本发明涉及天文技术领域，更具体地说，涉及一种望远镜、镜筒组件及装调方法。
背景技术：
如图1所示，地平式望远镜包括俯仰轴系02、方位轴系03和镜筒组件01。其中，俯仰轴系02能够带动镜筒组件围绕水平线转动以实现镜头组件的俯仰角调整。方位轴系03能够带动镜筒组件围绕竖直线转动以实现镜头组件方位角的调整。镜头组件包括主镜、次镜等光学部件。镜头组件通过四通与俯仰轴系装配在一起。工作时，通过与俯仰轴系和方位轴系装配的电机、轴承和编码器协同工作，使镜筒指向空间目标，并完成瞄准、跟踪等工作，进而实现对空间目标的成像、位置和距离测量以及轨迹的记录等功能。
现有技术中很多望远镜，在镜筒内靠近次镜处设置有十字丝分划板，其十字丝的交点与主镜(物镜)的光心的连线称为视准轴。现有技术中的地平式望远镜主要采用ccd相机等代替人眼观测，因此共轴望远镜中可将镜筒光轴作为其视准轴。通常把通过望远镜中心的且与俯仰轴垂直的几何轴线称为机械轴，因此视准轴与俯仰轴不垂直时，表示视准轴与镜筒的机械轴不重合。
视准轴存在误差直接关系到望远镜的测角精度，进而影响望远镜整机的跟踪精度和指向精度等综合性能，因此视准轴的装调及其误差的检测和修正十分重要。
如图2所示，针对太阳观测或者激光测距等特殊用途的望远镜，很多望远镜采用了离轴结构，其光学系统的中心轴线与镜子的几何中心不重合。这种结构的光学系统在光路中没有遮挡，不会损失能量，整体结构简洁，但视准轴的装调校准难度较大。
综上所述，如何有效地解决无法实现离轴望远镜的视准轴的装调校准的问题，是目前本领域技术人员急需解决的工作。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种离轴望远镜的镜筒组件，该离轴望远镜的镜筒组件的结构设计在装配时可进行视准轴的校准，本发明的第二个目的是提供一种包括上述镜筒组件的离轴望远镜以及一种离轴望远镜的镜筒组件的装调方法。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种离轴望远镜的镜筒组件，包括：
镜筒，所述镜筒包括主镜筒和次镜筒，所述主镜筒与所述望远镜的俯仰轴系的四通的一侧连接，所述次镜筒与所述四通的另一侧连接；
设置于所述主镜筒内部且与所述主镜筒内壁相对固定的过渡基板；
设置于所述主镜筒内部的楔形环，所述楔形环具有第一接口和第二接口，所述第一接口的边缘与所述过渡基板相对固定；
主镜座，所述主镜座与所述第二接口的边缘相对固定；
安装在所述主镜座上的主镜；
设置于所述次镜筒上的次镜，所述次镜位于所述次镜筒的远离所述四通的一端，且所述次镜与所述主镜相错设置。
优选地，上述离轴望远镜的镜筒组件中，所述过渡基板上设置有止口，所述第一接口的边缘与所述过渡基板的止口抵接；
所述主镜的内孔和底面通过支撑结构件与所述主镜座相连，所述主镜座的边缘与所述楔形环的内侧通过止口相互抵接。
优选地，上述离轴望远镜的镜筒组件中，所述次镜筒的远离所述四通的一端还设置有保护玻璃。
优选地，上述离轴望远镜的镜筒组件中，所述楔形环的侧壁厚度由所述第一接口至第二接口逐渐增加，沿着所述楔形环的周向其侧壁沿着平行于轴向的延伸长度逐渐增加。
一种离轴望远镜，包括如上述中任一项所述的镜筒组件。
一种如上述中任一项所述的离轴望远镜的视准轴的装调方法，包括步骤：
a)装配所述过渡基板和楔形环，并微调所述楔形环的倾斜角度以使所述第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差调整至第一预设范围内；
b)安装主镜座及主镜，旋转主镜以将所述主镜的长轴和短轴调整至合适位置且所述第一接口的轴线过所述主镜的中心；
