CN113917669A - 离轴反射式望远系统及其装调检测装置、装调检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学望远系统，具体涉及一种离轴反射式望远系统及其检测装置、装调检测方法，以解决现有技术存在不利于装调，需要反复修切和拆装才能确定位置，以及在检测和装调时难以量化调节方向和调节量，装调难度较大的技术问题，光学系统由主镜和次镜构成一个离轴反射式光学系统。主镜可实现四维手动调节，次镜可实现六维自动调节，主镜和次镜可实现光轴同步俯仰调节和角度锁定。本发明还公开了一种离轴反射式望远系统检测装置，主要包括波像差检测装置、平面反射镜和干涉仪。此外，本发明还公开了一种离轴反射式望远系统装调检测方法。本发明优点是主镜和次镜结构都有多个自由度量化调节，可快速、高精度的定位，易于装调、检测使用。

Description

离轴反射式望远系统及其装调检测装置、装调检测方法
技术领域
本发明涉及一种光学望远系统，具体涉及一种离轴反射式望远系统及其检测装置、装调检测方法。
背景技术
在现有技术中，常规的离轴反射式望远系统设计，其主次镜安装结构多为固定式结构，缺少调节机构，且较少考虑装调和检测过程中的机械定位和基准设置问题，这种结构的缺点是不利于装调，需要反复修切和拆装才能确定位置，二是在主次镜系统检测和装调时难以量化调节方向和调节量，更倾向于经验式装调，因此装调周期较长，装调难度较大。
发明内容
本发明的目的是解决现有离轴反射式望远系统存在不利于装调，需要反复修切和拆装才能确定位置，以及在主次镜系统检测和装调时难以量化调节方向和调节量，更倾向于经验式装调，因此装调周期较长，装调难度较大的技术问题，提出一种离轴反射式望远系统及其检测装置、装调检测方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种离轴反射式望远系统，包括主次镜系统和俯仰机架组件4；所述主次镜系统包括主镜系统2、次镜系统3、其特殊之处在于：
所述主镜系统2包括主镜20及主镜位置调节装置；所述主镜20安装在主镜位置调节装置上；
所述次镜系统3包括次镜30及次镜位置调节装置；所述次镜30安装在次镜位置调节装置上；
所述俯仰机架组件4包括底部机架41、主次镜连接桁架42及俯仰调节机构；
所述主次镜连接桁架42两次安装在俯仰调节机构上，所述俯仰调节机构固定在底部机架41上；
所述主镜系统2和次镜系统3分别固定在主次镜连接桁架42两端，且主镜20与次镜30构成离轴反射式光学系统；
所述离轴反射式望远系统的光轴03上具有第一焦点01和第二焦点02，第一焦点01用于检测主镜20波像差；第二焦点02用于检测次镜30波像差；
所述主镜20的工作面为主镜反射面201，背面为主镜背部平面202，主镜背部平面202在加工时严格保证平面度，并保证平面与主镜光轴垂直；
为方便描述，在此定义主镜背部平面202与水平垂直时，主镜20光轴方向为Z轴方向，主镜背部平面202所在面为XY面，XY面与Z轴相交于原点，过Z轴与XY面的水平面为X轴，竖直线为Y轴。
进一步地，为了减少杂光影响观测，本发明还包括通光装置1；
所述通光装置1由罩壳11、光轴基准组件12组成；
所述光轴基准组件12固定在罩壳11上，所述罩壳11固定在主次镜连接桁架42上，将主次镜系统罩入罩壳内，可随主次镜系统同步调整俯仰角度。
进一步地，所述主镜系统2还包括主镜粘接座21、主镜连接座22、主镜压板23、压板垫块231、主镜支架组件27、主镜固定平台29、主镜基准67；
所述主镜位置调节装置包括倾斜调节组件24、旋转环25、旋转调节组件26、平移调节组件28；
所述主镜20通过主镜背部平面202固定在光路外侧的主镜粘接座21上，所述主镜粘接座21与主镜连接座22通过位于所述主镜连接座22边缘的多个主镜压板23和压板垫块231固定；
所述倾斜调节组件24由调节螺钉一241、调节螺帽242构成；
所述旋转环25和主镜连接座22通过多个倾斜调节组件24相连接，其中调节螺钉一241将主镜连接座22与旋转环25螺纹连接，调节螺帽242与主镜连接座22螺纹连接，实现主镜20在XZ、YZ两个方向的倾斜调节；
所述旋转调节组件26由旋转拨片261、调节螺钉二262、旋转螺纹座263构成；
所述主镜支架组件27由主镜支架271、主镜支架侧架272、主镜底座273构成；
所述平移调节组件28由调节螺钉三281、平移螺纹座282、限位块283构成；
所述旋转环25通过设置在其上的腰形孔及连接在主镜支架271上的限位销钉与主镜支架271相配合，实现旋转环25在XY平面上的旋转，同时限制旋转环25在Z方向的位移；
