一种以像平面为基准的轴对称望远镜快速装调方法与流程

本发明属于光学望远镜检测装配技术领域，涉及光学望远镜装调技术方法，具体来说就是利用一定工具和方法快速完成望远镜中低精度的光学装调工作。

背景技术

目前，在光学望远镜检测装配技术领域，对光学望远镜装调方法是，先对一台望远镜在完成设计、加工后，只有在按照一定装调技术方法完成装调后才能正常工作。望远镜装调的主要工作就是保证各光学元器件处于设计所要求的空间位置。常规的装调方法需要测微准直望远镜、五棱镜、微动调整平台等，以及大量的工装。装调工作量大、所需人员多。而且望远镜在日常运行、维护中也难免会产生各种失调量，望远镜的各种失调量会造成成像质量下降，信噪比降低，目标细节丢失等问题，因此必须及时对失调的望远镜重新进行装调。对于野外台站，特别是新疆、西藏等观测台站，装调是一项困难、耗时的工作。并且野外台站同时面临着缺少仪器、工装加工困难等困境，加上恶劣的环境因素，从而使装调精度难以保证。

虽然望远镜常规装调技术已经比较成熟，各个光学设备生产、研究单位都有各自完善的装调技术和工具。但是，都需要特定的装调工具、场地和工艺流程。

其中，国内外在失调量检测和评价方面已经进行了深入的研究。常见的自准直检测装配方法（高天元，子孔径拼接成像系统结构设计及装调方法的研究[d]，长春：长春理工大学，2012，53-58）需要高精度的平面镜、配套的参考光源以及探测器，检测装配精度高，但是对环境因素敏感，且所需工具精度高、工作环境要求高。利用测微准直望远镜、高精度辅助工装等工具进行检测装配的方法（李德培.天文光学望远镜的调校与检测[j].光学技术,1998,24(3):27-31），检测装配精度较高，但是工作量大、所需工装繁多，且需要大量人员配合。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种以像平面为基准的轴对称望远镜快速装调方法方法，该方法利用轴对称光学系统的特点，基于几何光学的基本原理，使用简单的工具，以像平面为基准，就可以快速直观的完成检测装调工作的以像平面为基准的轴对称望远镜快速装调方法。

本发明的技术解决方案是：一种以像平面为基准的轴对称望远镜快速装调方法，该方法的具体包括以下步骤：

第一步，调整出射光束的倾斜，使出射光束与高精度回转机构的回转轴重合。通过该步的操作可以消除出射光束和装调机构回转轴的夹角误差。

第二步，以待装调望远镜像平面为基准建立一个垂直于像平面且通过像平面中心的视轴基准。该步的操作可以通过装调工具和望远镜像平面安装机构的精密配合来实现。由于上一步已经完成了装调工具高精度回转机构和出射光束的重合，所以该步只需实现望远镜像平面安装机构和装调工具的轴孔同轴即可。

第三步，待装调望远镜次镜平移调整，调整望远镜仪器终端支撑结构的倾斜或者平移次镜使细平行光束入射到望远镜次镜顶点上。由于望远镜仪器终端安装在终端支撑结构上，且上一步已经用装调工具的出射光束来标识出垂直于像平面且通过其中心的轴线，并以此作为视轴基准，所以这里通过调整整个仪器终端支撑结构的倾斜或者平移次镜来使次镜顶点位于视轴基准上。从而实现次镜的平移调整。

第四步，待装调望远镜次镜倾斜调整，调整次镜倾斜使入射到其顶点上的出射光束原路返回，返回光束与出射光束夹角＜1′。该步主要是用来调整次镜的光轴和视轴基准的夹角误差，从而实现次镜光轴的倾斜调整。让次镜光轴和视轴基准重合。

第五步，待装调望远镜主镜平移调整，观察主镜光轴和视轴基准的空间距离，如果距离过大需要通过调整仪器终端支撑结构来减小。该步需要评价主镜光轴和视轴基准的空间距离，如果距离过大需要通过调整仪器终端支撑结构来减小。空间距离的阈值需要根据实际的光学系统来计算。但是通常在望远镜结构设计时就通过机械保证了空间距离满足技术指标要求。所以通常不需要调整。

第六步，待装调望远镜主镜倾斜调整准备，在望远镜主次镜之间用细线拉一个中心位于基准轴上的十字丝，旋转装调工具高精度旋转机构并调整出射光束的倾斜，使其先入射到细线上，再入射到次镜上。该步主要是用中心位于视轴基准上的十字丝来标识视轴基准的一个点，然后通过调整出射光束的倾斜产生一个与视轴基准有一定夹角的光束，从而使其能够入射到主镜镜面上，然后再利用回转特性来检测主镜的倾斜。