c)将所述次镜筒与所述四通装配在一起，并将所述次镜筒的位置调整至所述次镜筒预留的次镜安装孔的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差位于第二预设范围内，且使所述次镜筒预留的次镜安装孔的轴线与所述第一接口的轴线平行；
d)在所述次镜筒预留的次镜安装孔的远离所述四通的一侧安装可见光相机，且所述可见光相机的镜头中心与所述主镜的焦点光斑重合；
e)记录任一像点在可见光相机的靶面上的位置作为a，将镜筒组件绕俯仰轴旋转180°且绕方位轴旋转360°后，记录像点在可见光相机的靶面上的位置作为b，根据位置a和位置b之间的偏差以及焦距计算出视准轴的偏差，并通过调整楔形环的倾斜角度，以将视准轴的偏差调整至第三预设范围内；
f)安装次镜，并通过激光干涉仪检测所述主镜和次镜的系统波像差，根据检测到的系统波像差调整所述次镜的位置后将次镜固定。
优选地，上述离轴望远镜的视准轴的装调方法中，所述步骤a)具体为：
将所述过渡基板和楔形环与四通装配，锁定望远镜的方位轴，使用激光跟踪仪测量望远镜的俯仰轴线，并保存数据；然后锁定望远镜的俯仰轴，使用激光跟踪仪测量所述楔形环的第一接口的轴线与望远镜的俯仰轴的正交误差，并通过转动楔形环以将所述第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差调整至第一预设范围内。
优选地，上述离轴望远镜的视准轴的装调方法中，所述步骤d)具体为：
在所述次镜筒预留的次镜安装位置的远离所述四通的一侧安装十字丝，采用俯仰轴系和方位轴系的电机驱动并结合编码器提供位置反馈，将镜筒组件置于水平位置并对准平行光管，通过微调主镜座的旋转自由度，并采用金属垫片调整主镜座的倾斜自由度，使主镜焦点处的光斑与十字丝的中心重合；
用可见光相机替换十字丝，且所述可见光相机的镜头中心与十字丝的中心重合。
装配本发明提供的离轴望远镜的镜筒组件时，可以首先将主镜筒、过渡基板和楔形环装配，并粗调楔形环的倾斜角度，以使第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差调整至第一预设范围内。然后装配主镜，再装配次镜筒并粗调次镜筒的位置，通过记录正镜位置和倒镜位置相机靶面像点的偏差，上述偏差结合焦距计算出镜筒组件的视准轴的偏差，进而继续微调楔形环的倾斜角度，以实现将视准轴的偏差调整至第三预设范围内。最后，安装次镜，可以通过激光干涉仪检测主镜和次镜的系统波像差，根据检测到的系统波像差调整次镜的位置后将次镜固定。上述过程，实现了在装配镜筒组件的过程中，对镜筒组件的视准轴的校准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的地平式望远镜的结构示意图；
图2为现有技术中的离轴望远镜光学结构示意图；
图3为本发明实施例提供的离轴望远镜的镜头组件的剖视图；
图4为图3的局部放大图；
图5为本发明实施例提供的十字丝的安装位置示意图；
图6为本发明实施例提供的激光干涉仪与第一平面反射镜的安装位置示意图；
图7为本发明实施例提供的第二平面反射镜的安装位置示意图；
图8为本发明实施例提供的次镜装配位置的示意图。
在图1中：
01-镜头组件、02-俯仰轴系、03-方位轴系；
在图3-图8中：
1-次镜筒、2-次镜、3-过渡基板、3a-通光孔、4-楔形环、5-主镜座、6-主镜、7-主镜筒、8-四通、9-保护玻璃、10-十字丝、11-平行光管、12-第一平面反射镜、13-激光干涉仪、14-第二平面反射镜。
具体实施方式
