9方向步进平移，导轨9的工作面安装在平行于主镜1竖直直径方向，与主镜1竖直直径的距离应使安装在导轨9上的五棱镜3的运动方向和主镜1竖直直径重合，导轨9的底座直接连接在主镜支架(四通)上。
图2为分划板和CCD探测系统结构图，分划板位于望远镜卡氏焦点处，CCD探测系统集成了CCD图像探测器和可变倍调焦镜头；
图3的分划板刻线示意图，能限定像点相对位置关系，为后续图像处理提供方便；
图4为主次镜间距检测系统示意图，本发明装置由自准直平行光管4、五棱镜3、导轨9、分划板5、CCD探测系统6和主控计算机7组成，其中自准直平行光管4能发出一定口径的标准平行光；CCD探测系统6由变倍镜头和相机组成，为得到清晰像，要求CCD探测系统6相对于分划板5在一定范围内距离可调；长行程精密电控导轨9距主镜的距离越近越好，利于提高扫描范围，因为扫描到靠近主镜中心区域，五棱镜距主镜越远越容易挡光；其余各部分安装应沿光轴方向精密准直，保证光学系统的共光轴。
自准直平行光管4发出的平行光经五棱镜3发生90°转折后到达望远镜主镜1，经主镜1和次镜2组成的望远镜光学系统后从主镜1中心孔输出，会聚于主光轴上。当主次镜间距没有误差时，从主镜中心孔输出的光束会聚在卡氏焦点处，即分划板5所置位置；当主次镜间距存在误差时，从主镜中心孔输出的光束会聚点可能在卡氏焦点前面或后面，即在分划板5上就形成一弥散斑；这样，随着平行光在主镜1径向方向平移扫描，在卡氏焦点处的像点质心位置也会发生改变，最后在分划板后面放置的CCD探测系统6能对像点的运动大小和方向进行实时监控，经主控计算机7进行质心探测处理后可以得到像点运动轨迹，从而计算出主次镜间距误差得大小。
本发明的控制系统工作方式是开环控制，通过调节五棱镜3在主镜1径向移动，在分划板5上得到不同的像点质心位置。
本发明装置还可以对主次镜的间距误差进行调校，CCD探测系统6在对像点的运动大小和方向进行实时监控的过程中，如果主次镜间距存在误差，若像点运动方向与五棱镜3运动方相反则主次镜间距偏大，若像点运动方向与五棱镜3运动方相同则主次镜间距偏小，按照这一判据可以指导主次镜间距调节，最终使像点不随五棱镜3运动而运动，完成主次镜间距调校。
Claims (8)
1、一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，用于检测大型望远镜的构成主光路系统的主镜(1)和次镜(2)之间的间距，其特征在于：由自准直平行光管(4)、五棱镜(3)、导轨(9)、分划板(5)、CCD探测系统(6)和主控计算机(7)组成；
导轨(9)工作面安装在平行于主镜(1)竖直直径方向上；
五棱镜(3)安装在导轨(9)上并可以沿竖直方向平移；
自准直平行光管(4)输出一定口径的标准平行光束经五棱镜(3)90°转折后，沿平行于望远镜主光轴射向主镜(1)，经望远镜系统后，从主镜(1)中心孔输出，会聚于望远镜光学系统的主光轴上；
分划板(5)置于望远镜的卡氏焦点处；
CCD探测系统(6)用于对平行光会聚点和分划板(5)成像；
主控计算机(7)对CCD探测系统(6)探测到的图像进行质心计算，得到像点位置，移动五棱镜(3)后得到另一组像点质心位置，继续移动五棱镜(3)能实现对主镜(1)的径向扫描，得到像点质心运动的轨迹，最后经主控计算机(7)处理得到主次镜间距误差。
2、根据权利要求1所述的一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于：自准直平行光管(4)输出的平行光口径比五棱镜(3)口径小，并且垂直于五棱镜(3)的端面。
3、根据权利要求1所述的一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于：CCD探测系统(6)包括CCD探测器和一个可变倍调焦镜头。
4、根据权利要求1所述的一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于：导轨(9)与主镜(1)竖直直径的距离应使安装在导轨上的五棱镜(3)运动方向和主镜(1)竖直直径重合。
5、根据权利要求1所述的一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于：导轨(9)采用步进电机驱动，且安装在导轨(9)上的五棱镜(3)能沿导轨(9)方向步进平移。
6、根据权利要求1所述的一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于：主控计算机(7)通过与步进电机通信，控制安装在导轨上的五棱镜(3)的作高精度平移。
7、根据权利要求1所述的一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于：当主镜(1)与次镜(2)之间有没有误差时，从主镜(1)中心孔输出的光束会聚在卡氏焦点处，即分划板(5)所置位置；当主镜(1)与次镜(2)之间存在误差时，从主镜(1)中心孔输出的光束会聚点可能在卡氏焦点前面或后面，而在分划板(5)上形成一弥散斑。
8、根据权利要求1所述的一种检测大型望远镜主次镜间距的装置，其特征在于：该装置还可以对主镜(1)与次镜(2)之间的误差进行调校，CCD探测系统(6)在对像点的运动大小和方向进行探测的过程中，当主次镜间距存在误差的时候，若像点运动方向与五棱镜(3)运动方相反则主次镜间距偏大，若像点运动方向与五棱镜(3)运动方相同则主次镜间距偏小，按照这一判据指导主次镜间距调节，最终使像点不随五棱镜3运动而运动，完成主次镜间距调校。
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