CN103018733B - 一种天文望远镜焦点定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天文望远镜焦点定位装置，包括能绕轴转动的承载平台、安装在轴上方的分光镜片和安装在承载平台上的反射镜片，另外，还包括有安装在承载平台上的三个互成120度排布的丝杆，其中丝杆与反射镜片位于同一直线光路上，分居在分光镜片的两侧，且丝杆上套有能沿丝杆前后运动的滑动座；且分光镜片和反射镜片分别通过可调镜座安装在滑动座上。本发明装置安装携带方便，可根据激光雷达探测信号的波长选取调焦光源，通过二维可调镜座对光路进行微调，以及通过滑动座摇柄与转盘摇柄对三束平行光的空间分布进行调整，以使三束平行光进入待调焦天文望远镜的物镜，进行其焦点的快速、准确定位，使用简单，成本低、便于固定与操作。

Description

一种天文望远镜焦点定位装置

技术领域

本发明属于激光雷达领域，具体涉及一种天文望远镜焦点定位装置，即一种大气探测激光雷达接收系统中望远镜焦点准确、简便和快速定位的装置及其使用方法。

背景技术

随着激光技术和光电探测技术的快速发展，大气探测激光雷达已经成为大气参数测量的有效手段，是实时监测大气风场、温度、气溶胶、云、水汽和污染物等的有力工具，具有高精度、高灵敏度和高时空分辨率等显著优点。

激光雷达接收系统中望远镜焦点的准确定位是保证大气激光雷达有效探测的关键技术之一，它关系到接收系统光路的准确设计和回波信号的有效接收。现有的天文望远镜焦点定位的方法大体有两种：一种是通过望远镜观察远距离目标（如1000 m的目标物），调整望远镜焦距，使目标清晰成像在人眼观察的位置，即初步定为望远镜焦点的位置。但这种方法往往受到工作环境的限制，不一定存在合适的目标物，定位上也存在误差；第二种方法是利用平行光管产生一束平行光，来确定望远镜焦点的位置。这种方法虽然可以准确定位望远镜焦点的位置，但需要专业人员临时搭建光学系统，调整光路，同时平行光管的口径要大于等于被测望远镜的口径，导致平行光管体积大，造价高。

基于此，设计一种功能完善的望远镜焦点定位装置和方法，实现对望远镜焦点的迅速、方便和准确的定位，对激光雷达接收系统的设计具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于天文望远镜焦点定位的装置，可以迅速、方便的对望远镜的焦点进行准确定位，解决激光雷达接收望远镜焦点定位不准造成的探测性能下降、测量精度差等问题。

本发明的望远镜焦点定位的方法是基于空间平行光从望远镜物镜入射后聚焦于望远镜焦点的原理，根据此原理设计了一种便携、简易的发射三束平行光的装置，作为望远镜焦点的定位装置，并且三束光在空间的位置可调节，以便于对焦点位置的观察和满足不同结构望远镜焦点定位的需要。

本发明提供的装置，包括有能绕轴转动的承载平台、安装在轴上方的分光镜片21-2和安装在承载平台上的反射镜片22-2，另外，还包括有安装在承载平台上的三个互成120度排布的丝杆（2-1、2-2、2-3），其中丝杆2-1与反射镜片22-2位于同一直线光路上，分居在分光镜片21-2的两侧，丝杆上套有能沿丝杆前后运动的滑动座；且分光镜片21-1和反射镜片22-1、22-4分别通过可调镜座安装在滑动座上。

所述的分光镜片21-1通过可调镜座20-1安装在丝杆2-1的滑动座上；反射镜片22-1通过可调镜座20-2安装在丝杆2-2的滑动座上；反射镜片22-4通过可调镜座20-3安装在丝杆2-3的滑动座上，且反射镜片22-3固定安装在承载平台上，与反射镜片22-4在同一直线光路上。

分光镜片21-1、反射镜片22-1、22-4分别与承载平台表面成45°角放置；且分光镜片21-2反射的光被反射镜片22-1反射后垂直于承载平台；分光镜片21-2透过的光经反射镜片22-2、22-3、22-4反射后垂直于承载平台。

上述的丝杆通过外定位座和内定位座安装在承载平台上，外定位座和内定位座内安装有使丝杆转动的轴承；且丝杆在内定位座端连接有从动伞齿，三个从动伞齿置于承载平台的轴中心孔处，与连接有滑动座手柄的主动伞齿相啮合。