本发明的第一个目的在于提供一种离轴望远镜的镜筒组件，该离轴望远镜的镜筒组件的结构设计在装配时可进行视准轴的校准，本发明的第二个目的是提供一种包括上述镜筒组件的离轴望远镜以及一种离轴望远镜的镜筒组件的装调方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图3-图4，本发明提供的离轴望远镜的镜筒组件包括镜筒、过渡基板3、楔形环4、主镜座5、主镜6和次镜2。其中，镜筒包括主镜筒7和次镜筒1，主镜筒7与望远镜的俯仰轴系的四通8的一侧连接，次镜筒1与四通8的另一侧连接。即主镜筒7和次镜筒1分别位于四通8的相对的两侧，且主镜筒7和次镜筒1位于俯仰轴系的俯仰轴的两侧。主镜6安装在主镜筒7中，次镜2安装在次镜筒1中。过渡基板3设置于主镜筒7内部，并且过渡基板3与主镜筒7的内壁相对固定，即过渡基板3的外边缘与主镜筒7的内壁固定连接。具体地，过渡基板3的外边缘与主镜筒7的内壁可以焊接或者通过止口卡接，在此不作限定。
楔形环4也设置在主镜筒7内部，并且楔形环4具有第一接口和第二接口，第一接口和第二接口沿着楔形环4的轴向排布。第一接口的边缘所在的平面与第二接口的边缘所在的平面相交。楔形环4的第一接口的边缘与过渡基板3相对固定，具体地，楔形环4的第一接口的边缘与过渡基板3的内边缘可以通过止口固定。即过渡基板3上设置有用于安装楔形环4的安装孔，安装孔的边缘与楔形环4的第一接口的边缘固定连接。过渡基板3上还开设有通光孔3a。
主镜座5与第二接口的边缘相对固定，以实现将主镜座5固定在主镜筒7中。主镜座5可以位于第二接口的下侧，用于支撑主镜6。主镜6安装在主镜座5上，楔形环4的第二接口相对于第一接口倾斜，过渡基板3沿着第一接口所在平面延伸，主镜6安装在第二接口处，以此实现了主镜6相对于过渡基板3和主镜筒7的内壁倾斜安装。
次镜2安装在次镜筒1上，次镜2位于次镜筒1的远离四通8的一端，并且次镜2安装在次镜筒1的轴线的一侧，以使次镜2与主镜6相错设置。
装配本发明提供的离轴望远镜的镜筒组件时，可以首先将主镜筒7、过渡基板3和楔形环4装配，并粗调楔形环4的倾斜角度，以使第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差调整至第一预设范围内。然后装配主镜6，再装配次镜筒1并粗调次镜筒1的位置，通过记录正镜位置和倒镜位置相机靶面像点的偏差，上述偏差结合焦距计算出镜筒组件的视准轴的偏差，进而继续微调楔形环4的倾斜角度，以实现将视准轴的偏差调整至第三预设范围内。最后，安装次镜2，可以通过激光干涉仪13检测主镜6和次镜2的系统波像差，根据检测到的系统波像差调整次镜2的位置后将次镜2固定。上述过程，实现了在装配镜筒组件的过程中，对镜筒组件的视准轴的校准。
过渡基板3的通光孔3a与次镜2可以局部相对。
优选地，过渡基板3上设置有止口，第一接口的边缘与过渡基板3的止口抵接。主镜6的内孔和底面通过支撑结构件与主镜座5相连，主镜座5的边缘与楔形环4的第二接口内侧通过止口相互抵接，以此实现了主镜6和主镜座5与楔形环4的第二接口的配合。支撑结构件包括侧支撑和底支撑，主镜6的内孔和底面分别通过侧支撑和底支撑与主镜座5相连。
当然，过渡基板3与第一接口的边缘也可以直接固定连接，在此不作限定。
进一步地，次镜筒1的远离四通8的一端还设置有保护玻璃9，保护玻璃9与楔形环4相对设置，次镜2位于保护玻璃9的一侧。
在一具体实施例中，楔形环4的侧壁厚度由第一接口至第二接口逐渐增加，即沿着楔形环4的轴线方向楔形环4的侧壁厚度逐渐递减或递增，第一接口的侧壁厚度小于第二接口的侧壁厚度。同时，沿着楔形环4的周向其侧壁沿着平行于轴向的延伸长度递增或者递减，即楔形环4的侧壁的轴向长度沿着周向递增或递减。以此实现第一接口边缘所在平面与第二接口边缘所在平面相交。