所述旋转调节组件26固定在主镜支架271上，旋转拨片261一端固定连接在主镜旋转环25上，另一端连接在调节螺钉二262上，通过调节螺钉二262和旋转螺纹座263的配合实现旋转拨片261的位移，带动调节旋转环25，可使主镜20在XY方向的旋转；
所述主镜支架271固连在左右两个YZ方向的主镜支架侧架272上；所述主镜支架侧架272固连在XZ方向的主镜支架底座273上；所述主镜支架组件27通过设置在主镜支架底座273上的腰形孔及连接在主镜固定平台29上的限位销钉与主镜支架底座273相配合，实现主镜支架组件27在Z方向上的平移，同时限制主镜支架组件27在Y方向位移；所述调节螺钉三281通过螺纹孔连接在主镜支架底座273上，所述平移螺纹座282固定在主镜固定平台29上，通过调节螺钉三281与平移螺纹座282的配合，实现主镜20在Z方向的平移调节；所述限位块283固定在紧贴主镜支架侧架272外侧的主镜固定平台29上，限制主镜支架组件27的X方向移动；主镜基准67为分划板，固定在主镜连接座22上表征主镜光轴方向和主镜零件的回转轴轴心，主镜镜背部平面202与光学基准67所在平面的形位公差由机械件加工保证。
进一步地，所述次镜系统3还包括次镜座31、次镜压板32、次镜座转接座33、次镜支架组件35、次镜固定平台36、次镜基准68；
所述次镜位置调节装置包括六自由度平台34、次镜升降台37、次镜平移台38；
所述次镜支架组件35由次镜支架351、次镜底座352、次镜支架侧架353构成；
所述次镜30通过次镜压板32固定在次镜座31上，所述次镜座31与次镜座转接座33连接，次镜座转接座33与六自由度平台34上面的固定平面连接，实现次镜的调节；所述六自由度平台34的另一固定平面和次镜支架351连接；所述次镜支架351固连在左右两个YZ方向的次镜支架侧架353上，所述次镜支架侧架353固连在XZ方向的次镜支架底座352上；所述次镜平移台38固定在次镜固定平台36上，实现次镜Z方向的调节；次镜升降台37底部与次镜平移台38连接，顶部与次镜支架组件35的次镜底座352连接，可实现次镜30沿Y方向的调节；次镜基准68为分划板，固定在次镜座转接座33上，表征次镜光轴方向，次镜背部平面与光学基准68所在平面的形位公差由机械件加工保证。
进一步地，所述六自由度平台34通过计算机软件控制，可实现次镜30的六维精密调节。
更近一步地，所述六自由度平台精确度为0.0001mm。
进一步地，所述俯仰机架组件4还包括安装在底部机架41上的移动组件411，方便结构件搬运及固定；
所述俯仰调节机构包括游动轴43、限位孔431、固定轴44、固定轴压盖441、游动轴承座45、固定轴承座46、限位销组件47、蜗轮调节机构48；
所述主次镜连接桁架42为一个一端高一端低的支撑结构，主次镜连接桁架42一端固定主镜固定平台29一端固定次镜固定平台36，使主镜20和次镜30形成离轴反射式光学系统，并实现主镜20和次镜30的相对俯仰角同步；主次镜连接桁架42可绕转轴旋转，转轴两端一端为游动轴43，另一端为固定轴44；固定轴44外端固定有固定轴压盖441；
所述游动轴承座45上设置有游动轴承座端盖451、游动轴承452；
所述游动轴43通过游动轴承452连接在游动轴承座45上，游动轴承座端盖451固定在游动轴43和游动轴承452外侧；
所述固定轴承座46上设置有固定轴承462；
所述固定轴44通过固定轴承462连接在固定轴承座46上；
所述游动轴承座45和固定轴承座46分别固定在底部机架41上部对应位置；
所述限位销组件47包括有限位销471和限位销座472；
所述限位销471穿过固定在游动轴承座45上端的限位销座472，穿入主次镜连接桁架42上的限位孔431中，各限位孔431在主次镜连接桁架42上沿周向设置；当限位销47插入特定限位孔时，可以使光轴03呈水平状态；
所述蜗轮调节机构48由蜗轮481、蜗杆482、步进电机483构成；
所述蜗轮481固定在固定轴44上，带动主次镜连接桁架42绕转轴旋转，所述蜗杆482和蜗轮481通过齿轮啮合；蜗轮481蜗杆482的大传动比用于精确调节光轴03的俯仰角度并自锁，步进电机483用于给蜗杆482提供动力，步进电机483带有手轮，可实现电动和手动控制。
同时，本发明还提供了一种离轴反射式望远系统装调检测装置，其特殊之处在于，用于装调、检测上述离轴反射式望远系统，包括：波像差检测装置5、平面反射镜组件6和基准工装；
所述波像差检测装置5由干涉仪51、干涉仪支座52、电动平移台一53、电动平移台二54、底座55组成；
所述干涉仪51固连在干涉仪支座52上；所述电动平移台一53和所述电动平移台二54分别沿X、Y方向连接在干涉仪支座52和底座55之间，可实现干涉仪51在X、Y两个方向移动；
所述波像差检测装置5用于在检测时发出及接收光线，装调主次镜系统位置；
