CN114755818A - 一种大口径望远镜库德光路装调的装置及装调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径望远镜库德光路装调的装置及装调方法,属于光学装调技术领域,该装置设置有,第一CCD,其安放在靠近四镜位置或六镜位置的光轴上;第二CCD,其固定设置在机下库德焦点位置;以及内调焦光管,其通过光管调整基座固定在俯仰轴轴孔内;内调焦光管包括固定透镜组、与固定透镜组同轴安装的调焦透镜组、连接在内调焦光管后端焦点处的光纤点光源;光管调整基座包括径向平移调整机构和角度偏摆调整机构,用于调整内调焦光管的姿态,径向平移调整机构安装在俯仰轴轴孔内,角度偏摆调整机构安装在径向平移调整机构上,内调焦光管安装在角度偏摆调整机构上,本发明具有对准精度高,操作流程简单,装调效率高的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及光学装调技术领域,尤其涉及一种大口径望远镜库德光路装调的装置及装调方法。
背景技术
目前,随着光学望远镜口径的不断增大,其成像终端也愈加复杂,受体积重量等条件限制,成像终端布置在机下,光学设计采用库德光路作为望远镜主光学与机下成像终端之间的光路耦合中介。大口径望远镜为了减小地表大气的影响,塔台基墩要高出地面至少十余米,再加上望远镜直身的大尺寸,造成库德光路长达几十米,为实现机下成像终端的高精度稳定成像,对库德光路中各反射镜的装调精度提出严格要求。
光学系统装调通常借助于自准值仪、测微准直望远镜、全站仪等光学瞄准测量仪器,结合平面镜、光学平尺、十字丝靶标及光学棱镜等辅助工装,实现光学元件光轴与基准面之间的基准传递及测量。
王惠2014年硕士学位论文《库德光路的高精度调整方案设计》,提出了一种利用五棱镜装调库德光路的方案,采用自准直光管和平面反射镜、五棱镜、光学平晶等辅助测量工具,该方案是传统自准直仪顺序安装方法的改进,只考虑平行光在库德光路中的传输,忽略了光轴与转台机械旋转轴的重合。
中国授权专利CN108828765B,公开了一种基于双经纬仪的库德光路装调方法,这种方法利用两台经纬仪和辅助平面反射镜实现了各平面反射镜的精确对准,该方法要求部分反射镜按预先设定位置和通过机械基准定位安装,对小型光学系统是有效手段且具有高精度,而大口径望远镜库德光路中的大平面反射镜口径至少五六百毫米,组件重达数十公斤,操作不便,难以实现高精度定位。另外经纬仪瞄准精度随着距离增加而降低,而且目视瞄准受人员操作、环境、光线等因素影响;
因此,如何解决现有技术中大尺寸长光路系统,辅助工装尺寸变大,自身重量带来的精度影响,且操作不便,光学瞄准类测量仪器瞄准精度随着距离增加而降低,而且目视瞄准还容易受人员操作、环境、光线等因素影响的问题,成为了本领域技术人员亟需解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷,提供一种大口径望远镜库德光路装调的装置及装调方法,该方法采用内调焦光管投射光纤点光源模拟光轴,用CCD接收投射光斑,通过图像处理解算光斑轨迹圆心找出转台轴系回转轴,测量结果直接指导相应反射镜两维倾斜调整,而且该方法只需要调整光路中两块反射镜的两维倾斜自由度即可实现库德光路的对准,采用探测器和图像处理的方法,对准精度高,操作流程简单,装调效率高。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明公开的一种大口径望远镜库德光路装调的装置,包括:
第一CCD,其安放在靠近四镜位置或六镜位置的光轴上;
第二CCD,其固定设置在机下库德焦点位置;以及
内调焦光管,其通过光管调整基座固定在俯仰轴轴孔内;
所述内调焦光管包括固定透镜组、与所述固定透镜组同轴安装的调焦透镜组、连接在内调焦光管后端焦点处的光纤点光源;
所述光管调整基座包括径向平移调整机构和角度偏摆调整机构,用于调整所述内调焦光管的姿态,所述径向平移调整机构安装在俯仰轴轴孔内,所述角度偏摆调整机构安装在所述径向平移调整机构上,所述内调焦光管安装在角度偏摆调整机构上。
进一步的,所述调焦透镜组能够沿光轴方向移动,从而使得所述光纤点光源能够被投射聚焦在所述固定透镜组前至无穷远位置。
进一步的,所述第一CCD安装在靠近四镜位置的光轴上,是指四镜光轴前后不随俯仰轴转动的任一适当位置;
所述第一CCD安装在靠近六镜位置的光轴上,是指六镜与七镜光轴之间不随方位轴转动的任一适当位置。
本发明公开的一种大口径望远镜库德光路装调方法,利用上述所述的一种大口径望远镜库德光路装调的装置,该方法包括以下步骤:
