一种卡塞格林望远镜装调机构及装调方法

技术领域

本发明涉及光学成像检测领域，具体而言，涉及一种卡塞格林望远镜装调机构及装调方法。

背景技术

卡塞格林望远镜是一种由两块反射镜组成的反射式望远镜，其采用折叠光学的设计大大减小了镜筒的长度，其中较大的反射镜称为主镜，较小的称为次镜,主镜的抛物面开设有孔，望远镜成像于主镜后面，它的焦点称为卡塞格林焦点；抛物面型的主镜将进入望远镜的平行光线反射并汇聚在焦点上，这个点也是次镜的一个焦点，然后次镜将这些光线反射进行成像；上述结构描述为理想状态下的卡塞格林望远镜，在实际装调过程中，主镜的光轴应当尽量与次镜的光轴同轴，以期减小球差、慧差和离焦等像差的影响。

申请号为201910881002.9的中国专利申请公开了一种含有次镜调焦机构的共孔径光学系统装调方法，其首先利用中心偏测量仪测量次镜的偏差，使得导轨轴线与仪器回转台转轴一致，再利用双光路测量法使得次镜光轴与导轨轴线一致，过程中需要利用平面补偿器搭建光路，借助于干涉仪进行自准直调校，调整次镜调焦机构整体装配位置，使波像差在零位满足系统波像差要求，需要使用到干涉仪、球面透镜补偿器以及平面工装反射器等结构，整个测量过程较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需使用干涉仪的卡塞格林望远镜装调机构及装调方法。

一种卡塞格林望远镜装调机构，包括：

用于向卡塞格林望远镜的主镜出射光束的激光器，所述激光器的出射光光轴平行于主镜的光轴；

用于驱动所述激光器绕主镜的光轴转动的回转机构；

垂直设置于主镜的光轴上的受光件，所述受光件连有导向机构以使受光件可沿主镜的光轴方向移动。

进一步地，所述回转机构上设有位移机构，且所述位移机构移动方向垂直于所述回转机构的回转轴线，所述激光器设于位移机构上。

进一步地，所述受光件为CCD相机或光屏。

进一步地，所述装调机构还包括两组镜筒调整架，所述卡塞格林望远镜的镜筒两端各穿设于一组所述镜筒调整架内，每组镜筒调整架上均螺纹连接有若干第二紧固件；所述若干第二紧固件环绕镜筒外壁均匀布置且每组第二紧固件端部抵接于所述镜筒上。

进一步地，所述导向机构为直线导轨，所述受光件设于所述直线导轨的滑块上。

一种卡塞格林望远镜的装调方法，包括如下步骤：

S1、装入次镜前，调整激光器，使主镜的光轴平行激光器的出射光光轴；

S2、装入次镜后，以平行于激光器出射光光轴的一直线为轴线旋转激光器；激光器的出射光经主镜和次镜依次反射后射出，并在垂直主镜光轴的受光件上形成若干投射点，绘制一组串联所述若干投射点的圆；

S3、沿激光器的出射光的轴向多次移动受光件，并于每次移动后重复步骤S2以绘出多组圆；

S4、观察步骤S3中的多组圆的直径是否相等，若否，调整主镜与次镜之间间距，再重复步骤S2和步骤S3，直到步骤S3中的所述多组圆直径相等；观察步骤S3中多组圆的圆心位置是否重合，若否，调整次镜倾角并重复步骤S2和步骤S3，直到所述多组圆的圆心重合。

优选地，所述步骤S1包括如下子步骤：

S1.1、于主镜的焦点处设置一受光件，激光器的出射光经主镜反射后于受光件上形成一投射点；

S1.2、以主镜的光轴走向初拟一虚拟光轴，激光器绕所述虚拟光轴旋转，进而于所述受光件上形成若干个分散的投射点；

S1.3、调整激光器的出射光与所述虚拟光轴之间的平行度和间隙,直到旋转激光器的过程中，所述若干个分散的投射点聚集为一组投射点，并观察由所述若干个分散的投射点聚集成的所述一组投射点位置是否变化；