基于上述实施例中提供的镜筒组件，本发明还提供了一种离轴望远镜，该离轴望远镜包括上述实施例中任意一种镜筒组件。由于该离轴望远镜采用了上述实施例中的镜筒组件，所以该离轴望远镜的有益效果请参考上述实施例。
相应地，本发明实施例还提供了一种离轴望远镜的视准轴的装调方法，包括步骤：
s1)装配过渡基板3和楔形环4，并微调楔形环4的倾斜角度以使楔形环4的第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差调整至第一预设范围内。
步骤s1)主要目的在于粗调楔形环4和过渡基板3的位置。即安装过渡基板3，再将楔形环4的第一接口的边缘与过渡基板3连接。连接过程中可以微调过渡基板3和/或楔形环4以使楔形环4的第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差调整至第一预设范围内。具体地，连接过程中可以转动楔形环4以调整楔形环4的第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差。
s2)安装主镜座5及主镜6，旋转主镜6以将主镜6的长轴和短轴调整至合适位置且第一接口的轴线过主镜6的中心。
步骤s2)的主要目的在于调整主镜6的倾斜角度以及旋转定位精度。即装配主镜座5，主镜座5位于主镜6的背离四通8的一侧，主镜座5用于支撑主镜6。然后安装主镜6，主镜6的外边缘与第一接口的边缘抵接。上述过程中，可以通过旋转主镜6以调整主镜6的长轴和短轴的位置，最终将主镜6的长轴和短轴的位置调整至正确位置。并且，使第一接口的轴线过主镜6的中心，即主镜6的光轴与第一接口的轴线相交。
具体地，主镜6的长轴和短轴位置均设置有标记线，如此在转动主镜6时可以快速将主轴的长轴和短轴转动至合适位置。具体地，主镜6包括支撑结构和镜片，在主镜6的外圆柱面上长轴和短轴位置标记有精度0.1mm的刻线，以此为基准旋转调整主镜6，确定初始位置。
s3)将次镜筒1与四通8装配在一起，并将次镜筒1的位置调整至次镜筒1预留的次镜2安装孔的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差位于第二预设范围内，且使次镜筒1预留的次镜2安装孔的轴线与第一接口的轴线平行；
该步骤s3)中将次镜筒1与四通8装配，但不装次镜2。采用激光跟踪仪测量次镜筒1预留的次镜2安装孔的轴线与望远镜的俯仰轴的正交误差，并通过旋转次镜筒1使次镜筒1预留的次镜安装孔的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差位于第二预设范围内。通过将次镜筒1围绕俯仰轴转动可以使次镜筒1预留的次镜安装孔的轴线与第一接口的轴线平行，即实现了次镜筒1预留的次镜安装孔的轴线、第一接口的轴线和俯仰轴均大致位于同一平面内。
第二预设范围为10″，激光跟踪仪的角测量误差为10″，因此可通过旋转次镜筒1，将次镜筒1预留的次镜安装孔的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差修正到10″以内。
s4)在次镜筒1预留的次镜安装孔的远离四通8的一侧安装可见光相机，且可见光相机的镜头中心与主镜6的焦点光斑重合。
即可见光相机与次镜安装孔相对，并且调整可将光相机的安装位置以使可见光相机的镜头中心与主镜6的焦点光斑重合。
s5)记录任一像点在可见光相机的靶面上的位置作为a，将镜筒组件绕俯仰轴旋转180°且绕方位轴旋转360°后，记录像点在可见光相机的靶面上的位置作为b，根据位置a和位置b之间的偏差以及焦距计算出视准轴的偏差，并通过调整楔形环4的倾斜角度，以将视准轴的偏差调整至第三预设范围内。