步骤S10,提供待装调光路系统和大口径望远镜库德光路装调的装置;
所述待装调光路系统包括四镜、五镜、六镜、七镜及望远镜转台;
步骤S20,安装所述内调焦光管及所述光管调整基座于俯仰轴轴孔处,安装四镜、五镜、六镜、七镜于转台内,安放所述第二CCD于机下库德焦点位置;
步骤S30,调整所述内调焦光管光轴与俯仰轴重合;
步骤S40,调整四镜及六镜,使所述内调焦光管光轴与方位轴重合;
步骤S50,完成库德光路装调,此时光轴与俯仰轴高精度重合,并经过库德光路反射与方位轴高精度重合。
进一步的,所述步骤S30包括如下步骤:
步骤S31,安放所述第一CCD于靠近四镜光轴位置,调节所述调焦透镜组,使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第一CCD靶面;
步骤S32,转动俯仰轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调所述光管调整基座的所述径向平移调整机构,使光斑与圆心重合;
步骤S33,移出所述第一CCD,调节所述调焦透镜组,使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第二CCD靶面;
步骤S34,转动俯仰轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调所述光管调整基座的所述角度偏摆调整机构,使光斑与圆心重合;
步骤S35,由于各调整自由度对光轴相互有影响,需要反复调整迭代步骤S31-34,最终使光斑在两处CCD靶面上都画圆最小,此时内调焦光管光轴与俯仰轴重合。
进一步的,所述步骤S40包括如下步骤:
步骤S41,安放所述第一CCD于靠近六镜光轴位置,调节所述调焦透镜组2,使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第一CCD靶面;
步骤S42,转动方位轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调四镜两维角度倾斜自由度,使光斑与圆心重合;
步骤S43,移出所述第一CCD,调节所述调焦透镜组,使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第二CCD靶面;
步骤S44,转动方位轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调六镜两维角度倾斜自由度,使光斑与圆心重合;
步骤S45,由于调整两个反射镜对光轴相互有影响,需要反复调整迭代步骤S41-44,最终使光斑在两处CCD靶面上都画圆最小。
在上述技术方案中,本发明提供的一种大口径望远镜库德光路装调的装置及装调方法,有益效果:
本发明设计的一种大口径望远镜库德光路装调的装置及装调方法,该方法采用内调焦光管投射光纤点光源模拟光轴,用CCD接收投射光斑,通过图像处理解算光斑轨迹圆心找出转台轴系回转轴,测量结果直接指导相应反射镜两维倾斜调整。而且该方法只需要调整光路中两块反射镜的两维倾斜自由度即可实现库德光路的对准,不强调要求反射镜与光轴严格的45度夹角关系,采用探测器和图像处理的方法,对准精度高,操作流程简单,装调效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的库德光路装调示意图
图2是本发明的库德光路装调方法流程图
图3是本发明的实施例的内调焦光管调整流程图
图4是本发明的实施例的CCD图像解算回转中心原理示意图
图5是本发明的库德光路平面反射镜的调整流程图。
附图标记说明:
1、固定透镜组;2、调焦透镜组;3、径向平移调整机构;4、角度偏摆调整机构;5、光纤点光源;6、第一CCD;7、第二CCD。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1所示;
本发明一种大口径望远镜库德光路装调的装置,包括:内调焦光管、光管调整基座、第一CCD6及第二CCD7,具体的,第一CCD6为位置可移动CCD,第二CCD为位置固定CCD
内调焦光管通过光管调整基座固定在俯仰轴轴孔内,第二CCD7安放在机下库德焦点位置,第一CCD6可安放在四镜位置或六镜位置附近的光轴上;
其中,内调焦光管包括固定透镜组1、调焦透镜组2及光纤点光源5,固定透镜组1与调焦透镜组2同轴安装,光纤点光源5连接在内调焦光管后端的焦点处;
光管调整基座包括径向平移调整机构3及角度偏摆调整机构4,通过径向平移调整机构3和角度偏摆调整机构4实现内调焦光管的二维平移调整及二维偏摆调整,径向平移调整机构3安装在望远镜俯仰轴轴孔内,角度偏摆调整机构4安装在径向平移调整机构3上,内调焦光管安装在角度偏摆调整机构4上。