若否，则主镜的光轴平行于激光器出射光的光轴；

若是，调整激光器出射光与所述虚拟光轴的夹角角度，保持调整后的夹角角度保持不变，重复步骤S1.2直到投射点的位置不再变化。

优选地，所述步骤S1中，激光器出射光经主镜反射后于主镜的焦点处形成一投射点，利用设置在主镜的焦点处的显微镜来观察投射点焦前和焦后的星点像；

若存在像差，调整激光器投射，以减小或者消除像差，使显微镜中观察到的星点最圆整，则主镜的光轴平行于激光器出射光的光轴。

优选地，所述步骤S5中，偏转次镜以提高次镜的光轴与主镜的光轴之间的平行度。

优选地，所述步骤S1.2、和S1.3中,激光器的旋转角度不小于度。

本发明的有益效果是：

本发明的卡塞格林望远镜装调机构，包括用于向卡塞格林望远镜的主镜出射光束的激光器、用于驱动所述激光器绕主镜的光轴转动的回转机构以及垂直设置于主镜的光轴上的受光件，所述激光器的出射光光轴平行于主镜的光轴，所述受光件连有导向机构以使受光件可沿主镜的光轴方向移动；本发明的装调机构在对卡塞格林望远镜进行装调时，先使激光发射器发出的激光光轴平行于主镜的光轴，利用卡塞格林望远镜的反射原理，在主镜的背面一端设置一组受光件，旋转激光器和移动受光件，通过比对不同位置下受光件上由若干投射点组成圆形的圆心和直径的变化，来调整主镜与次镜之间的间距及倾角，减少球差、慧差和离焦等像差的影响，测量设备结构简单，无需使用干涉仪，操作方便。

附图说明

图1为本发明的卡塞格林望远镜装调机构立体图；

图2为本发明的回转机构结构示意图；

图3为本发明的镜筒结构示意图一；

图4为本发明的镜筒结构示意图二；

图5为本发明的卡塞格林望远镜在状态一下的光路图；

图6为本发明的卡塞格林望远镜在状态二下的光路图；

图7为本发明的卡塞格林望远镜在状态三下的光路图；

图8为本发明的卡塞格林望远镜在状态四下的光路图；

图标：1-镜筒,10-主镜,11-次镜,110-次镜固定件,111-镜架,112-第一紧固件,113-调节机构,113a-第一螺纹孔，113b-第二螺纹孔，120-镜筒调整架，121-第二紧固件，2-平台，20-支座，21-回转机构，210-激光器，211-杠杆百分表，212-位移机构，22-导向机构，220-滑块，221-受光件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图4所示，卡塞格林望远镜包括镜筒1和设置于镜筒1内的主镜10和次镜11。

如图3所示，次镜11安装于次镜固定件110上，次镜固定件110安装于镜架111上，镜架111安装于所述镜筒1的端部；所述镜筒1筒壁上环绕所述镜架111的外圆周面设置有若干第一紧固件112，本实施例中为3组第一紧固件112，三组第一紧固件112与镜筒1螺纹连接，每组第一紧固件112贯穿镜筒1并插入镜架111外圆周面上的盲孔内，因此，通过旋紧/旋松所述三组第一紧固件112可调整次镜11光轴与主镜10光轴的同轴度；而次镜固定件110与镜架111之间通过三组调节机构113连接，三组调节机构113环绕所述次镜固定件110的轴线设置，每组调节机构113包括一组第一螺纹孔113a和一组第二螺纹孔113b,其中第一螺纹孔113a贯穿镜架111，第二螺纹孔113b同时贯穿镜架111和次镜固定件110，第二螺纹孔113b内可通过一组螺钉固定连接所述镜架111和次镜固定件110，而第一螺纹孔113a内一组螺钉可在旋进过程中顶开所述次镜固定件110，通过调整三组调节机构113内的螺钉，可调整次镜11的安装角度，即次镜11光轴与镜筒1轴线之间的夹角，即可调整次镜11镜面与主镜10光轴之间的倾斜方向和倾角。