所述平面反射镜组件6包括平面反射镜60、二维倾斜调整机构61、光学平台62；
所述平面反射镜60固定在放置于光学平台62的二维倾斜调整机构61上，用于作为调试主次镜系统的光学基准及反射光线；
所述基准工装包括球面反射镜63、三维平移台64、经纬仪65、光阑66；
所述球面反射镜63固定在三维平移台64上；用于辅助波像差检测装置5确定焦点02；
所述经纬仪65用于校准水平面调试过程中监视光学元件的位置和姿态；
所述光阑66用于在检测时放在焦点01处，用于表征焦点01。
同时，本发明还提供了一种离轴反射式望远系统装调检测方法，其特殊之处在于，使用上述离轴反射式望远系统装调检测装置，对上述离轴反射式望远系统进行装调、检测和调试，步骤如下：
步骤1，主镜20装调及面形检测
1.1将主镜系统2安装到主次镜连接桁架42上的对应位置，通过俯仰调节机构锁紧主次镜连接桁架42，将经纬仪65的光轴调节至大地水平，通过二维倾斜调整机构61调节平面反射镜60俯仰使其与经纬仪65自准；在第一焦点01处安装光阑基准66，令主镜基准67法线与主镜20光轴平行，使经纬仪65自准，此时平面反射镜60光轴与主镜光轴平行；
1.2在第一焦点01远离主镜一侧放置干涉仪51，调整主镜20沿光轴方向的平移，观察激光光斑，使其与光阑66基本重合；检测主镜20波像差数据，得到Zernike系数，通过调节二维倾斜调整机构61和干涉仪51三个方向平移补偿，将Zernike系数中Z5、Z6项减小，得到主镜20的面形数据；固定主镜20；
步骤2，次镜30装调及面形检测
2.1在第一焦点01靠近主镜一侧放置带有三维平移台64的球面反射镜63，调节三维平移台64，使干涉仪51的光轴和焦点与球面反射镜63的光轴和焦点重合，此时球面反射镜63可代表主镜20的实际焦点，此处亦为次镜30焦点；
2.2将次镜系统3连接到主次镜连接桁架42上的安装位置，在次镜30一侧设置有次镜基准68，其法线与次镜20光轴平行，根据主镜基准67和次镜基准68在Y方向距离，将经纬仪65沿Y方向平移至次镜基准68理论位置，通过经纬仪65监视，通过调节次镜30平移和倾斜姿态，使次镜30移动到理论位置，主镜20光轴与次镜30光轴基本平行；将干涉仪51放置在第二焦点02处，以球面反射镜63为补偿镜，检测次镜30波像差数据，调节次镜位置调节装置、平移干涉仪51位置，将Zernike系数中Z5、Z6项减小，得到次镜30的面形数据；同样确定了第二焦点02的实际位置；
步骤3，主次镜系统调整及系统波像差检测
3.1去掉球面反射镜63，干涉仪51即可在焦点02处得到主次镜系统的干涉图像；
3.2根据主次镜系统所测波像差数据，通过次镜位置调节装置，调节次镜30位置，经过多次迭代，校正主次镜系统像差，得到理想的主次镜系统波像差数据，完成离轴望远系统的装调过程；拆除光阑66；
步骤4，测试离轴望远系统变角度状态下的稳定性
调节俯仰调节机构改变俯仰角度，使用经纬仪65监视，调节平面反射镜60的俯仰和位置，使平面反射镜60的反射面覆盖主次镜系统的通光口径，从焦点02发出的光线可以经过平面反射镜60反射后回到焦点02；调节波像差检测装置5的俯仰状态和位置，至检测出波像差数据；通过检测多个不同倾斜角度的波像差，判断离轴反射式望远系统不同状态下的稳定性。检测合格后，可投入使用。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所提供的离轴反射式望远系统，主次镜元件能实现多自由度精密调节，易于装调、检测和搬运；
2、本发明所提供的离轴反射式望远系统，通过结构设计保证和各元件光学基准设置，保证了装调过程中光学件的安装定位，使其能高精度、快速地安装到理论位置，为主次镜系统精调奠定基础；
3、本发明所提供的离轴反射式望远系统装调检测装置、装调检测方法，由于设置了使主次镜元件可以调节和面形可以检测的结构及相应方法，能够实现主次镜的更换，满足不同精度的观测要求；
4、本发明所提供的离轴反射式望远系统装调检测装置，结构简单，易于操作；
5、本发明所提供的离轴反射式望远系统装调检测方法，缩短了装调周期，降低了装调难度，提高了装调精度，且其装调步骤简便易行。
附图说明
图1为本发明离轴反射式望远系统及其装调检测装置实施例的结构总图；
图2为本发明离轴反射式望远系统实施例的光路图；
图3为本发明离轴反射式望远系统实施例的主镜系统图；
图4为本发明离轴反射式望远系统实施例的主镜系统剖视结构图；
图5为本发明离轴反射式望远系统实施例的主镜系统后视图；
图6为本发明离轴反射式望远系统实施例的次镜系统剖视结构图；
图7为本发明离轴反射式望远系统实施例的机架及通光装置剖视结构图；
图8为本发明离轴反射式望远系统实施例的机架及通光装置在涡轮调节机构一侧的侧视图；
