大口径望远镜Coude光路光机结构设计研究

　　0 引 言

　　一般在大口径同轴反射式望远镜中，主望远系统即主次镜的成本很高，为了让望远镜具有多功能性，提高主望远系统的使用效率，在设计时使得主望远系统的焦点可以进行相应的切换，形成多个子光路，Coude 光路就是其中之一。Coude 光路是典型的全反射光路，它的主要作用是将主望远系统的光束传递到机下的光学实验室，在尽可能减少能量损失的前提下，为相应的子光学系统提供良好质量的对接光束。整个 Coude 光路系统由多片反射镜组成，而且各反射镜之间间隔较大，这给结构支撑和装调带来了一定的难度。在设计 Coude 光学系统的支撑结构时，首先必须保证在工作时光学表面的面形精度变化在设计的公差范围内;其次保证各光学元件之间准确的位置关系，使其误差在设计的公差范围内;最后要充分考虑装调和检测可行性和方便性[1]。

　　对于这类型复杂光学系统，机械零件和光学元件之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求，即使能够满足要求，对机械加工和装调的要求也相当苛刻。因此在满足光学设计要求的条件下，可以使部分光学元件支撑系统增加调整机构，对光学元件的位置进行调整，以便于装调和有效的光路对准。

　　本文以某大口径望远镜光学系统为例，首先对其 Coude 光学系统进行了介绍，然后分析其中的各组件，并设计了关键支撑和调整结构，得出相应的结论。

　　1 Coude 光学系统

　　在光学系统中，两块平面反射镜的空间相对位置关系主要有叁种，分别如图1 所示[2]：

　　1) 两平面反射镜的法线在同一平面且平行，光线经过后方向不变，位置平移，见图1(a);

　　2) 两平面反射镜的法线在同一平面且垂直，光线经过后方向改变 180°，位置平移，见图1(b);

　　3) 两平面反射镜的法线不在同一平面且空间垂直，光线经过后方向空间改 90°，见图1(c)。在该望远镜系统中，Coude 光学系统由反射镜 M4~M9 组成，如图2 所示，其中 M5 为离轴非球面射镜，其余元件均为平面反射镜。M4 与 M7、M8 与 M9 属于第 2)种位置关系，M7 与 M8 属于第 1)种位置关系。离轴非球面反射镜 M5 是关键元件，它主要承担光束中继传递，其光学参数见表 1。其余平面反射镜承担折转光路任务。

　　各反射镜装调公差如下：

　　M4 与 M5 间距公差：±0.1 mm

　　M5 与光轴倾斜公差：±30"

　　M5 与光轴偏心公差：±0.05 mm

　　其余各折转平面镜之间的倾斜公差为 1′，间距公差为±0.2 mm。

　　2 Coude 光路支撑系统分析与设计

　　2.1 光路调整和支撑方式分析