第七步，待装调望远镜主镜倾斜调整，在细线的四个方向用纸屏观察并记录下光束经待装调主镜反射后出射的光束与细线的相对位置。依据经主镜反射后出射的出射光束与细线的相对位置调整主镜的倾斜，使出射的光束的中心在四个方向上均通过所述十字丝。该步是利用望远镜轴对称的特性，当主镜倾斜时，不同方向的入射光经常主镜反射后就不再具有轴对称特性，根据偏离量便可对主镜倾斜进行调整。

第八步，系统装调稳定性确认,静置一段时间后，如果观察步骤8的结果发生了变化，从步骤1开始重新进行装调。该步是为了消除装调过程中产生的应力变形在静置后引起的改变。

第九步，用恒星离焦星点像精调待装调望远镜主镜，将待装调望远镜指向天顶附近的恒星，并让其处于恒星跟踪状态，换上图像探测器，并使星像离焦，根据离焦星点像内外环的偏心精调待装调望远镜主镜倾斜，使离焦星点像向离焦星点像偏心较厚的方向移动，最终使内外环同心。

第十步，如果步骤9的结果满足成像质量要求，即离焦星点像内外环同心,焦点像锐利清晰，就可以完成光学装调工作。否则，从步骤1开始重新进行装调。

由于以上各步骤在装调时，由于机械结构、视差、操作误差等原因，会使整个装调结果难以达到理想状态，因此需要理由恒星来进行校验和精调。该步骤的精度通过仿真计算和实际操作，最好可以达到衍射极限的成像质量。该步骤的操作只对主镜倾斜进行微调，不再对其他结构进行检测和调整。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明利用轴对称光学系统的特点，基于几何光学的基本原理，使用简单的工具便可以达到较高的检测装配精度，并且具有可视化好、直观、简便的特点。

2、本发明适应性强，可以适用于各种光学系统，且整体结构简便，方便携带和运输。

3、本发明对环境因素不敏感，方便于野外条件复杂环境下的装配工作。

附图说明

图1为以像平面为基准的光学装调流程图。

图2为以像平面为基准的视轴基准建立及副镜装调方法示意图。

图3为以像平面为基准的主镜装调方法示意图。

图4为采用本发明方法的验证的离焦星点像图。

具体实施方式

以下说明本发明的实施例。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。

本发明充分利用了高精度回转机构和轴对称望远镜的特性，过程简单、便于实现，精确度较高。

本发明中用的光学装调工具包含高精度回转结构、观察窗、高精度倾斜调整机构以及低发散角激光器等部分，具体结构如图1所示。该装调工具通过精密配合的转接件连接到安装像平面位置附近。利用高精度回转机构的回转特性，调整装调工具的倾斜调整机构，使激光器的出射光束在回转机构转动时跳动小于30″。当激光器的出射光束随回转机构转动时跳动小于30"时，把此时的出射光束作为视轴基准。在进行装调时，可以通过观察窗来观察返回光束的位置和跳动情况。

本发明在进行望远镜装调时，具体调整主次镜的方法和结构，需要根据具体的望远镜来确定。本发明的装调方法只是提供检测和装调流程，进行具体调整时，必须按照望远镜已有的调整结构和方式进行调整。这是由于每个望远镜在设计时，具体的机械结构会有所不同，主次镜、仪器终端支撑结构等部分具体的移动、调整结构和方式都会有细微差别。所以本发明不再做具体的移动、调整操作工具和方法的说明。

本发明一种以像平面为基准的轴对称望远镜快速装调方法，该装调方法具体包括以下步骤：

步骤1：光学装调准备工作，调整出射光束的倾斜，使出射光束与回转机构的回转轴重合；

步骤2：以待装调望远镜像平面为基准建立一个垂直于像平面且通过像平面中心的视轴基准；

步骤3：调整待装调望远镜次镜平移，调整望远镜仪器终端支撑结构的倾斜或平移次镜使细平行光束入射到望远镜次镜顶点上；

步骤4：待装调望远镜次镜倾斜调整，调整次镜倾斜使入射到其顶点上的出射光束原路返回，返回光束与出射光束夹角＜1′；

步骤5：待装调望远镜主镜平移调整，观察主镜光轴和所述视轴基准的空间距离，进行调整；

步骤6：待装调望远镜主镜倾斜调整准备，在望远镜主次镜之间用细线拉一个中心位于基准轴上的十字丝，旋转装调工具高精度旋转机构并调整出射光束的倾斜，使其先入射到细线上，再入射到次镜上；