图9为本发明离轴反射式望远系统实施例的游动轴承座局部放大图；
图10为本发明离轴反射式望远系统实施例的检测和装调过程原理图，其中：
图10-(1)为装调主镜原理图
图10-(2)为装调次镜原理图
图10-(3)为微调实现观测原理图
附图标记说明：
01-第一焦点，02-第二焦点，03-光轴；
1-通光装置，11-罩壳，12-光轴基准组件；
2-主镜系统，20-主镜，201-主镜反射面，202-主镜背部平面，21-主镜粘接座，22-主镜连接座，23-主镜压板，231-压板垫块，24-倾斜调节组件，241-调节螺钉一，242-调节螺帽，25-旋转环，26-旋转调节组件，261-旋转拨片，262-调节螺钉二，263-旋转螺纹座，27-主镜支架组件，271-主镜支架，272-主镜支架侧架，273-主镜底座，28-平移调节组件，281-调节螺钉三，282-平移螺纹座，283-限位块，29-主镜固定平台；
3-次镜系统，30-次镜，31-次镜座，32-次镜压板，33-次镜座转接座，34-六自由度平台，35-次镜支架组件，351-次镜支架，352-次镜底座，353-次镜支架侧架，36-次镜固定平台，37-次镜升降台，38-次镜平移台；
4-俯仰机架组件，41-底部机架，411-移动组件，42-主次镜连接桁架，43-游动轴，431-限位孔，44-固定轴，441-固定轴压盖，45-游动轴承座，451-游动轴承座端盖，452-游动轴承，46-固定轴承座，462-固定轴承，47-限位销组件，471-限位销，472-限位销座，48-蜗轮调节机构，481-蜗轮，482-蜗杆，483-步进电机；
5-波像差检测装置，51-干涉仪，52-干涉仪支座，53-电动平移台一，54-电动平移台二，55-底座；
6-平面反射镜组件，60-平面反射镜，61-二维倾斜调整机构，62-光学平台，63-球面反射镜，64-三维平移台，65-经纬仪，66-光阑，67-主镜基准，68-次镜基准。
具体实施方式
为了使本发明更加清晰明了，下面将结合本说明书附图中示出的具体实施例来描述本发明。但应当理解，这些描述是是理性的，而并非要限制本发明的范围。
如图1所示，结构件由通光装置1、主镜系统2、次镜系统3、俯仰机架组件4组成。主镜系统2包括主镜20及主镜位置调节装置；主镜20安装在主镜位置调节装置上；次镜系统3包括次镜30及次镜位置调节装置；次镜30安装在次镜位置调节装置上；俯仰机架组件4包括底部机架41、主次镜连接桁架42及俯仰调节机构；主次镜连接桁架42两侧安装在俯仰调节机构上，俯仰调节机构固定在底部机架41上；主镜系统2和次镜系统3分别固定在主次镜连接桁架42两端，且主镜20和次镜30构成离轴反射式光学系统；
定义主镜背部平面202与水平面垂直时，主镜20光轴方向为Z轴方向，主镜背部平面202所在面为XY面，XY面与Z轴相交于原点，过Z轴与XY面的水平线为X轴，竖直线为Y轴。
检测装置包括波像差检测装置5、平面反射镜组件6和基准工装；波像差检测装置5由干涉仪51、干涉仪支座52、电动平移台一53、电动平移台二54、底座55组成；干涉仪51固连在干涉仪支座52上；电动平移台一53和所述电动平移台二54分别沿X、Y方向连接在干涉仪支座52和底座55之间，可实现干涉仪51在X、Y两个方向平移；波像差检测装置5用于在检测时发出及接收光线，装调主次镜系统位置；平面镜组件6包括平面镜60、二维倾斜调整机构61、光学平台62；平面反射镜60固定在放置于光学平台62的二维倾斜调整机构61上，用于作为调试主次镜系统的光学基准及反射折射光线；辅助波像差检测装置5检测；检测装置中基准工装还包括球面反射镜63、三维平移台64、经纬仪65、光阑66。
如图2所示，离轴反射式光学系统光轴03上具有由主镜20和次镜30形成的第一焦点01和第二焦点02，第一焦点01用于检测主镜20波像差；第二焦点02用于检测次镜波像差；
如图3、图4和图5所示，主镜20固定在光路外侧的主镜粘接座21上，主镜粘接座21与主镜连接座22通过位于主镜连接座22边缘的多个主镜压板23和压板垫块231固定；旋转环25和主镜连接座22通过3个倾斜调节组件24相连接，其中调节螺钉一241将主镜连接座22与旋转环25螺纹连接，调节螺帽242与主镜连接座22螺纹连接，调节时通过调节螺帽242带动调节螺钉241，使主镜连接座22与旋转环25的连接产生间隙，实现主镜20在XZ、YZ两个方向的倾斜调节；旋转环25通过设置在其上的腰形孔及连接在主镜支架271上的限位销钉与主镜支架271相配合，实现旋转环25在XY平面上的旋转，同时限制旋转环25在Z方向的位移；旋转调节组件26固定在主镜支架271上，旋转拨片261一端固定连接在主镜旋转环25上，另一端连接在调节螺钉二262上，通过调