原创 天文光学望远镜的调校与检测

天文光学望远镜的调校与检测
一、建立主光轴与主镶的调整
1．由于主镜体积大又重，机械设计时是主镜在主 镜室内仅调倾斜而不调平移，傲靠中心定位套筒与镜室 定位，套筒与主镜中孔柱面为圆环接触，二者的膨胀系 数极相近。机械、光学的加工中均要满足一定的要求。
2．所谓望远镜的主光轴就是将主镜及副镜的光轴 调成重合时光学系统的光轴。在理想情况下．主光轴应 与镜简机械轴重合与纬轴在空间相交井垂直 对于定位 用仪器．可通过观测求得仪器常数，进行改正。
3．通过调主镜倾斜，将它的光轴预置为主光轴。
a．在尽可能靠近镜面中心处建立十字丝：如放入 一个圆环，环用分度头划出9O度标记，然后腔上十字 丝，其交点与环同心，命交点代表镜面顶点S。
b．在主镜顶点附近的曲率中心0处建立标记：用 白色垂直十字线交点找0，由于主镜已镀膜，有极高的 反射率，可以用眼直接找到。的大致位置，将十字线交 点放在此处。面向主镜，看主镜所成十字线像的位置，平 移十字线使与其像靠近，眼左右晃动，上下调十字线，使 视差不明显为止。此时十字线交点即与0重合，0与S 的连线就是主镜的光轴，注意：现在只是找到，尚未调 整。 c．主镜的光轴可以绕出一个圆锥，只有加^附加 条件，其方向才是唯一的，如让它与纬轴在空间相交井 垂直f对于地平式装置就是让它与高度轴在空间相交井 26 垂直}对于Schmidt望远镜别让它通过改正镜中心。要 实现这一步可藉助于涮徽准直望远镜．以下简写为 CZW．可以在主镜室下端中孔后装一台CZW．先使 cLrw 光轴通过S点又通过上述那些条件的点r对于S 点用近平移．对筒端十字线交点用远倾斜的调整方法， 可以把CZW 光轴调成主光轴．然后调主镜倾斜，使0 点也在CZW 光轴上，则主镜光轴与主光轴重合 见图 1。若筒端或筒中段设有精密回转轴(当然要满足一定条 件)．则可用它调主镜倾斜，使其光轴与回转轴重合。¨l】 见图2。图3，叙述略。 CZW ① 圈1 圉2 图3 =、刚镜的调整

1．副镜若有中孔，别可在中孔内靠近表面处，临时 装^一个十字丝H。副镜无中孔，可以在表面涂蜡腐蚀 出井字中心标记H，再镀反射膜。副镜应能平移、倾斜及 沿光轴调焦，这些动作还要不相互干扰。
2．平移副镜框，使H位于CZW 光轴上(即H与 CZW 分划板十字丝交点重台)。
3．对于卡氏系统副镜为凸双曲面，调焦CZW 找到 副镜顶点的“自准直像 或自反射像+若此像不在CZW 光轴上，应调副镜倾斜至好。再看H是否平移，均好即 可 ，
4．将副镜调到两个极限位置，分别看这些像是否 仍在CZW 光轴上力博仪器仪表，验证副镜调焦导轨方向是否与主光 轴在空间平行。有时这一步在安装副镜筒时，就可用此 法把机械导轨方向调好
5．对于要摆动、扫瞄的红外观测用副镜，应在平衡 位置调整。
6．对于有精密回转轴的镜筒，同样可以用回转轴 调副镜，叔述略。见图4、5、6、7。
7．若副镜中孔较大，而在CZW 视场中看不到副镜 顶点的自反射像，而叉无旋转装置可用，只好先在靠副 镜表面的地方在桁架上拉白十字线．用CZW 监视使其 交点在主光轴上。眼在主镜中孔下方看，经主、副镜反射 的十字线与直接看到的十字线的重舍情况．粗调副镜倾 斜，然后夜间用恒星看像质精调副镜倾斜。 图4 图S 图6 图7
8．对于葛氏系统副镜为凹椭球面：口 可用前述方 法调副镜平移。调倾斜则看不到自反射像，固其顶点曲 率中心位于主副镜之间靠近副镜处．可以用一临时轻构 架将一小块半透明纸放在CZW 圆刻环对于副镜的共 轭点上，沿光轴微调并在CZW 中看到最清晰时，调副 镜候斜，使自反射像在主光轴上即可。再检查一下平移， 无误则固定
9．对于Schmidt改正镜是用调主镜倾斜，使改正 镜中心圆刻环或其它标志重舍，而改正镜仅做沿光轴的 平移，使圆刻环或标志与其像重台且无视差。