上述的滑动座手柄通过两个滑动座摇柄轴承固定，且滑动座摇柄轴承中间有轴承隔套。

本发明的望远镜焦点定位装置还包含有用于使承载平台转动的部件，所述的部位包括有转盘轴承，转盘轴承固定与大同步带轮嵌套的轴，而大同步带轮通过同步带与带有转盘摇柄的小同步带轮连接，转盘摇柄通过转盘摇柄轴承固定；所述的转盘轴承嵌套在转盘支座内。

所述的承载平台为圆形转盘。

本发明的装置还包含有定位光源和用于承载定位光源的定位光源托板。

本发明的望远镜焦点定位装置的使用方法，包括以下步骤：

1）选取光源，将其安装在定位光源托板上，让光源发射的定位光沿着一根丝杆的方向，经分光镜片、反射镜片后将光分为三束垂直于所述圆形转盘表面方向的光，发射出去；

2）通过调整三个安装在丝杆滑动座上可调镜座的旋钮调整可调镜座上分光镜片与反射镜片的方向，使三束光平行；

3）转动承载平台，使三束平行光垂直于望远镜物镜方向射入望远镜，进行望远镜焦点的定位；

4）通过滑动座摇柄转动可调整三束平行光之间的距离，通过转盘摇柄转动可使三束平行光绕着圆形转盘中心转动，都可以对三束平行光的空间位置进行调整，以使三束光都能进入望远镜物镜，三束平行光通过望远镜后会会聚成一点，此交点初步确定为望远镜焦点位置；

5）通过滑动座摇柄和转盘摇柄对三束平行光的空间位置再次调整，调整过程中观察三束平行光通过望远镜后的交点位置是否发生变化，如果不变，可确定此交点为望远镜的焦点；

6）调整望远镜的调焦旋钮，以观察焦点的移动，调整到激光雷达接收光路系统设计需要的位置。

本发明装置安装携带方便，可根据激光雷达探测信号的波长选取调焦光源，通过二维可调镜座对光路进行微调，以及通过滑动座摇柄与转盘摇柄对三束平行光的空间分布进行调整，以使三束平行光进入待调焦天文望远镜的物镜，使用简单，成本低、便于固定与操作，可用于对不同口径、不同结构的天文望远镜进行焦点的准确定位。

附图说明

图1：本发明望远镜焦点定位装置的立体结构示意图；

图2：本发明望远镜焦点定位装置的光路调整机械结构图；

图3：本发明望远镜焦点定位装置侧向剖面示意图；

图4：本发明望远镜焦点定位装置上的光路示意图；

图5：利用本发明的望远镜焦点定位装置进行望远镜焦点定位的原理示意图；

其中，1、承载平台，2（2-1至2-3）、丝杆，3、外定位座，4、内定位座，5、轴承，6、滑动座，7、从动伞齿，8、主动伞齿，9、滑动摇柄，10、滑动摇柄轴承，11、轴承隔套，12、大同步带轮，13、小同步带轮，14、同步带，15、转盘支座，16、转盘轴承，17、转盘摇柄，18、定位光源，19、定位光源托板，20、可调镜座（20-1至20-6），21（21-1至21-2）、分光镜片，22（22-1至22-4）、反射镜片，23、转盘摇柄轴承、24、天文望远镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

如图1-图3所示，本发明提供的用于望远镜焦点定位的装置，包括机械结构：承载平台1、丝杆2（2-1至2-3）、丝杆外定位座3，丝杆内定位座4、轴承5、滑动座6、从动伞齿7、主动伞齿8、滑动摇柄9、滑动摇柄轴承10、轴承隔套11、大同步带轮12、小同步带轮13、同步带14、转盘支座15、转盘轴承16、转盘摇柄17，转盘摇柄轴承23。

如图3、图4所示，本发明提供的用于望远镜焦点定位的装置，包括光学结构：定位光源18、定位光源托板19、可调镜座20（20-1至20-6）、分光镜片21（21-1至21-2）、反射镜片22（22-1至22-4）。

如上所述的望远镜焦点定位装置，承载平台1为一个圆形转盘，其前端面以圆心为中心120度等分加工三条T型滑槽，每条T型滑槽外端安装丝杆外定位座3，T型滑槽的靠近圆盘中心内侧安装丝杆内定位座4，两端装有轴承5的丝杆2通过外定位座3和内定位座4固定于T型滑槽内。

如上所述的望远镜焦点定位装置，丝杆2上分别套有带螺纹的滑动座6，滑动座6上安装有用于放置分光镜片21-1的可调镜座20-1，放置反射镜片22-1的可调镜座20-2，放置反射镜片22-4的可调镜座20-3，分光镜片21-1、反射镜片22-1、22-4分别与圆形转盘表面成45°角放置。