节螺钉二262和旋转螺纹座263的配合实现旋转拨片261的位移，带动调节旋转环25，可使主镜20在XY方向的旋转；主镜支架271固连在左右两个YZ方向的主镜支架侧架272上；主镜支架侧架272固连在XZ方向的主镜支架底座273上；主镜支架组件27通过设置在主镜支架底座273上的腰形孔及连接在主镜固定平台29上的限位销钉与主镜支架底座273相配合，实现主镜支架组件27在Z方向上的平移，同时限制主镜支架组件27在Y方向位移；调节螺钉三281通过螺纹孔连接在主镜支架底座273上，所述平移螺纹座282固定在主镜固定平台29上，通过调节螺钉三281与平移螺纹座282的配合，实现主镜20在Z方向的平移调节；所述限位块283固定在紧贴主镜支架侧架272外侧的主镜固定平台29上，限制主镜支架组件27的X方向移动；主镜基准67为分划板，固定在主镜连接座22上表征主镜20光轴方向和主镜零件的回转轴轴心，主镜镜背部平面202与光学基准67所在平面的形位公差由机械件加工保证。
如图6所示，次镜30通过次镜压板32固定在光路外侧的次镜座31上，次镜座31与次镜转接座33固连，次镜转接座33与六自由度平台34上面的固定平面连接，实现次镜30的调节；六自由度平台34的另一固定平面和次镜支架351固连；次镜支架351固连在左右两个YZ方向的次镜支架侧架353上，次镜支架侧架353固连在XZ方向的次镜支架底座352上；次镜平移台38固定在次镜固定平台36上，实现次镜Z方向调节；次镜升降台37底部与次镜平移台38连接，顶部与次镜支架组件35的次镜底座352连接，实现次镜30在Y方向的调节；次镜基准68为分划板，固定在次镜座转接座33上，表征次镜30光轴方向，次镜背部平面与光学基准68所在平面的形位公差由机械件加工保证。
如图7，图8和图9所示，底部机架41下安装有移动组件411，方便结构件搬运及固定；主次镜连接桁架42为一个一端高一端低的支撑结构，一端固定主镜固定平台29另一端固定次镜固定平台36，使主镜20和次镜30形成离轴反射式光学系统，并实现主镜20和次镜30的相对俯仰角同步；主次镜连接桁架42可绕转轴旋转，转轴两端一端为游动轴43，另一端为固定轴44，固定轴44外端固定有固定轴压盖441，限制固定轴44轴向移动；游动轴43通过游动轴承452连接在游动轴承座45上，游动轴承座端盖451固定在游动轴43和游动轴承452外侧；固定轴44通过固定轴承462连接在固定轴承座46上；游动轴承座45和固定轴承座46分别固定在底部机架41上部对应位置；限位销471穿过固定在游动轴承座45上端的限位销座472，穿入游动轴43的限位孔431中，各限位孔431在主次镜连接桁架42上沿周向设置，当限位销47插入特定限位孔时，光轴03呈水平状态；当插入其他限位孔时，光轴03具有一定俯仰角度；蜗轮481固定在固定轴44上，带动主次镜连接桁架42绕转轴旋转，蜗杆482和蜗轮481通过齿轮啮合；蜗轮481蜗杆482的大传动比用于精确调节光轴03的俯仰角度并自锁，步进电机483用于给蜗杆482提供动力，步进电机483带有手轮，可实现电动和手动控制。
调节步骤如图10：
步骤1，主镜20装调及面形检测
1.1将主镜系统2安装到主次镜连接桁架42上的对应位置，通过俯仰调节机构锁紧主次镜连接桁架42，将经纬仪65的光轴调节至大地水平，通过二维倾斜整机构61调节平面反射镜60俯仰使其与经纬仪65自准；在第一焦点01处安装光阑66，表征第一焦点01空间位置；令主镜基准67法线与主镜光轴平行，调节第一倾斜调节组件24使经纬仪65自准，此时平面反射镜60光轴与主镜20光轴平行；
1.2在第一焦点01远离主镜20一侧放置干涉仪51，通过平移调节组件28调整主镜20沿光轴方向的平移，观察激光光斑，使其与光阑66基本重合，此时干涉仪51的焦点和第一焦点01重合；检测主镜20波像差数据，得到Zernike系数，通过调节二维倾斜调整机构61和干涉仪51三个方向平移补偿，将Zernike系数中Z5、Z6项减小，得到主镜20的面形数据；固定主镜20；
步骤2，次镜30装调及面形检测
2.1在第一焦点01靠近主镜20一侧放置带有三维平移台64的球面反射镜63，调节三维平移台64，使干涉仪51的光轴和焦点与球面反射镜63的光轴和焦点重合，此时球面反射镜63可代表主镜20的实际焦点，此处亦为次镜30焦点；
2.2将次镜系统3连接到主次镜连接桁架42上的安装位置，在次镜30一侧设置次镜基准68，其法线与次镜20光轴平行，根据主镜基准67和次镜基准68在Y方向距离，将经纬仪65沿Y方向平移至次镜基准68理论位置，通过经纬仪65监视，通过调节次镜30平移和倾斜姿态，使次镜30移动到理论位置，主镜20光轴与次镜30光轴基本平行；将干涉仪51放置在第二焦点02处，以球面反射镜63为补偿镜，检测次镜30波像差数据，调节高精度六自由度平台34，平移干涉仪51位置，将Zernike系数中Z5、Z6项减小，得到次镜30的面形数据；同样确定了第二焦点02的实际位置；
