CN1013901B - 反射望远镜主反射器 - Google Patents

Abstract

反射望远镜的主反射器具有若干单个多边形反射体，及为反射体而配备并置于其下面的定位的调节元件，该反射器表面通过将若干多边形反射体内、外边缘径向连接而构成一整圆表面。各反射体均有中空空间的支承结构，以减轻反射体重量，其半成品有对应加工后近似球面的表面形状，而用作其表面及形状的最后加工工序是单个地研磨和抛光。

Description

本发明涉及反射望远镜的主反射器，它包括若干单个的多边形反射体，及适配于所述反射体并配置于这些反射体下面的定位和调节元件，该反射器表面通过将这些多边形反射体内、外边缘径向组合，而由各反射体构成一整圆表面。

具有10米的反射器直径，被称作Mauna    Kea反射望远镜的这种反射望远镜仍处于设计阶段（详见星球与太空Sterne    und    Weltraum    8-9期1984年，412页;应用光学Appl.Optics    21卷（1982）142631-2641号）。

在这种反射望远镜中，主反射器是由构成蜂窝结构反射器表面的36个六边形反射体组成的，在其中部由于卡塞格伦聚焦（Cassegrain    focus）的观察目的去除了一个反射体。这种单个六边形反射体的本身制造存有不少问题。它们均被切割成六边形的抛物面的若干离轴段面（off-axis    segment）。（详见应用光学Appl.Optics，19卷1980，14，2332-2340号）。在制造期间，作为欲成形工件，要选择圆形工件通过精确限定的切割及作用其边缘上的弯曲力而使其变形。制成已变形的半成品后，则研磨成一球面。然后撤除所施力。只要适当选择所施加的力，卸载后每一反射体均成形为主反射器抛物面段面所要求的形状。但是已经发现，在切割六面体时会出现差错。

另外，取决于这种反射望远镜主反射器所处的位置，因气流的推动和温度的变化，单个薄壁六边形反射体的位置必须予以再调整。为此目的，每个反射体段面的支承点需连接三个位置控制器，以便该反射体再聚焦并在两个倾斜（declination）方向上对它予以调整。在各反射体的 边缘，提供有传感器用以检测与其相关的邻近反射体的位移。与检测反射体整个曲率的三个倾斜传感器一起，它们给出供一计算机系统进行处理的信息，以检制全部108个位置控制器。因为有总共168个不同的传感器，所以容许这些单个传感器失误的冗余度还是足够的。然而在此种配置中，这些反射体的前侧将不会干扰监测系统。仅是偶然地需通过星座来进行再调整，这样在白天也可进行红外观察。而传感器与位置控制器需在至少50毫微米的精度下工作。

在联邦德国3538208号专利对此种反射望远镜主反射器的理论设计的说明中，其反射体为圆盘状，这样，在各单个反射体之间，就形成了用以支承反射体及用于栅格结构或其阴影区域的闲置空间，现已发现这种闲置空间对主反射器的红外适应性存在问题，主反射器支承结构的这种闲置空间区域中的金属部件，可将热幅射传送到配置在主反射器焦点处的探测器上，从而干扰所接收的来自空间的信号。

主反射器的红外适应性对于探测空间中具有重量、但靠这种主反射器用肉眼却看不到的较暗物体是需要的。从理论上讲，上述闲置空间自身红外热幅射的现象可以通过某些技术上的防范措施予以排除。但是这样做，其费用是极高的。

根据联邦德国3538208号专利有关这种反射望远镜的一些理论设想作出了一些设计，这些设计中即提出了这种主反射器的红外适用性问题，因而导致了对具有10米反射器直径的Mauna    Kea反射望远镜主反射器的理论设计。但是即使基本上封盖了反射器表面，仍会发现这种干扰红外幅射的观象。所述的红外幅射会被导回至相邻六边形反射体连接线区域中所配置的传感器上，而所述传感器是用于检测邻近反射体之间的位移的。Mauna    Kea反射望远镜的主反射器具有总共168个位移传感器，以及总数为36个的六边形反射体。这些也会产生出相当大量的幅射，因而会更加干扰红外幅射。因此根据现有技术的这种主反射器不仅 有下述的问题，即在加载情况下研磨的单个反射体仅能研磨成球面离轴段面，而且这存在着由于完全依赖位移传感器而缺乏红外适应性的问题。最后，由于六边形反射体构成的主反射器的外轮廓并非平滑一致这一原因，造成点成像及变换传输（modulation    transmmision）功能中出现负效应（negative    effects）的结果。