如图5所示，作为光学理论知识，当主镜10光轴与次镜11光轴同轴且主镜10的焦点与次镜11的焦点共焦时(此为本发明的卡塞格林望远镜的状态一)，入射光投射到主镜10上，并经主镜10和次镜11的先后反射后，形成一组平行光沿着主镜10中心的通孔射出，投射于受光件上，沿着主镜10的光轴方向来回移动受光件，位于右侧的受光件上形成的光圈大小不会发生变化。

如图6所示，当主镜10的光轴与次镜11的光轴之间存在倾角时(此为本发明的卡塞格林望远镜的状态二)，出射光与入射光之间亦会存在夹角，旋转入射光角度或沿主镜光轴方向移动受光件，出射光在受光件上形成投射点的位置会发生变化。

如图7和图8所示，当主镜10的光轴与次镜11的光轴同轴，但主镜10的焦点与次镜11的焦点不共焦时，出射光会在受光件上形成会聚或发散状态的投射点；当次镜11的焦点位于主镜10和主镜10的焦点之间时(此为本发明的卡塞格林望远镜的状态三)，状态图如图7所示，当次镜11的焦点位于主镜10的焦点之外时(此为本发明的卡塞格林望远镜的状态四)，状态图如图8所示。

实施例一:

如图1-4所示，本实施例提供一种卡塞格林望远镜装调机构，包括用于向卡塞格林望远镜的主镜10出射光束的激光器210、用于驱动所述激光器210绕主镜10的光轴转动的回转机构21和垂直设置于主镜10的光轴上的受光件221，所述激光器210的出射光光轴平行于主镜10的光轴；所述受光件221连有导向机构22以使受光件221可沿主镜10的光轴方向移动。

如图1和图2所示，为使得所述激光器210的出射光光轴平行于主镜10的光轴，首先设置一平台2，将所述卡塞格林望远镜的镜筒1支撑于平台2上，所述镜筒1内装有主镜10，所述平台2上竖直设置有两组镜筒调整架120，所述卡塞格林望远镜的镜筒1两端各穿设于一组所述镜筒调整架120内，每组镜筒调整架120上均螺纹连接有若干第二紧固件121，本实施例中每组镜筒调整架120上设置有三组所述第二紧固件121，所述三组第二紧固件121环绕镜筒1外壁均匀布置且每组第二紧固件121端部抵接于所述镜筒1上。

位于镜筒1上安装次镜11一侧的平台2上设有支座20，支座20上设有回转机构21，且回转机构21的转轴平行于平台2所在平面，如图3所示，所述回转机构21上设有位移机构212，且所述位移机构212移动方向垂直于所述回转机构21的回转轴线，所述激光器210设于位移机构212上，本实施例中所述位移机构212采用单轴位移台，即所述激光器210能绕所述回转机构21的轴线在竖直面内转动，且激光器210与回转机构21的轴线之间的间距可调。

所述导向机构21为直线导轨，所述受光件221设于所述直线导轨的滑块220上。

所述支座20上还设有杠杆百分表211，杠杆百分表211贴合于镜筒1的端部，通过观察杠杆百分表211的数值可用于辅助调整镜筒1，使镜筒1的中心轴线平行于所述回转机构21的轴线。

实施例二:

在对卡塞格林望远镜进行装调时，首先需要使激光器210发出的出射光光轴与主镜10的光轴平行，即装调方法的第一步如下：

S1、装入次镜11前，调整激光器210，使主镜10的光轴平行激光器210的出射光光轴。

为达到步骤S1中的目的，本实施例中，所述步骤S1包括如下子步骤：

S1.1、于主镜10的焦点处设置一受光件，所述受光件可为下文提到的受光件221，亦可单独设置，受光件221可为为CCD相机或光屏，本实施采用CCD相机，激光器210的出射光经主镜10反射后于焦点处的受光件上形成一投射点；