步骤3，主次镜系统调整及波像差检测
3.1步骤1～2中已经通过结构设计和装调方法完成了平面反射镜60、主镜20、第一焦点01、次镜30和第二焦点02的粗定位，使其基本与理论位置重合；去掉球面镜63，干涉仪51即可在焦点02处得到主次镜系统的干涉图像；
3.2根据主次镜系统所测波像差数据，控制高精度六自由度平台34进行精调，经过多次迭代，校正主次镜系统像差，得到理想的主次镜系统波像差数据，完成离轴望远系统的装调过程；拆除光阑66，安装通光装置1，并以平面镜60为光轴基准，使用经纬仪65监视，将光轴基准组件12调节至与平面镜60自准，此时光轴基准组件12可表征光轴03方向，作为离轴反射式望远系统使用时的光学基准；
步骤4，测试其变角度状态下的稳定性
取下限位销471，通过蜗轮调节机构48调节主次镜连接桁架42绕轴旋转改变俯仰角度，至不同的限位孔431与限位销座471对齐，插入限位销471辅助定位；以光轴基准组件12为基准，使用经纬仪65监视，调节平面反射镜60俯仰至两者自准，且平面反射镜60的反射面覆盖主次镜系统的通光口径，从焦点02发出的光线可以经过平面反射镜60反射后回到焦点02；调节波像差检测装置5的俯仰状态和位置，至检测出波像差数据；通过检测多个不同倾斜角度的波像差，判断离轴反射式望远系统不同状态下的稳定性。检测合格后，可投入使用。
通过调整，此时该离轴反射式望远系统具有接近理论水平的精准度；由于主镜20和次镜30调整后可以相对固定，可以通过俯仰机架组件4方便地实现多角度的观测。

Claims (9)

1.一种离轴反射式望远系统，包括主次镜系统和俯仰机架组件(4)；所述主次镜系统包括主镜系统(2)和次镜系统(3)，其特征在于：
所述主镜系统(2)包括主镜(20)及主镜位置调节装置；所述主镜(20)安装在主镜位置调节装置上；
所述次镜系统(3)包括次镜(30)及次镜位置调节装置；所述次镜(30)安装在次镜位置调节装置上；
所述俯仰机架组件(4)包括底部机架(41)、主次镜连接桁架(42)及俯仰调节机构；
所述主次镜连接桁架(42)两侧安装在俯仰调节机构上，所述俯仰调节机构固定在底部机架(41)上；
所述主镜系统(2)和次镜系统(3)分别固定在主次镜连接桁架(42)两端，且主镜(20)和次镜(30)构成离轴反射式光学系统；
所述离轴反射式光学系统的光轴(03)上具有第一焦点(01)和第二焦点(02)，第一焦点(01)用于检测主镜(20)波像差；第二焦点(02)用于检测次镜(30)波像差；
所述主镜(20)的工作面为主镜反射面(201)，背面为主镜背部平面(202)，主镜背部平面(202)与主镜光轴垂直；
定义主镜背部平面(202)与水平面垂直时，主镜(20)光轴方向为Z轴方向，主镜背部平面(202)所在面为XY面，XY面与Z轴相交于原点，过Z轴与XY面的水平线为X轴，竖直线为Y轴。
2.如权利要求1所述离轴反射式望远系统，其特征在于：还包括通光装置(1)；
所述通光装置(1)由罩壳(11)、光轴基准组件(12)组成；
所述光轴基准组件(12)固定在罩壳(11)上，所述罩壳(11)固定在主次镜连接桁架(42)上，将主次镜系统罩入罩壳内，可随主次镜系统同步调整俯仰角度。
3.如权利要求2所述离轴反射式望远系统，其特征在于：
所述主镜系统(2)还包括主镜粘接座(21)、主镜连接座(22)、主镜压板(23)、压板垫块(231)、主镜支架组件(27)、主镜固定平台(29)、主镜基准(67)；
所述主镜位置调节装置包括倾斜调节组件(24)、旋转环(25)、旋转调节组件(26)、平移调节组件(28)；
所述主镜(20)通过主镜背部平面(202)固定在光路外侧的主镜粘接座(21)上，所述主镜粘接座(21)与主镜连接座(22)通过位于所述主镜连接座(22)边缘的多个主镜压板(23)和压板垫块(231)固定；
所述倾斜调节组件(24)由调节螺钉一(241)、调节螺帽(242)构成；
所述旋转环(25)和主镜连接座(22)通过多个倾斜调节组件(24)相连接，其中调节螺钉一(241)将主镜连接座(22)与旋转环(25)螺纹连接，调节螺帽(242)与主镜连接座(22)螺纹连接，实现主镜(20)在XZ、YZ两个方向的倾斜调节；
所述旋转调节组件(26)由旋转拨片(261)、调节螺钉二(262)、旋转螺纹座(263)构成；
所述主镜支架组件(27)由主镜支架(271)、主镜支架侧架(272)、主镜底座(273)构成；
所述平移调节组件(28)由调节螺钉三(281)、平移螺纹座(282)、限位块(283)构成；
