CN108387207A - 大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置及其方法，检测装置安装在望远镜相邻的三块反射面上，其特征在于，其中两个相邻的第一反射面与第二反射面上分别固定有第一反射镜与第二反射镜；第三反射面上固定有点光源，该点光源的光束经过小分光棱镜、小型望远镜与大分光棱镜，分成两束，分别达到所述的第一反射镜与第二反射镜；所述CCD相机和点光源关于小分光棱镜共轭，且同时位于小型望远镜的焦平面上；所述点光源和CCD相机分别与计算机相连。此种方法简单，成本低，这种用一个光电角度测量系统同时测量相邻三块反射面角度的变化量可以有效地减少随机误差的影响，提高检测精度。

Description

大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置，属于光电检测技术领域中一种对角度进行检测的装置。本发明还涉及这种检测装置的检测方法。
背景技术
对于大型或极大型的望远镜来说，其中都采用了反射面拼接技术。为了能使望远镜的面型达到使用要求，需要使用传感器时时监控相邻反射面角度的变化情况，并根据此监控结果对望远镜的反射面进行合理的补偿。而大型或极大型望远镜的往往由几十甚至成百上千个反射面组成，因此需要大量的角度传感器。这样不仅会增加成本，增大望远镜系统的重量，且由于每个角度传感器的测量基准不同，所以精度不高。
在已有的技术中，与本发明最为接近的已有技术是：对于拼接镜面的常规角度测量方法，如图1所示：包括两两相邻的反射面三个反射面（反射面1-1，反射面1-2，反射面1-3），每两个反射面的交线上横跨着一个角度传感器（角度传感器1-4，角度传感器1-5，角度传感器1-6）。此方法是最常用的方法，如由中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所承担研制LAMOST望远镜就是用此方法。
已有的拼接镜面动态角度检测方法质量重，成本高，维护保养不便，且由于每一个角度传感器的测量基准不同导致最终的测量精度低。
为了克服已有技术存在的缺点，需要特设计一种可以同时检测相邻的两两接触的三个反射面相对角度变化方法。
发明内容
本发明对方目的是提供一种大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置，属于光电检测技术领域。本发明还提供这种检测装置的检测方法。要解决的技术问题是：用一个光电角度传感器同时检测两两相邻的三个反射面的相对角度变化量。
完成上述发明任务的技术方案是：一种大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置，检测装置安装在相邻的三块反射面上，其特征在于，其中两个相邻的反射面（第一反射面与第二反射面）上分别固定有第一反射镜与第二反射镜；第三块反射面上固定有点光源，该点光源的光束经过小分光棱镜、小型望远镜与大分光棱镜，分成两束，分别达到所述的第一反射镜与第二反射镜；所述CCD相机和点光源关于小分光棱镜共轭，且同时位于小型望远镜的焦平面上；所述点光源和CCD相机分别与计算机相连。
所述的第一反射镜与第二反射镜反射回来的光束分别经过大分光棱镜、小型望远镜、小分光棱镜进入CCD相机。
所述第一反射镜与第二反射镜法线方向互不垂直，且不能与反射面的交线AO平行。
换言之，本发明的点光源经过小型望远镜；后的出射光同时照亮互不垂直的两个反射镜，每个反射镜反射回来的光斑同时包含其所对应的反射面沿着两个交线旋转的角度信息。通过计算机处理所采集到的光斑，最终可求解出这三个反射面相互之间的角度变化量。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，步骤如下，
第一步，搭建权利要求1所述的装置；
第二步，标定光斑在CCD相机上的偏移量与反射面角度变化量的关系：
让第一反射面绕交线AO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向；
再让第一反射面绕BO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向；
让第二反射面绕交线AO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向；
再让第二反射面绕CO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向；
第三步，根据所采集到的光斑，计算出反射面间的相对角度变化量。
更具体和更详细地说，解决技术问题的总体方案的第一步是，按照图2所示的检测方法搭建测量装置，该装置包括三个反射面（第一反射面1，第二反射面2，第三反射面3），CCD相机4，小分光棱镜5，小型望远镜6，大分光棱镜7，第一反射镜8，第二反射镜9，点光源10，计算机11。第一反射镜8安装在反射面板1上，第二反射镜9安装在反射面板2上；CCD相机4和点光源关于小分光棱镜5共轭，且同时位于小型望远镜6的焦平面上；点光源10和CCD相机4分别与计算机11相连。
第二步是，标定光斑在CCD相机4上的偏移量与反射面角度变化量的关系。让第一反射面1绕交线AO旋转，记录光斑在CCD相机4上的偏移方向，再让第一反射面1绕BO旋转，记录光斑在CCD相机4上的偏移方向；对于第二反射面2则采用同样的方法，确定第二反射面2绕AO和CO轴旋转时其光斑在CCD相机4上的偏移方向。
第三步是，根据所采集到的光斑，计算出反射面间的相对角度变化量。
工作原理说明：点光源10发出的光经过小型望远镜6扩束后，再经大分光棱照射到第一反射镜8和第二反射镜9上，由于第一反射镜8和第二反射镜9互不垂直，那么其反射回来的光线在CCD相机4上所成的像就会分开，这样就可以找到各反射镜所对应的像；通过分别标定第一反射面1绕交线AO和交线BO旋转时，第一反射镜8反射光线在CCD相机4上所成像的移动方向，那么对于第一反射镜8反射回来的光线在CCD相机4上所成任何位置的像都可以分解成沿着这两个方向的，也就可以求解出第一反射面1绕交线AO和交线BO旋转的信息，对于第二反射面2采用同样的方法可得到其绕AO和CO轴旋转的角度；通过光斑不同的偏移方向来确定相互角度变化的正负，最终通过计算机求解出这三个反射面之间的相对角度变化量。
本发明的积极效果：对两两相交的三个反射进行相对角度检测时，只采用了一组光电角度传感器，简化了检测的复杂度，降低了成本，且由于只采用了同一个基准，进而提高了检测精度。
附图说明
图1是已有技术的测量方法示意图；
图2是本发时的测量方法示意图，摘要附图亦采用图2。
具体实施方式
实施例1，大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置，按图2所示方法搭建测量装置；点亮点光源10，同时遮住第二反射镜9，通过调节第一反射镜8，使CCD相机4上成第一反射镜8反射回来光线的像；调节平面第一反射镜8的角度、点光源10和CCD相机沿光轴方向的位移，使得在CCD相机上所成的像清晰精细，以达到点光源10和CCD相机4关于小分光棱镜5共轭，且同时位于望远镜的焦平面上；除去第二反射镜9的遮挡，并对其进行调整，使其反射光线在CCD相机4上成像，且要求其所成的像与第一反射镜8所成的像分开一定距离；标定旋转角度方向与像的移动方向关系，调整第一反射面1，使其绕交线AO旋转，记录此时CCD相机4上第一反射镜8所成像的移动，通过计算机11计算出此像移动的方向，接着重复上述工作，使第一反射面绕交线BO旋转，并通过计算机11计算出此时像移的方向，这样就对后期再使作时CCD相机4上的像按照所标定的方向分解，就可以反推出第一反射面1绕交线AO和交线BO的旋转角度，对于第二反射面2采用同样的方法进行标定；将CCD相机４所成的光斑在第一反射面1绕BO和第二反射面２绕轴CO时对应的光斑移动方向分解，根据此分解量可以计算出第一反射面1和第二反射面2相对于第三反射面3的角度变化量；将计算得到的第一反射面1绕交线AO的旋转角与第二反射面2绕交线AO的旋转角作差，即可得到第一反射面１和第二反射面２的相对角度变化；最终的CCD相机4的成像光斑和计算得到反射面之间的相对角度变化会通过计算机11的显示器时时显示。