S1.2、因目前主镜10的光轴还不能确定，但可根据主镜10的光轴走向初拟一虚拟光轴，本实施例中因调整两组镜筒调整架120上的三组第二紧固件121，使得镜筒1轴线与平台2平面保持平行，因此虚拟光轴可参回转机构21的轴线；所述激光器210绕所述回转机构21的轴线旋转一定角度，进而于所述受光件上会形成若干个分散的投射点；

S1.3、调整激光器210的出射光与所述虚拟光轴之间的平行度和间隙；如图3所示，所述激光器210的固定方式与所述镜筒1的固定方式类似，激光器210两端均套设于激光器支架上，每组激光器支架上环绕设置有三组紧固件，旋紧/旋松任意激光器支架上的紧固件可调整激光器210出射光的光轴朝向；调整激光器210或镜筒1，直到旋转激光器210的过程中，所述若干个分散的投射点聚集为一组投射点，并观察由所述若干个分散的投射点聚集成的所述一组投射点位置是否变化；

若否，即无论怎么旋转激光器210，所述投射点的位置均不发生变化，则主镜10的光轴平行于激光器210出射光的光轴。

若投射点位置发生变化，通过旋紧/旋松激光器支架上的紧固件调整激光器210出射光与所述虚拟光轴的夹角角度，保持调整后的夹角角度保持不变，重复步骤S1.2直到投射点的位置不再变化为止。

此外，作为优选,所述步骤S1.2和S1.3中,激光器210的旋转角度不小于360度。

在另一个施例中,所述步骤S1中，激光器210出射光经主镜10反射后于主镜10的焦点处形成一投射点，可利用设置在主镜10的焦点处的显微镜来观察投射点焦前和焦后的星点像是否存在相差,若存在像差，旋紧/旋松任意激光器支架上的紧固件调整激光器210投射方向，以减小或者消除像差，使显微镜中观察到的星点最圆整，则主镜10的光轴平行于激光器210出射光的光轴,该实施例可作为步骤S1.1到步骤S1.3的替代方案。

当步骤S1完成后，主镜10的光轴平行激光器210的出射光光轴，需进行如下步骤：

S2、装入次镜11后，以平行于激光器210出射光光轴的一直线为轴线旋转激光器210(因此时主镜10的光轴经回转机构21上调校后，已经平行激光器210的出射光光轴，此时激光器210出射光光轴平行于所述回转机构的轴线，绕回转机构21的轴线旋转激光器210即可)；激光器210的出射光经主镜10和次镜11依次反射后射出，并在垂直主镜10光轴的受光件221上形成若干投射点；例如每次旋转激光器的角度为60度，那么旋转一圈后可在受光件221上形成6个投射点，标记上述6个投射点，并绘制一组串联所述6个投射点的圆；

S3、沿激光器210的出射光的轴向，多次移动直线导轨上的受光件221，并于每次移动后重复步骤S2以绘出多组圆，即在受光件221上绘制出多组包含所述6个投射点的圆。

S4、观察步骤S3中的多组圆的直径是否相等，若否，则主镜10和焦点与次镜11的焦点不共焦，调整主镜10与次镜11之间间距，再重复步骤S2和步骤S3，直到步骤S3中的所述多组圆直径相等，此时主镜10与次镜11焦点共焦。

S5、观察步骤S3中多组圆的圆心位置是否重合，若否，主镜10光轴与次镜11光轴不同轴，调整次镜11倾角，提高提高次镜11的光轴与主镜10的光轴之间的平行度，并重复步骤S2和步骤S3，直到所述多组圆的圆心重合，此时主镜10光轴与次镜11光轴同轴且共焦，状态如图5所示。

在一些实施例中，上述步骤S4和S5可调换顺序，即先使主镜10和次镜11同轴，再使主镜10焦点和次镜11焦点共焦。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。