内调焦光管中的调焦透镜组2可沿光轴方向移动调节,从而使得光纤点光源5可以被投射聚焦在内调焦光管固定透镜组1前至无穷远位置。本实施例中内调焦光管调节过程中光轴直线性优于2″。
第一CCD6安装在四镜位置附近是指四镜光轴前后不随俯仰轴转动的任一适当位置,第一CCD6安装在六镜位置附近是指六镜与七镜光轴之间不随方位轴转动的任一适当位置。本实施例安装在四镜座中间,尽量靠近内调焦光管,安装在六镜座下方转台基座中间,这样调整时相互影响小,需要迭代的次数少。
参见图2所示;
本实施例中还提供一种大口径望远镜库德光路装调的方法,使用上述大口径望远镜库德光路装调的装置,该方法包括以下步骤:
步骤S10,提供待装调光路系统及装调装置,装调装置包括内调焦光管、光管调整基座、第二CCD7及第一CCD,待装调光路系统包括四镜、五镜、六镜、七镜及望远镜转台的方位轴及俯仰轴组件;
步骤S20,安装内调焦光管及光管调整基座于俯仰轴轴孔处,安装四镜、五镜、六镜、七镜于转台内,安放第二CCD7于机下库德焦点位置;
步骤S30,调整内调焦光管光轴与俯仰轴重合;
步骤S40,调整四镜及六镜,使内调焦光管光轴与方位轴重合;
步骤S50,完成库德光路装调,此时光轴与俯仰轴高精度重合,并经过库德光路反射与方位轴高精度重合。
参见图3所示;
本实施例步骤S30包括如下步骤:
步骤S31,安放第一CCD6于四镜光轴附近,调节调焦透镜组2,使内调焦光管投射聚焦光斑于第一CCD6靶面;
步骤S32,转动俯仰轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调光管调整基座的径向平移调整机构3,使光斑与圆心重合,参见图4所示;
步骤S33,移出第一CCD6,调节调焦透镜组2,使内调焦光管投射聚焦光斑于第二CCD7靶面;
步骤S34,转动俯仰轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调光管调整基座的角度偏摆调整机构4,使光斑与圆心重合;
步骤S35,由于各调整自由度对光轴相互有影响,需要反复调整迭代步骤S31-34,最终使光斑在第一CCD6和第二CCD7两处CCD靶面上都画圆最小,此时内调焦光管光轴与俯仰轴重合。
参见图5所示;
本实施例步骤S40包括如下步骤:
步骤S41,安放第一CCD6于六镜光轴附近,调节调焦透镜组2,使内调焦光管投射聚焦光斑于第一CCD6靶面;
步骤S42,转动方位轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调四镜两维角度倾斜自由度,使光斑与圆心重合;
步骤S43,移出第一CCD6,调节调焦透镜组2,使内调焦光管投射聚焦光斑于第二CCD7靶面;
步骤S44,转动方位轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调六镜两维角度倾斜自由度,使光斑与圆心重合;
步骤S45,由于调整两个反射镜对光轴相互有影响,需要反复调整迭代步骤S41-44,最终使光斑在第一CCD6和第二CCD7两处CCD靶面上都画圆最小。
此时,完成库德光路装调,本实施例中所有反射镜安装只需按照理论设计位置一般加工精度保证,不要求严格的机械基准,高精度的对准实现都是在本方法CCD的监视下通过微调库德光路中两块反射镜两维倾斜自由度实现的,而且不强调要求反射镜与光轴严格的45度夹角关系,该方法操作简单,对准精度高。
本实施例中库德光路四镜至库德焦点位置距离30米,转台轴系晃动3″,内调焦光管光轴直线性2″,CCD像元尺寸6.5um,装调完毕,望远镜光轴指向天区任意位置,光轴稳定精度优于5秒。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例,毋庸置疑,对于本领域的普通技术人员,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此,上述附图和描述在本质上是说明性的,不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (6)
1.一种大口径望远镜库德光路装调的装置,其特征在于,包括:
第一CCD(6),其安放在靠近四镜位置或六镜位置的光轴上;
第二CCD(7),其固定设置在机下库德焦点位置;以及
内调焦光管,其通过光管调整基座固定在俯仰轴轴孔内;
所述内调焦光管包括固定透镜组(1)、与所述固定透镜组(1)同轴安装的调焦透镜组(2)、连接在内调焦光管后端焦点处的光纤点光源(5);