三、转向平面的调整 转向平面镜的作用是改变反射光的方向。有时要求 主光线经转向平面反射后要与纬轴或高度轴重合，且转 轴两端均设观测．电。下面就以此为例进行叙述，其它简 单的可参照进行
1．找旋转轴线 在轴的两端各装一个可调平移的 十字丝。在轴的一端脱离旋转轴，安装一台CZW ，将它 指向该端的十字丝交点，沿轴旋转镜筒，看此交点与 CZW 的分划交点是否有平移，默记此弧段的圆心，将 CZW 调到此圆心，再把十字丝交点也调到此处。如此 反复调整至旋转过程中一直重舍为止。对用机械保证的 也可用此法验证 同样将CZW 指向远端的十字丝，也 将它调好。这时两端十字丝连线即为旋转轴 用近平移远倾斜法，调整CZW 使其光轴为旋转 轴 同样，在另端也安装另一台CZW ．骏凯电子仪器仪表网 台湾泰仕广州办事处 仪表网 衡欣仪器仪表 共立仪器仪表 广州仪器仪表 台湾群特广州办事处 北京泰仕 希玛仪器广州销售平台调整它也使与 旋转轴重台
2．装可翻转平面反射镜入镜框：该平面镜框能沿 与纬轴在空间垂直的轴线翻转，此轴在调整过程中要能 做平移及倾斜的调整，调好后位置能锁定。平面入框时 要尽可能调到旋转轴位于平面表面上，可在表面上轻轻 划一条细线，将此线调到与转轴重台 平面镜的装枝要求是：平面翻转时分别把主光线转 向纬轴的两端且a．平面转轴应与主光轴在空间相交并 垂直。b 平面转轴应与纬轴或高度轴在空间相交并垂 直 3．平面镜的调整：CZW 及CZW2光轴方向已调 好，它们的光轴与纬轴重合，以后仅调它们的焦距或测 微鼓．其它不动这是基准。 我们假定把纬轴安置在东西方向，镜筒指向 天顶．则平面转轴为南北方向。 a 如果平面转轴位置正确见图8，此时在东 侧的CZW 分别调焦到代表副镜平移的位于其顶 点的井字形标志H(图中记为×)及代表副镜候斜 的自反射像同心环(图中记为·)均在CZW 光轴 上。为简单化CZW 视场中的分翎丝仅用十字线 代表，实际尚有一圆环。将平面镜旋转9O度，在西倒的 CZW 中看，分别调焦时那些标志也均在CZW：的光轴 上。这是调好后的理想情况，而未调前的典型状况分述 如下。 b．平面转轴通过主光轴且与其垂直也在子午面内 但在纬轴之上，如图9．在CZW 中分别调焦看时，二标 志均出现在上方(CZW 成正像)。在CZWz中二标志也 均在上方。 ，{、 ￡ ① E — —— —一 图8 图9 c．平面转轴位于主光轴与纬轴交点之东，通过纬 轴并与其垂直叉在水平面内．如图10。CZW 中在上， CZW。中在下。 l 27 I d．情况同b，但在纬轴之下，二标志均在下方，如图 图10 图e.udele.cn．情况同c，但在交点之西，CZW 中在下，CZWz 中在上，如图l2。 {．若平面转轴通过主光轴与纬轴的交点，在于午 面内与纬轴垂直但不水平，是南高北低，如图l3。当平 面翻转时，反射像在CZW 中是沿左上右下方向动。在 CZW 中是沿右上左下方向动。 g．情况同f，不同的是南低北高，如图14。在CZW- 中是右上左下，在CZW 中是左上右下。 图14 图12 图l3 h．若平面转轴通过主光轴与纬轴的交点与主光轴 垂直但不在于午面内，而是南偏西北偏东，如图l5。当 平面翻转时，反射像在CZW。及CZW 中均为右上左下 方向动。 i．情况同h，不同的是南偏东北偏西，如图16。当平 面翻转时，反射像在CZW 及CZW 中均为左上右下方 向动。 我们在实际调整过程中会看到这些位置及方向偏 差的组合现象，要根据以上原则进行判断，灵活运用，进 行调整，直到调成图8所示。周紧定位螺钉，验证一次， 结束调整。

