CN104977726A - 一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置。本装置主要包括带点光源的光电探测器、六维调整台及控制器。工作时，将光电探测器中心点光源置于主镜球心附近，根据主镜球心处点光源发出的光会返回球心这一几何光学原理，调整六维调整台使得光电探测器输出误差为零，点光源即可高精度指示球心。自动跟踪模式时，控制器和调整架自动调整误差信号到零；手动跟踪模式时，手动调整误差信号到零。本发明采用主动发光的点光源，利用返回光斑形态好的特点，采用高精度光电探测器探测聚焦光斑，可以高精度探测返回光斑位置；同时利用自动控制技术和六维电动调整台完成了球心的高精度实时指示及跟踪，优化了望远镜装调流程。
Description
技术领域
本发明属于光学测量望远镜制作技术领域，具体涉及一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置。
背景技术
望远镜装调过程中，需要将主镜的光轴调整到指定位置，光轴由两个点确定，一个是主镜曲面顶点，另一个是球心，主镜曲面顶点可以在主镜孔内放置十字丝并调整与主镜曲面顶点尽量重合，具体见附图2；而球心的指示传统方法是通过在球心处放置十字丝，并在主镜后方用人眼观察十字丝是否与返回的像重合，如果不重合，需要调整十字丝位置使得与返回像重合，多次迭代直至确认十字丝与像完全重合后，十字丝位置就代表球心位置，后续的调整主镜倾斜过程中，每次调整都需要重复前面的过程使得十字丝代表球心位置。这种方法存在两个问题，第一个是人眼分辨率不够，精度受主观因素影响；第二个是球心一般都距离主镜较远，调整主镜光轴与垂直轴重合时，需要人爬到桁架顶部，观察起来特别不方便。用这种方法指示球心，调整主镜的倾斜比较费时(某国外1m望远镜说明书将这一步预留的时间定为2人配合8小时)，而且精度不高，一般低于250μm，即使在球心后架设测微望远镜观测(有的场合条件不允许)，精度一般也低于50μm。
发明内容
本发明要解决的问题是：针对现有球心指示装置精度低、调整过程耗时长的问题，提出了一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置。
本发明主要包括光电探测器及点光源，六维调整架及控制器，其主要原理为：利用主镜球心处点光源的像会返回球心这一几何光学原理，在主镜球心处放置一极细的点光源，利用点光源经主镜所成像与点光源位置的不重合度来调整点光源与返回光斑中心完全重合，完全重合后的点光源位置即代表了球心位置。同时利用光电探测器和控制器构成闭环，提高探测精度的同时也完成了球心的自动跟踪。在主镜倾斜调整过程中，将装置置于自动模式后，点光源位置始终与球心重合。
本发明与现有技术相比有以下优点：本发明采用主动发光的点光源，利用返回光斑形 态好的特点，采用高精度光电探测器探测聚焦光斑，可以高精度探测光斑位置；同时利用自动控制技术和六维电动调整台完成了球心的高精度实时指示及跟踪，无需人眼观察球心十字丝与其像的重合程度，相对于球心十字丝方式提高了装调精度和装调效率，同时提高了装调过程中人员和设备的安全性，见附图3。
附图说明
图1是本发明高精度球心指示及跟踪装置组成原理图；
图2背景技术提到的球心指示方法及主镜调整示意图；
图3是利用本装置的球心指示方法及主镜调整示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明为一种望远镜主镜球心指示及跟踪装置，组成图如图1所示，其包括由光电探测器及点光源、六维调整台和控制器。采用的光电探测器可以为CCD、CMOS、PSD、QD或其他能输出光斑位置的光电探测器，本实施例采用QD，如图1所示，在QD的中心有一个点光源，直径为30μm。如图3所示，本实例主镜面型为抛物面，直径1000mm，焦距1500mm，球心距离主镜顶点约为3000mm。在主镜球心处放置球心指示及跟踪装置，点光源经主镜反射聚焦后成像于球心附近，通过Zemax光线追迹可得光斑直径约为10mm，此时光斑太大，不利于提取，减小光阑到约600mm口径(可在光路合适位置处放置)，具体计算参数和光斑直接结果如表1所示，从表中可以看出此时光斑直径大约2mm，QD上光斑形态非常好(Zemax分析仅有圆对称像差)。根据2mm的光斑本发明实例选择一款像元间隙为50μm，每个像元宽度为2mm的QD，探测精度可以达到5μm。点光源安装误差经算法修正后能达到5μm，则球心指示精度优于10μm。
当粗调整使得光斑位于QD靶面内时，QD就能输出光斑中心位置信号，利用这个位置信号就可以指导操作人员手动将光斑与点光源重合，也可以将装置置于自动模式，此时装置自动将光斑与点光源重合。
表1 结合实例的Zemax参数和光斑直径计算表格
| # | Type | Comment | Curvature | Thickness | Glass | Semi-Diameter | Conic |
| 0 | STANDARD | 光源 | Infinity | 3009.900 | 0.000 | 0 | |
| 1 | STANDARD | 主镜 | -3000.000 | -3009.927 | MIRROR | 298.520 | -1.0 |
| 2 | STANDARD | 光电探测器 | Infinity | 0.000 | 0.983 | 0 |
运用此装置进行主镜倾斜调整时，粗调整使QD输出光斑中心位置，切换到自动模式，本装置就能自动跟踪主镜球心，实现球心的高精度实时指示，无需人为干预，采用这套装置后，我们成功地将主镜倾斜调整时间缩短为10分钟。
不同的探测器和点光源组合配合不同的主镜参数可以达到不同的指示精度，本实例参数仅是其中一个实现，具体情况可根据实际需要进行设计。
Claims (6)
1.一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置，其特征在于：包括光电探测器及点光源，六维调整架及控制器；利用主镜球心处点光源的像会返回球心这一几何光学原理，在主镜球心处放置一极细的点光源，利用点光源经主镜所成像与点光源位置的不重合度来调整点光源与返回光斑中心完全重合，完全重合后的点光源位置即代表了球心位置，同时利用光电探测器和控制器构成闭环，提高探测精度的同时也完成了球心的自动跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置，其特征在于：使用步骤为：装置置于手动模式时，需要手动调整x、y方向位置使得光电探测器输出误差信号为零，在主镜倾斜调整过程中，每次调整后都需要手动将探测器误差信号归零；装置置于自动跟踪模式时，光电探测器输出的误差信号经控制器计算后控制x、y方向电机使得返回的光斑中心与点光源自动重合，在主镜倾斜调整过程中，本装置实时指示并跟踪球心的移动，无需人为干预。
3.根据权利要求1所述的一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置，其特征在于：点光源的波长为可见光，便于粗调整。
4.根据权利要求1所述的一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置，其特征在于：点光源与光电探测器闭环点完全重合。
5.根据权利要求1所述的一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置，其特征在于：自动模式时至少x、y平移方向为电动，且能与光电探测器配合形成闭环控制。
6.根据权利要求1所述的一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置，其特征在于：光电探测器为能输出光斑位置的光电探测器，包括CCD、CMOS、PSD、QD。
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| CN201510237442.2A CN104977726A (zh) | 2015-05-12 | 2015-05-12 | 一种用于望远镜装调的高精度主镜球心指示及跟踪装置 |
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