据此，本发明的目的是提供一种上述类型的反射望远镜主反射器，所述主反射器具有较轻的总重，且对此主反射器而言，单个反射体的简化又经济的制作成为可能。

实现上述目的的方法取决于下述特点：带有支承结构的每一反射体均有多个中空空间，以减轻反射体的重量，反射体半成品的表面形状是极为近似成品反射器表面的球面，在反射器表面的形状和表面最后处理过程中，各反射体为单个地予以研磨和抛光的。根据本发明具有较大直径圆形外轮廓的主反射器，是由所述反射体表面几乎无间隙地相组合而构成，可用构成一个圆形表面的各种形状结构的反射体，所述反射体表面既可单个抛光，也可组合抛光，这样，使得它们可成形为球面离轴段面的形状。这种主反射器最好为抛物面形状，但也可是其它不同形状，如Ritchey-chretien反射望远镜的形状。由于主反射器对应于较大的总直径或较大的总孔径，所以它的组合成中央式反射体的各单个反射体均为主反射器的离轴段面，所述段面既可单个研磨、抛光也可组合在一起加工。以此种方式加工出的每个反射体呈一种支承结构，例如蜂窝状结构。其材料可使用石英或石英陶瓷。以这种方式连带上述研磨方法即可将所制备的反射体加工成形，且仅需对其单个精磨加工或组合加工。也就是说单个反射体的半成品作为待加工工件在研磨工序之前已经具有其最后形状，从而仅需通过研磨工序就其表面和形状予以最后加工。而此研磨工序既可分别进行也可组合完成。使用由若干多边形反射体构成的主反射器，以基本近似完全的圆表面作为其反射表面，可在点成像及变 换传输功能方面得到极佳的效果。另外在反射体下面配置全部支承和调节元件，可实现在紧靠反射器表面的有效区域中没有干扰红外源出现，因而也不会产生干扰红外幅射。从而可使根据本发明的主反射器具有所要求的红外适应性。

上述主反射器的单个反射体是由预制的轻型结构体构成，呈近似六边形或等多边形，并带有弯曲的边缘，通过对其研磨并抛光使得用于主反射器离轴段面形状的研磨、抛光设备可允许有一定自由度。利用极坐标以计算机来控制，可实现对设备的实时导引。这样即可制作出作为大型天文反射器的大直径主反射器，且反射体可直接进行离轴研磨及精抛光，并可近乎无间隙地予以组合。

在反射体的下方，还配置了支承和调节元件，当然也包括倾斜传感器。这样每个反射体可分别予以控制以调节至公共焦点上。这种控制有必要以计算机控制来满足极精确的宽容度。这样各单个反射体间的光学无效分离线（optically    ineffective    separation    lines）可从任何干扰热幅射中去除，而不影响成像质量。这样，根据本发明的主反射器具有完全的红外适应性和极高的灵敏度。从理论上讲其直径也可无限制地延伸。

下面将根据附图中所展示的反射望远镜主反射器的一种实施例对本发明予以详细说明。其中：

图1    为具有中央孔径主反射器的俯视图;

图2    为主反射器一单个六边形反射体与图1相比放大的透视图;

图3    为反射体的支承元件;

图4    为在一个支承元件区域内对反射体的剖视图。

图1俯视图所示的反射望远镜主反射器20，包括若干单个的多边形反射体1至11，及与其相配置的支承和调节元件12。由各多边形反射体构成的主反射器20的外边缘，其中1至6具有不同的形状，且它们的外 缘即为主反射器20的圆周边。它们的内侧，首先邻接的是不规则多边形反射体7，8。主反射器20的基面是由若干六边形反射体9所构成。圆形孔径19构成了主反射器20的圆心中央。此外有若干不同形状的多边反射体10，11，而它们的内缘形成了中央孔径19的外边。沿用此种方式，若干单个六边形反射体9，以及若干与六边形反射体9外缘沿径向组合的反射体1至8，共同组构整圆表面，在主反射器20的中央环绕其中央孔径19还有若干反射体10，11，它们位于六边形反射体9的内缘，进而构成了主反射器20的反射表面。