四、焦面与光轴垂直的调整_．
1．对于人眼不能直接到达的主焦点可用一具小型 测距仪，如基线长为300ram，白天就可以对焦面位置及 倾斜进行初步调整，减步夜间工怍量。在望远镜筒前方 用测距仪通过主镜及副镜(改正镜)反射看焦面中心刻 线，测出距离，若为有限远，就表示从底片中心发出的光 经望远镜主副镜反射后为发散光束。此时表示底片在焦 点以内了，应将它向远离主镜的方向调，再测再调至无 穷远。然后把测距仪分别对向底片四角刻线，判断出倾 斜后调至均为无穷远，此时底片与主光轴垂直且与焦面 重舍。
2．照相精调焦及底片倾斜的调整： a．对眼能直接看到的焦面如卡焦、牛顿焦点、.. 等，可用刀口阴影法，看阴影图测定焦面位置。四角分别 看焦面倾斜，微调底片倾斜至好，拍一张底片进行检查。 b．对眼不能直接看到的焦点如主焦点、Schmidt焦 点、..等，可用分别半枧场露光法拍摄：将镜筒指向天 顶，纬轴或高度轴在东西向，在东西向用深色布或纸带 胶在镜筒上方，此带宽约为筒内径的1／S，将入射光分 为南北两部分，由于恒星的周日运动，每颗星将在底片 28 ’ 图16 上留下一条东西方向的近直线的轨迹。若底片不正好在 焦面上，则镜面南、北两部分所成的像将不重合，每颗星 变成二条平行线，分开的距离设为d，离焦量为△，则d =△·A，此处且是相对口径，A= ，F。我们测量了d， 即可算出此点离开焦面的距离。用底片或胶片对恒星露 光后，如何知道此处是焦前还是焦后呢?可以通过以下 步骤进行露光：在镜筒上方用两块纸板或泡沫塑料板分 别将南北二部分挡住，使不通光。装入底片，拉开档板。 甲：先同时移开二挡扳，使镜面南北两部分同时露 光，约30s。 乙：接着将挡板挡住北半部分，使南半部分露光。 丙：把挡板翻过来，挡南半部分，仅使北半部分露 光。 丁：把北半部分也挡好，盖好底片挡板，取出底片， 在底片露光时的东南角药膜处刻出标记，底片冲洗出来 后进行分析。 由于恒星周日运动是从东向西，而在侮面上象是从 西向东移，30s移一短线。 第一情况如图l7，最左(相当于西面)二条平行短 线是分别由镜面南、北两部分分别成的像，中间这条线 段偏上(偏南)是镜面南半部分的反射像。偏南表示此处 在焦内，见光路图l8。因此测出d值后底片上调 即 可。 《王；一 、 @ 0 0 第3期 李德培： 天文光学望远镜的调校与检测 第二种情况如图19，表示底片是在焦外，仍见光路 图1 s 日 日日 囤17 图19 圉2O 第三种情况如图20．底片药膜恰在焦面上，三次露 光星像轨迹相重为一条直线。 在分析底片焦内外时还要同时分析四角星像距离． 判断底片有否倾斜，进行调整。当底片倾斜太多时．南北 星象轨迹可能不平行。 南 2．前面提到过当副镜中孔较大， 用CZW 将看不到自反射像，则要用恒 星调副镜倾斜 把一颗恒星导到视场中 心，现在仅讨论由于副镜顿斜而引起的 彗差 用手持刀片靠在焦面玻璃外僦． 在不同方向切星象(由于温度的变化， 要注意调焦)，找到如图21的阴影图， 即在该方向切时，阴影是从中往外变 图l8 黑，且阴影与刀13平行．表明是切到了 彗头，其头尾方向与刀口垂直．这时应将副镜在该方位 靠近主镜。若把刀口转180度反方向切，其阴影如图 22，此时阴影从两边外恻往里黑，切到的是彗尾。判断彗 头、彗尾的方向后再进行调整。 图21 图22 中心像调好了，对四角星像还要验证底片倾斜，必 要时微调好，进行锁紧。