Claims (10)

1.一种大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置，检测装置安装在望远镜相邻的三块反射面上，其特征在于，其中两个相邻第一反射面与第二反射面上分别固定有第一反射镜与第二反射镜；第三反射面上固定有点光源，该点光源的光束经过小分光棱镜、小型望远镜与大分光棱镜，分成两束，分别达到所述的第一反射镜与第二反射镜；所述CCD相机和点光源关于小分光棱镜共轭，且同时位于小型望远镜的焦平面上；所述点光源和CCD相机分别与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置，其特征在于，所述的第一反射镜与第二反射镜反射回来的光束分别经过大分光棱镜、小分光棱镜进入CCD相机。
3.根据权利要求1或2所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置，其特征在于，所述第一反射镜与第二反射镜法线方向互不垂直，且不能与反射面的交线AO平行。
4.根据权利要求1所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，步骤如下，
第一步，搭建权利要求1所述的装置；
第二步，标定光斑在CCD相机上的偏移量与反射面角度变化量的关系：
第三步，根据所采集到的光斑，计算出反射面间的相对角度变化量。
5.根据权利要求4所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，所述第二步的具体操作是：
让第一反射面1绕交线AO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向；
再让第一反射面1绕BO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向；
让第二反射面2绕交线AO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向；
再让第二反射面1绕CO旋转；
记录光斑在CCD相机上的偏移方向。
6.权利要求5所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，在光斑方向标定时，在进行第二步中的前四步操作时，同时需要遮住第二平面反射镜；所述第二步中的后四步操作时，同时需要遮住第一平面反射镜。
7.根据权利要求4的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，第三步操作，完成光斑标定后，第一反射镜与第二反射镜的遮挡需要完全拿掉。
8.根据权利要求4所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，在CCD相机上会采集到两个光斑，单独处理每个光斑，通过计算可以分别得到第一反射面相对于第三反射面的角度变化，第二反射面相对于第三反射面的角度变化。
9.根据权利要求4所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，在CCD相机上会采集到两个光斑，且两个关系作相应的运算可以得到第一反射面1相对与第二反射面之间的角度变化量。
10.根据权利要求4-9之一所述的大型拼接望远镜反射面相对角度变化的检测装置的工作方法，其特征在于，最终会得到以第三反射面为基准的，这三个反射面任意两个之间的角度变化量。
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