所述旋转环(25)通过设置在其上的腰形孔及连接在主镜支架(271)上的限位销钉与主镜支架(271)相配合，实现旋转环(25)在XY平面上的旋转，同时限制旋转环(25)在Z方向的位移；
所述旋转调节组件(26)固定在主镜支架(271)上，旋转拨片(261)一端固定连接在主镜旋转环(25)上，另一端连接在调节螺钉二(262)上，通过调节螺钉二(262)和旋转螺纹座(263)的配合实现旋转拨片(261)的位移，带动调节旋转环(25)，可使主镜(20)在XY方向的旋转；
所述主镜支架(271)固连在左右两个YZ方向的主镜支架侧架(272)上；所述主镜支架侧架(272)固连在XZ方向的主镜支架底座(273)上；所述主镜支架组件(27)通过设置在主镜支架底座(273)上的腰形孔及连接在主镜固定平台(29)上的限位销钉与主镜支架底座(273)相配合，实现主镜支架组件(27)在Z方向上的平移，同时限制主镜支架组件(27)在Y方向位移；所述调节螺钉三(281)通过螺纹孔连接在主镜支架底座(273)上，所述平移螺纹座(282)固定在主镜固定平台(29)上，通过调节螺钉三(281)与平移螺纹座(282)的配合，实现主镜(20)在Z方向的平移调节；所述限位块(283)固定在紧贴主镜支架侧架(272)外侧的主镜固定平台(29)上，限制主镜支架组件(27)的X方向移动；主镜基准(67)为分划板，固定在主镜连接座(22)上表征主镜光轴方向和主镜零件的回转轴轴心。
4.如权利要求3所述离轴反射式望远系统，其特征在于：
所述次镜系统(3)还包括次镜座(31)、次镜压板(32)、次镜座转接座(33)、次镜支架组件(35)、次镜固定平台(36)、次镜基准(68)；
所述次镜位置调节装置包括六自由度平台(34)、次镜升降台(37)、次镜平移台(38)；
所述次镜支架组件(35)由次镜支架(351)、次镜底座(352)、次镜支架侧架(353)构成；
所述次镜(30)通过次镜压板(32)固定在次镜座(31)上，所述次镜座(31)与次镜座转接座(33)连接，次镜座转接座(33)与六自由度平台(34)上面的固定平面连接，实现次镜的调节；所述六自由度平台(34)的另一固定平面和次镜支架(351)连接；所述次镜支架(351)固连在左右两个YZ方向的次镜支架侧架(353)上，所述次镜支架侧架(353)固连在XZ方向的次镜支架底座(352)上；所述次镜平移台(38)固定在次镜固定平台(36)上，实现次镜Z方向调节；次镜升降台(37)底部与次镜平移台(38)连接，顶部与次镜支架组件(35)的次镜底座(352)连接，实现次镜(30)Y方向的调节；次镜基准(68)为分划板，固定在次镜座转接座(33)上，表征次镜光轴方向。
5.如权利要求4所述的离轴反射式望远系统，其特征在于：所述六自由度平台(34)通过计算机软件控制，可实现次镜(30)的六维精密调节。
6.如权利要求5所述的离轴反射式望远系统，其特征在于：所述六自由度平台精确度为0.0001mm。
7.如权利要求1-6任一所述的离轴反射式望远系统，其特征在于：
所述俯仰机架组件(4)还包括安装在底部机架(41)上的移动组件(411)；
所述俯仰调节机构包括游动轴(43)、限位孔(431)、固定轴(44)、固定轴压盖(441)、游动轴承座(45)、固定轴承座(46)、限位销组件(47)、蜗轮调节机构(48)；
所述主次镜连接桁架(42)为一个一端高一端低的支撑结构，主次镜连接桁架(42)一端固定主镜固定平台(29)一端固定次镜固定平台(36)，使主镜(20)和次镜(30)形成离轴反射式光学系统，并实现主镜(20)和次镜(30)的相对俯仰角同步；可绕转轴旋转，转轴两端一端为游动轴(43)，另一端为固定轴(44)；固定轴(44)外端固定有固定轴压盖(441)；；
所述游动轴承座(45)上设置有游动轴承座端盖(451)、游动轴承(452)；
所述游动轴(43)通过游动轴承(452)连接在游动轴承座(45)上，游动轴承座端盖(451)固定在游动轴(43)和游动轴承(452)外侧；
所述固定轴承座(46)上设置有固定轴承(462)；
所述固定轴(44)通过固定轴承(462)连接在固定轴承座(46)上；
所述游动轴承座(45)和固定轴承座(46)分别固定在底部机架(41)上部的对应位置；
所述限位销组件(47)包括有限位销(471)和限位销座(472)；
所述限位销(471)穿过固定在游动轴承座(45)上端的限位销座(472)，穿入主次镜连接桁架(42)上的限位孔(431)中，各限位孔(431)在主次镜连接桁架(42)上沿周向设置；
所述蜗轮调节机构(48)由蜗轮(481)、蜗杆(482)、步进电机(483)构成；