如上所述的望远镜焦点定位装置，丝杆内定位座4输出端分别用键连接与圆形转盘表面成90度方向放置的从动伞齿7，三个从动伞齿7置于圆形转盘的中心孔处，与带有滑动座手柄9的主动伞齿8相啮合。

如上所述的望远镜焦点定位装置，滑动座手柄9通过两个滑动座摇柄轴承10固定，滑动座摇柄轴承10安装于圆形转盘后端面圆心位置，轴承隔套11安装于滑动座摇柄轴承10之间，帮助固定滑动座摇柄轴承10。

如上所述的望远镜焦点定位装置，圆形转盘后端面中心安装转盘支座15，转盘支座15里嵌套转盘轴承16，转盘轴承16固定与大同步带轮12嵌套的轴，大同步带轮12通过同步带14与带有转盘摇柄17的小同步带轮13连接，转盘摇柄17通过转盘摇柄轴承23固定。

如上所述的望远镜焦点定位装置,定位光源18通过托板19固定于圆形转盘1的一端，使得定位光源18的发射光沿着其中一根丝杆2-1的方向发射，经由丝杆2-1上的装在可调镜座20-1的分光镜片21-1将光分为两路，一路反射光垂直于圆形转盘1方向发射，一路透射光继续沿着原来的方向传输， 经圆形转盘1中心的分光镜片21-2将光分为两路，分光镜片21-2与入射光成30°角，以使反射光沿着丝杆2-2的方向传输，经丝杆2-2上的反射镜22-1反射后垂直于圆形转盘1方向发射出去；经过分光镜片21-2的透射光经过反射镜22-2反射至反射镜22-3上，反射镜22-2与反射镜22-3成一定角度固定放置在圆形转盘上，以使经过反射镜22-3的反射光沿着丝杆2-3的方向传输，经丝杆2-3上的反射镜22-4反射后垂直于圆形转盘1方向发射出去。

如上所述的望远镜焦点定位装置，分光镜片21-2安装于圆形转盘中心上的可调镜座20-4上，反射镜片22-2安装于丝杆2-1延长线上的可调镜座20-5上，反射镜片22-3安装于丝杆2-3上靠近圆形转盘1中心的可调镜座20-6上，可调镜座20-5、20-6固定安装在圆形转盘1上。

如上所述的望远镜焦点定位装置，其特征在于可以通过丝杆2上的可调镜座20-1、20-2、20-3上的旋钮微调垂直于圆形转盘1方向发射的三束光的角度，使三束光垂直于圆形转盘1表面平行发射。

如上所述的望远镜焦点定位装置，其特征在于通过滑动摇柄9可以驱动主动伞齿8转动，通过啮合带动三个从动伞齿7同步转动，即丝杆2同步转动，丝杆2上的滑动座6根据丝杆2旋转方向的不同同步的进行相对圆形转盘1圆心位置的伸缩运动，以调整三束平行光的空间位置。

如上所述的望远镜焦点定位装置，其特征在于通过转盘摇柄17带动小同步带轮13转动，小同步带轮13转动的同时通过同步带14带动大同步带轮12转动，以使圆形转盘1以圆心为中心转动，以调整三束平行光的空间位置。

如上所述的望远镜焦点定位装置，其特征在于定位光源18可根据激光雷达的探测信号波长来选取，放置于托板19上，进行望远镜焦点的定位，防止光波长不同引起的焦点定位偏差。分光镜片21选择透过率70%反射率30%的镜片，反射镜片22选择高反射率镜片。

如上所述的望远镜焦点定位装置进行望远镜焦点精确定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据激光雷达探测信号波长选取用于焦点定位的光源，固定于托板19上，让发射的定位光沿着丝杆2-1的方向，后经分光镜片21、反射镜片22和可调镜座20组成的光路系统，将光分为三束垂直于圆形转盘1表面方向的光，发射出去；

步骤2，调整三个可调镜座20-1、20-2、20-3的可调旋钮，来调整三束光的方向，使三束光垂直于圆形转盘1平行发射；

步骤3，如图5所示，圆形转盘1垂直放置，待调焦天文望远镜24水平放置，使三束平行光垂直于望远镜24物镜方向射入望远镜24，进行望远镜24焦点的定位；

步骤4，通过滑动摇柄9和转盘摇柄17对三束平行光的空间位置进行调整，以使三束光都能进入望远镜24物镜，没有遮挡，三束平行光通过望远镜24后会汇聚成一点，此交点可初步确定为望远镜的焦点位置F；