各反射体10，11，特别是各六边形反射体9，均为预成形具有蜂窝结构的轻质材料（见联邦德国专利3018785）。具体而言，其材料可为石英或石英陶瓷等适于主反射器轻质结构的材料。鉴于主反射器20有较大总孔径宽度，所以单个反射体1至11均为轻质材料，并构成了主反射器的若干离轴段面，且均为这样的预制件：使得仅需在接续的研磨工序之后予以精加工。这也就是说，每个反射体1至11的半成品在研磨工序之前作为待加工工件已具备了其最后形状，仅需通过研磨工序就其工件表面及形状进行最后加工即可。此道研磨工序可以单个完成也可组合进行。在每个反射体1至11的下侧配置有镗孔21，单个的支承和调节元件12即配备其中。

图3的透视图，展示了单个六边形反射体支承台13，且在支承板16上总共有6个支承和调节元件12。如图4所示，单个支承和调节元件12穿入单个反射体9下侧的镗孔21中，但并不伸到这些反射体的表面双层壁的支承板16带有压力-介质源（pressure-medium    supplies）14，15，接至定位和调节缸18，使支承和调节活塞17在所述缸中被导引，且它以单件形式相接于支承和调节元件12。沿用这种方法，即可调节整个主反射器20中的各反射体1至11。

每个反射体1至11的支承和调节元件，可根据反射体的几何形状予 以调节和配置，这样以液压可控支承的方式，于主反射器焦点处所要求的精度上，将所支承的反射体1至11保持在主反射器的任意位置中，并可借助计算机控制的精调元件予以持续的再调整。也即是说对于反射体多边形外缘的不同形状而言，在考虑各反射体稳定性和重量的情况下，可选择不同的支承和调节配置。

在未示出的方案中，一种较大轻质反射器具有较大直径，且通过旋转可予以对称研磨，这种反射器可配置在主反射器的中央，另外对于所述的较大反射器离轴表面的段面可无间隙地连接，这样即可形成一整圆表面。这种离轴表面段面是以可控、可调方式分别配置的，因此它们构成了圆形的、因而具有光学效应的主反射器。

在未示出方案的细部结构中，位移传感器直接置放于呈蜂窝结构、并以石英玻璃制成的单个反射体中空的空间中，所以不存在任何主反射器红外适应性方面的问题。这种轻质结构石英玻璃反射体是在1987年9月14-18日幕尼黑科学空间会议所发的宣传册中披露的。此种反射体盖板通过所谓坍落（slumping）方式使其成形为所要求的几何形状而进行预弯曲，然后在一石英玻璃结构上例如经熔焊而连接至一基板。最后对反射体的表面进行研磨和抛光至最终形状。作为此道工序可以单个予以研磨，也可将具有相同表面形状的几个反射体组合起来进行研磨，然后对所述反射体共同加工。

Claims (4)

1、一种反射望远镜的主反射器，包括多个多边形反射体以及配备于所述反射体且置于反射体下面的定位和调节元件，该反射器表面通过将多个多边形反射体内、外边缘径向连接而构成一整圆表面，其特征在于

每个反射体(1至11)均设置具有多个蜂窝结构的中空空间的支承结构，以减轻反射体(1至11)的重量，反射体(1至11)的半成品均具有对应于加工后反射体表面的近似球面形状的表面形状，且反射体(1至11)用作该反射器表面的表面和形状的最后加工工序均为单个地研磨和抛光。

2、根据权利要求1的主反射器，其特征在于对表面形状而言，具有相同形状的反射体（1至11）是组合研磨和抛光的。

3、根据权利要求1或2的主反射器，其特征在于反射体（1至11）是用石英或石英陶瓷制成的。

4、根据权利要求1的主反射器，其特征在于为检测各单个反射体（1至11）的相对位置，在单个反射体（1至11）蜂窝结构的中空空间中配置有检测传感器，并由计算机控制的系统来控制该检测传感器，及所需的驱动元件（执行元件）和调节元件（12），以便对所述单个反射体（1至11）予以精确调节和控制，同时可进行持续的监控。

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