步骤7：待装调望远镜主镜倾斜调整，在细线的四个方向用纸屏观察并记录下光束经待装调主镜反射后出射的光束与细线的相对位置，依据经主镜反射后出射的出射光束与细线的相对位置调整主镜的倾斜，使出射的光束的中心在四个方向上均通过所述十字丝，即完成装调。

进一步，该方法还包括验证步骤：

步骤8：用恒星离焦星点像精调待装调望远镜主镜，将待装调望远镜指向天顶附近的恒星，并让其处于恒星跟踪状态，换上图像探测器，并使星像离焦，根据离焦星点像内外环的偏心精调待装调望远镜主镜倾斜，使离焦星点像向离焦星点像偏心较厚的方向移动，最终使内外环同心；

步骤9：如果步骤8的结果满足成像质量要求，即离焦星点像内外环同心,焦点像锐利清晰，则完成光学装调工作，否则，从步骤1开始重新进行装调。

进一步，所述步骤1的详细步骤为：

1.1:先在光源前设置一回转机构，转动回转机构，确定回转机构的回转轴，

1.2：观察光源的出射光束的晃动量；根据出射光束的晃动量调整出射光束的倾斜角，当出射光束随回转机构转动时晃动量小于30″，则确认出射光束与回转机构的回转轴重合，进行下一步。

进一步，所述步骤2的详细步骤为：通过精密配合的转接件将回转机构安装在待调试的望远镜探测器安装接口上，使所述回转机构的出射光束垂直于像平面且通过像平面中心，此时出射光束即为视轴基准。

进一步，所述步骤5的详细步骤为：在待装调望远镜主次镜之间用细线拉一个中心位于基准轴上的十字丝，并检查待装调望远镜主镜中心与装调工具出射光束的距离，如果距离小于1mm，则可不做调整，如果距离大于1mm，则需要调整探测器终端支撑机构的整体倾斜或者调整主镜平移。

本发明以像平面为基准对轴对称望远镜进行快速装调的流程如图1所，以某rc望远镜为例，其具体步骤如下：

第一步，转动装调工具高精度回转机构，同时观察激光器出射光束在远处的晃动量；根据出射光束在远处的晃动情况来调整装调工具的倾斜调整机构，使激光器的出射光束随高精度回转机构转动时晃动量小于30″。

第二步，通过精密配合的转接件将光学装调工具安装在rc望远镜探测器安装接口上，保证装调工具出射光束垂直于像平面且通过像平面中心，此时装调工具出射的光束即为视轴基准。

第三步，在副镜偏离机械轴误差小于1mm，如果探测器终端接口整体具备倾斜能力，则通过调整探测器终端支撑结构的整体倾斜，使装调工具出射光束入射到副镜顶点十字丝上；否则，调整副镜平移，使副镜顶点十字丝位于装调工具出射光束上。此时装调工具出射的光束即为视轴基准，如图2所示。

第四步，在保证装副镜顶点十字丝中心一直位于装调工具出射光束上的情况下，调整次镜倾斜使入光束原路返回，返回光束与出射光束夹角＜1′即可。

第五步，在望远镜主次镜之间用细线拉一个中心位于基准轴上的十字丝，并检查主镜中心与装调工具出射光束的距离，如果距离小于1mm，则可不做调整，如果距离大于1mm，则需要调整探测器终端支撑机构的整体倾斜或者调整主镜平移。

第六步，旋转装调工具高精度旋转机构并调整出射光束的倾斜，使其先入射到细线上，再入射到次镜上，如图3所示。

第七步，在细线的四个方向用纸屏观察并记录下经主镜反射后出射的光束与细线的相对位置。

第八步，依据经主镜反射后出射的出射光束与细线的相对位置调整主镜的倾斜，使出射的光束在四个方向上均通过细线。

第九步，利用天顶附近的恒星进行校验及精调，根据离焦星点像内外环的偏心微调主镜倾斜，使目标向内外环较厚的方向移动，直到离焦星点像内外环同心，如图4所示。观察焦内、焦外像，内外环均同心即可。

利用上述方法可以快速完成某rc望远镜的光学装调工作，使其成像质量达到技术指标要求。