步骤5，通过滑动摇柄9和转盘摇柄17对三束平行光的空间位置再次调整，调整过程中观察三束平行光通过望远镜24后的交点位置是否发生变化，如果不变，可确定此交点为望远镜24的焦点F，如果发生变化，可调整三束平行光射入望远镜24的角度，但此时交点也是随着三束平行光空间位置不同在望远镜24焦平面内变化，即可以确定望远镜24的焦平面位置。

步骤6，调整望远镜24的调焦旋钮，以观察焦点F的移动，调整到激光雷达接收光路系统设计需要的位置。

Claims (8)

1.一种天文望远镜焦点定位装置，包括有能绕轴转动的承载平台（1）、安装在轴上方的第二分光镜片（21-2）和安装在承载平台（1）上的第二反射镜片（22-2），承载平台（1）上安装有三个互成120度排布的丝杆，为第一丝杆（2-1）、第二丝杆（2-2）和第三丝杆（2-3），丝杆上套有能沿丝杆前后运动的滑动座（6）；其中第一丝杆（2-1）与第二反射镜片（22-2）位于同一直线光路上，分居在第二分光镜片（21-2）的两侧，所述的装置还包括有第一分光镜片（21-1）、第一反射镜片（22-1）、第三反射镜片（22-3）和第四反射镜片（22-4）；其中第一分光镜片（21-1）通过可调镜座安装在第一丝杆（2-1）的滑动座上；第一反射镜片（22-1）通过可调镜座安装在第二丝杆（2-2）的滑动座上；第三反射镜片（22-3）和第四反射镜片（22-4）通过可调镜座安装在第三丝杆（2-3）的滑动座上；且安装第三反射镜片（22-3）的可调镜座固定在承载平台（1）上； 

所述的第一分光镜片（21-1）、第一反射镜片（22-1）和第四反射镜片（22-4）分别与承载平台（1）的表面成45°角放置；且第二分光镜片（21-2）反射的光被第一反射镜片（22-1）反射后垂直于承载平台（1）；第二分光镜片（21-2）透过的光经第二反射镜片（22-2）、第三反射镜片（22-3）和第四反射镜片（22-4）反射后垂直于承载平台（1）。 

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的丝杆通过外定位座（3）和内定位座（4）安装在承载平台（1）上。 

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述的外定位座（3）和内定位座（4）内安装有使丝杆转动的轴承（5）；且丝杆在内定位座（4）端连接有从动伞齿（7），三个从动伞齿（7）置于承载平台（1）的轴中心孔处，与连接有滑动座摇柄（9）的主动伞齿（8）相啮合。 

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述的滑动座摇柄（9）通过两个滑动座摇柄轴承（10）固定，且滑动座摇柄轴承（10）中间有轴承隔套（11）。 

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于还包含有用于使承载平台（1）转动的部位，所述的部位包括有转盘轴承（16），转盘轴承（16）固定与大同步带轮（12）嵌套的轴，而大同步带轮（12）通过同步带（14）与带有转盘摇柄（17）的小同步带轮（13）连接，转盘摇柄（17）通过转盘摇柄轴承（23）固定；所述的转盘轴承（16）嵌套在转盘支座（15）内。 

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述的承载平台（1）为圆形转盘。 

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于还包含有定位光源（18）和用于 承载定位光源（18）的定位光源托板（19）。 

8.如权利要求7所述的装置的使用方法，包括以下步骤： 

1）选取光源，将其安装在定位光源托板上，让光源发射的定位光沿着第一丝杆的方向，经分光镜片、反射镜片后将光分为三束垂直于承载平台表面方向的光，发射出去； 

2）通过调整三个安装在丝杆滑动座上可调镜座的旋钮调整可调镜座上分光镜片与反射镜片的方向，使三束光平行； 

3）转动承载平台，使三束平行光垂直于望远镜物镜方向射入望远镜，进行望远镜焦点的定位； 

4）通过滑动座摇柄转动可调整三束平行光之间的距离，通过转盘摇柄转动可使三束平行光绕着圆形转盘中心转动，都可以对三束平行光的空间位置进行调整，以使三束光都能进入望远镜物镜，三束平行光通过望远镜后会聚成一点，此交点初步确定为望远镜焦点位置； 

5）通过滑动座摇柄和转盘摇柄对三束平行光的空间位置再次调整，调整过程中观察三束平行光通过望远镜后的交点位置是否发生变化，如果不变，可确定此交点为望远镜的焦点； 

6）调整望远镜的调焦旋钮，以观察焦点的移动，调整到激光雷达接收光路系统设计需要的位置。 

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