步骤s5)中，利用可见光相机对平行光管11成像原理，即在平行光管11前，记录在正镜位置(俯仰轴0°、方位轴0°)和倒镜位置(俯仰轴180°、方位轴360°)时相机靶面像点的偏差，结合系统焦距计算和修正视准轴误差。如图5所示。
s6)安装次镜2，并通过激光干涉仪13检测主镜6和次镜2的系统波像差，根据检测到的系统波像差调整次镜2的位置后将次镜2固定。
进一步地，步骤s1)可以具体为将过渡基板3和楔形环4与四通8装配，锁定望远镜的方位轴，使用激光跟踪仪测量望远镜的俯仰轴线，并保存数据；然后锁定望远镜的俯仰轴，使用激光跟踪仪测量楔形环4的第一接口的轴线与望远镜的俯仰轴的正交误差，并通过转动楔形环4以将第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差调整至第一预设范围内。其中，第一预设范围为10″，激光跟踪仪的角测量误差为10″，因此可通过旋转楔形环4，将第一接口的轴线与该望远镜的俯仰轴系的俯仰轴的正交误差修正到10″以内。
其中，步骤s4)具体包括：
s41)在次镜筒1预留的次镜安装孔的远离四通8的一侧安装十字丝10，如图5所示。十字丝10可以通过止口进行定位。
s42)采用俯仰轴系和方位轴系的电机驱动并结合编码器提供位置反馈，将镜筒组件置于水平位置并对准平行光管11，通过微调主镜座5的旋转自由度，并采用金属垫片调整主镜座5的倾斜自由度，使主镜6焦点处的光斑与十字丝10的中心重合。
即采用俯仰轴系的电机驱动和编码器以及方位轴系的电机驱动和编码器提供位置反馈，将镜筒置于水平位置并对准平行光管11。
s43)用可见光相机替换十字丝10，且可见光相机的镜头中心与十字丝10的中心重合。如此可以实现将可见光相机的镜头中心与主镜6的焦点光斑重合。
在一具体实施例中，步骤s5)具体为：
s51)在次镜筒1的远离四通8的一侧设置与次镜筒1轴线垂直且与俯仰轴平行的第一平面反射镜12，第一平面反射镜12与次镜筒1的整个端面相对设置。在主镜筒7的远离四通8的一侧设置激光干涉仪13，使激光干涉仪13出射的平行光经由过渡基板3的通光孔3a，入射到第一平面反射镜12，然后调整激光干涉仪13将干涉条纹拉至0条纹，此时激光干涉仪13的光轴和平面反射镜垂直，如图6所示。
s52)在主镜筒7内靠近四通8的端面上贴第二平面反射镜14，第二平面反射镜14与第一平面反射镜12平行且与次镜2的安装孔相对，使镜头组件围绕俯仰轴转动和/或围绕方位轴转动以使激光干涉仪13出射的平行光经由过渡基板3的通光孔3a，入射到第二平面反射镜14，然后调整激光干涉仪13将第二平面反射镜14的反射条纹在激光干涉仪13拉至0条纹，此时主镜筒7和次镜筒1的光轴和激光干涉仪13的光轴平行。
s53)安装次镜2，并通过干涉仪检测所述主镜6和次镜2的系统波像差，根据检测到的系统波像差调整次镜2的位置后将次镜2固定。具体地，可以通过螺钉紧固次镜2。
次镜2的装调采用了激光干涉仪13和标准平面镜，对于主镜6和次镜2构成的系统联合检测，通过系统波像差作为判据进行调节。具体为采用干涉仪采集系统干涉图样，然后经过分析软件算出整个光学系统的波前均方根误差，其量值是用泽尼克系数来表示。通过泽尼克系数与系统波像差的关系(由于各种几何像差与泽尼克多项式各项的系数可以建立起一一对应的联系，因而就可以从泽尼克系数中得出光学系统的波像差)，判断需要调整的目标值，即当前在整个光学系统中占主导地位的波前误差，进而由系统波前误差得到系统的失调量，然后进行一次精密机械装调。通过多次这样的分析和优化，直到该望远镜的光学系统达到最好的状态。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。