所述蜗轮(481)固定在固定轴(44)上，带动主次镜连接桁架(42)绕转轴旋转，所述蜗杆(482)和蜗轮(481)通过齿轮啮合；蜗轮(481)蜗杆(482)的大传动比用于精确调节光轴(03)的俯仰角度并自锁，步进电机(483)用于给蜗杆(482)提供动力，步进电机(483)带有手轮。
8.一种离轴反射式望远系统装调检测装置，其特征在于，用于装调、检测权利要求1-7任一所述离轴反射式望远系统，包括：波像差检测装置(5)、平面反射镜组件(6)和基准工装；
所述波像差检测装置(5)由干涉仪(51)、干涉仪支座(52)、电动平移台一(53)、电动平移台二(54)、底座(55)组成；
所述干涉仪(51)固连在干涉仪支座(52)上；所述电动平移台一(53)和所述电动平移台二(54)分别连接在干涉仪支座(52)和底座(55)之间，可实现干涉仪(51)在X、Y两个方向移动；
所述波像差检测装置(5)用于在检测时发出及接收光线，装调主次镜系统位置；
所述平面反射镜组件(6)包括平面反射镜(60)、二维倾斜调整机构(61)、光学平台(62)；
所述平面反射镜(60)固定在放置于光学平台(62)的二维倾斜调整机构(61)上，用于作为调试主次镜系统的光学基准及反射光线；
所述基准工装包括球面反射镜(63)、三维平移台(64)、经纬仪(65)、光阑(66)；
所述球面反射镜(63)固定在三维平移台(64)上；用于辅助波像差检测装置(5)确定焦点(02)；
所述经纬仪(65)用于调试过程中监视光学元件的位置和姿态；
所述光阑(66)用于在检测时放在焦点(01)处，用于表征焦点01。
9.一种离轴反射式望远系统装调检测方法，其特征在于，使用权利要求8所述离轴反射式望远系统装调检测装置，对权利要求1-7任一所述离轴反射式望远系统进行装调、检测和调试，步骤如下：
步骤1，主镜(20)装调及面形检测
1.1将主镜系统(2)安装到主次镜连接桁架(42)上的对应位置，通过俯仰调节机构锁紧主次镜连接桁架(42)，将经纬仪(65)的光轴调节至大地水平，通过二维倾斜调整机构(61)调节平面反射镜(60)俯仰使其与经纬仪(65)自准；在第一焦点(01)处安装光阑(66)，令主镜基准(67)法线与主镜(20)光轴平行，使经纬仪(65)自准，此时平面反射镜(60)光轴与主镜(20)光轴平行；
1.2在第一焦点(01)远离主镜(20)一侧放置干涉仪(51)，调整主镜(20)沿光轴方向的平移，观察激光光斑，使其与光阑(66)基本重合；检测主镜(20)波像差数据，得到Zernike系数，通过调节二维倾斜调整机构(61)和干涉仪(51)三个方向平移补偿，将Zernike系数中Z5、Z6项减小，得到主镜(20)的面形数据；固定主镜(20)；
步骤2，次镜(30)装调及面形检测
2.1在第一焦点(01)靠近主镜(20)一侧放置带有三维平移台(64)的球面反射镜(63)，调节三维平移台(64)，使干涉仪(51)的光轴和焦点与球面反射镜(63)的光轴和焦点重合，此时球面反射镜(63)可代表主镜(20)的实际焦点，此处亦为次镜(30)焦点；
2.2将次镜系统(3)连接到主次镜连接桁架(42)上的安装位置，在次镜(30)一侧设置有次镜基准(68)，其法线与次镜(20)光轴平行，根据主镜基准(67)和次镜基准(68)在Y方向距离，将经纬仪(65)沿Y方向平移至次镜基准(68)理论位置，通过经纬仪(65)监视，通过调节次镜(30)平移和倾斜姿态，使次镜(30)移动到理论位置，主镜(20)光轴与次镜(30)光轴基本平行；将干涉仪(51)放置在第二焦点(02)处，以球面反射镜(63)为补偿镜，检测次镜(30)波像差数据，调节次镜位置调节装置、平移干涉仪(51)位置，将Zernike系数中Z5、Z6项减小，得到次镜(30)的面形数据；同样确定了第二焦点(02)的实际位置；
步骤3，主次镜系统调整及波像差检测
3.1去掉球面反射镜(63)，干涉仪(51)即可在焦点(02)处得到主次镜系统的干涉图像；
3.2根据主次镜系统所测波像差数据，通过次镜位置调节装置，调节次镜(30)位置，经过多次迭代，校正主次镜系统像差，得到理想的主次镜系统波像差数据，完成离轴望远系统的装调过程；拆除光阑(66)；
步骤4，测试离轴望远系统变角度状态下的稳定性
调节俯仰调节机构改变俯仰角度，使用经纬仪(65)监视，调节平面反射镜(60)的俯仰状态和位置，使平面反射镜(60)的反射面覆盖主次镜系统的通光口径，从焦点(02)发出的光线可以经过平面反射镜60反射后回到焦点02；调节波像差检测装置(5)的俯仰状态和位置，至检测出波像差数据；通过检测多个不同倾斜角度的波像差，判断离轴反射式望远系统不同状态下的稳定性。
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