望远镜主副镜实时自校正系统

　　天文光学望远镜对其光学元件,特别是对主镜和副镜,或主镜和主焦点探测器之间的相对位置有极严格的要求。这些光学元件之间的距离较大(可达2 m以上)。但在其观测过程中,重力作用和温度变化都会引起结构变形,从而破坏了光学元件之间的正确位置关系,导致像质下降和像位置的漂移[1]。

　　传统的望远镜采用Serrurier桁架式镜筒,其特点是可以克服重力的影响而使主副镜保持平移和等弯沉,但它不能主动调节误差,精度有限,而且对随机的温度变化影响无能为力。

　　基于此,我们在国内首次应用并联机器人技术于天文光学望远镜的桁架镜筒上,建成了一套实验装置,它采用特殊的光电检测系统和校正装置,使主副镜之间的位姿保持较高的精度,从而使望远镜主副镜之间的结构由“被动维持”发展到“主动校正”。

　　1　结构

　　如图1所示,本桁架镜筒由定平台(装有主镜)、动平台(装有副镜)以及6根支杆组成6—SPS双三角微动平台。每根支杆的上端通过万向关节与动平台相连,下端则通过小型螺纹副与定平台相连。螺纹副的丝杆固定在支杆上,螺母则由步进电机—蜗轮蜗杆机构驱动,整个镜筒装在可转动的机构中以模拟望远镜的实际工作。6根支杆两两相交,其交点分别处于固定平台和活动平台上两个正三角形顶点上(见图1和图2)。由于本装置所控制的位移量很小,而丝杆细长(直径为6 mm,长为50 mm),使支承下端成为一弹性“万向连轴节”。

　　2　光电检测系统

　　本系统由两条光路和一个CCD接收器组成,其原理见图3。

　　第1条光路(球面镜系统):由点光源(激光光源)发出的光经过物镜,然后再经一球面镜反射回来成像于CCD接收器靶面上。

　　第2条光路(平面镜系统):由点光源(激光光源)发出的光经过物镜后射向远处的平面镜,再反射并成像于同一CCD上。

　　本部件由两个部件组成:一是由两套点光源系统、物镜和一个CCD接收器组成,安装在定平台的中心;二是由一小球面镜和一小平面镜组成的部件,安装在动平台的中心。

　　如图3所示,CCD与物镜处于同一平面内,它们到平面镜和球面镜的距离为h,球面镜曲率半径为R。CCD靶面固有坐标系为xy,设装有平面镜和球面镜的动平台相对于装有CCD和物镜的定平台有平移量d(mm)和倾斜角θ(rad),现在来推导CCD上平面镜像点位移量Df和球面镜像点的移动量Ds。

　　(1)倾斜量　如图4所示,由平面镜成像关系,当θ很小时直接可得

　　Df= 2hθ= 3240θ                (1)