所述光管调整基座包括径向平移调整机构(3)和角度偏摆调整机构(4),用于调整所述内调焦光管的姿态,所述径向平移调整机构(3)安装在俯仰轴轴孔内,所述角度偏摆调整机构(4)安装在所述径向平移调整机构(3)上,所述内调焦光管安装在角度偏摆调整机构(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种大口径望远镜库德光路装调的装置,其特征在于;
所述调焦透镜组(2)能够沿光轴方向移动,从而使得所述光纤点光源(5)能够被投射聚焦在所述固定透镜组(1)前至无穷远位置。
3.根据权利要求1所述的一种大口径望远镜库德光路装调的装置,其特征在于;
所述第一CCD(6)安装在靠近四镜位置的光轴上,是指四镜光轴前后不随俯仰轴转动的任一适当位置;
所述第一CCD(6)安装在靠近六镜位置的光轴上,是指六镜与七镜光轴之间不随方位轴转动的任一适当位置。
4.一种大口径望远镜库德光路装调方法,其特征在于,利用上述权利要求1-3任一项所述的一种大口径望远镜库德光路装调的装置,该方法包括以下步骤:
步骤S10,提供待装调光路系统和大口径望远镜库德光路装调的装置;
所述待装调光路系统包括四镜、五镜、六镜、七镜及望远镜转台;
步骤S20,安装所述内调焦光管及所述光管调整基座于俯仰轴轴孔处,安装四镜、五镜、六镜、七镜于转台内,安放所述第二CCD(7)于机下库德焦点位置;
步骤S30,调整所述内调焦光管光轴与俯仰轴重合;
步骤S40,调整四镜及六镜,使所述内调焦光管光轴与方位轴重合;
步骤S50,完成库德光路装调,此时光轴与俯仰轴高精度重合,并经过库德光路反射与方位轴高精度重合。
5.根据权利要求4所述的一种大口径望远镜库德光路装调方法,其特征在于;
所述步骤S30包括如下步骤:
步骤S31,安放所述第一CCD(6)于靠近四镜光轴位置,调节所述调焦透镜组(2),使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第一CCD(6)靶面;
步骤S32,转动俯仰轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调所述光管调整基座的所述径向平移调整机构(3),使光斑与圆心重合;
步骤S33,移出所述第一CCD(6),调节所述调焦透镜组(2),使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第二CCD(7)靶面;
步骤S34,转动俯仰轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调所述光管调整基座的所述角度偏摆调整机构(4),使光斑与圆心重合;
步骤S35,由于各调整自由度对光轴相互有影响,需要反复调整迭代步骤S31-34,最终使光斑在两处CCD靶面上都画圆最小,此时内调焦光管光轴与俯仰轴重合。
6.根据权利要求4所述的一种大口径望远镜库德光路装调方法,其特征在于;
所述步骤S40包括如下步骤:
步骤S41,安放所述第一CCD(6)于靠近六镜光轴位置,调节所述调焦透镜组(2),使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第一CCD(6)靶面;
步骤S42,转动方位轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调四镜两维角度倾斜自由度,使光斑与圆心重合;
步骤S43,移出所述第一CCD(6),调节所述调焦透镜组(2),使所述内调焦光管投射聚焦光斑于所述第二CCD(7)靶面;
步骤S44,转动方位轴,记录光斑画圆轨迹,图像处理解算并标记圆心坐标,微调六镜两维角度倾斜自由度,使光斑与圆心重合;
步骤S45,由于调整两个反射镜对光轴相互有影响,需要反复调整迭代步骤S41-44,最终使光斑在两处CCD靶面上都画圆最小。
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CN116594188B (zh) * | 2023-05-25 | 2024-05-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 大口径望远镜库德光路的装调方法 |
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CN114755818B (zh) | 2023-04-07 |
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