五、极轴高度、方位的调整 卡焦为倒，用天文观测方法精调极轴位置。 N 十字丝的玻璃底片。开动赤经扫描，调十字丝方向，使星 的轨迹一直沿水平线运动．则该线代表了仪器赤道面。 对于北半球该星在南方
2．仍用这颗星，动望远镜将它调到十字丝交点，进 行恒动跟踪，过了一段时间可发现此星井不总在交点， 而是譬如向上了见图23。恒星的周日运动是从东向西， 在焦面上看是从右向左，星向上实际是向南．因为卡焦 成倒像，左右、上下颠倒 星往南跑，表示赤道上的这颗 星现在是在仪器赤道之南，所以仪器极轴北端应向西 调 反之，若星向下既向北跑．仪器极轴北端应向东调。 判断仪器极轴高度．可选靠近卯酉圈在东或西方的 星．譬如取东星．此时水平丝接近于与地面垂直，如图 2 。先把星放在交点恒动跟踪，过了一会如星往北(左) 跑了，实际是向南鲍，则仪器极轴北端应往高调，或南端 降低。对于西星则相反，如图25 星往北(右)跑实际是 向南跑，则仪器极轴北端应降低，或南端上升。 3 以上所述是如何判断极轴向何方向调．调整量 的计算可按图23进行。望远镜跟踪后把星调到交点．同 时计时，过了一段时间设为出，星就偏离了交点到(z ， )．可知z =At以分钟计而Y =凸占以mm计算。可以 等星向上或下为整毫米数时按下停表，这样就知道了 出及d 。设调楹轴方位时回转轴半径为厶调节量为 △L，也均用mm为计量单位，则△L兰L· ／出统一换 算单位后得 △占= (3437·75 X △ ／l5F )rain = 229·183 X △ ／F rain 此处F#为有效焦距或等值焦距 根据这些算出 △L进行调整。同理对极轴高度进行计算调整 对于双柱式望远镜也可用度盘调极轴高度及度盘 零点：用筒在东及在西分别观测同一颗星，在仪器上度 出 及 求出( + )／Z，与理论值8之差确定极 高差。8为年初平位置加年变再加蒙气差改正或视位置 加蒙气差改正。即极高差 =( +奇盯)／Z一8。而度盘 零点差蛐=(a索一 )／2或(8舌一 )血 因为△6>o。 取过中天前后相等时角靠近赤道的星，进行长孤段 对称观测，如前后各一小时，进一步复查验证，此时星受 E 蒙气差的影响，赤经读数将有变化， 8 五 图23 图24 图25 1．取赤道附近的恒星过于午面前后一小时的弧段 进行观测。用副镜调焦．把星调到卡焦焦面，此处放有带 ～ 但不影响调整。

六、通光孔径2 16m皇远镜卡 Ⅳ 氏光路的光轴调整转速计| 水份计| 水份仪| 分析仪| 溶氧计| 电导度计| PH计| 酸碱计| 糖度计| 盐度计| 酸碱度计| 电导计| 水分测定仪| 浊度计| 色度计| 粘度计| 折射计| 滴定仪| 密度计| 热流计| 浓度计| 折射仪| 采样仪|  见示意图26。rs]折轴调整略 s为靠近主镜表面的内孔目标 支架．见图27。千分表可绕中心旋 转．调支架长度使s为镜面中孔中 过s可以做与纬轴垂直的平面，该平面与纬轴交 点为E，即在第1平面的表面上。S、E的连线即主光轴。 先在此处装立方棱镜，该棱镜的旋转轴事先已调好，它 与c面垂直并通过c面十字丝交点，c面镀铝。D面镀 半反射膜，其上也刻有一条直线是c面垂线的延长线， 它们与G面平行，见图28。此装置可措c面调高低及左 右平移。谓此装置使c面与czwz光轴垂直且通过十 字丝交点。此时立方棱镜的旋转轴也与纬轴重舍。 围：6 寰 图27 图28 在主镜中孔下面装CZW ．调之使通过S又与D面 垂直(必要时可绕纬轴旋转立方棱镜)并通过D面的直 线。此时CZW 的光轴与纬轴在空间相交且垂直)。据此 调主 副镜使主光国同与CZW 光轴重舍，即与纬轴在 空问相交并垂直。 装调卡焦像场改正镜及初调底片顿斜：均可用架在 镜筒下面的(脱离镜筒)CZW 监视 见图29。 图2g 夜间看星精调副镜 倾斜。看成像质量，拍摄 阴影图及用3O×30cm 大底片拍摄垒视场恒星 照片，检查各处像质。

七、光学系统成像质 量检测概述 1．直接用高倍目镜 看星像：众所周知用高倍目镜可以看出光学系统有无球 差、彗差、像散、三角形、..等。 照片组1 2．刀口阴影法：用刀口在不同方向切割星象．可以 垒面了解波面形状，带差起伏、彗差方向、局部地区差分 部、镜面夹紧变形、焦面位置、. .等 由于温度的变化 焦面的位置也随着变化，用该法调焦是最方便的。我中 心裒吕军利用CCD照相机及微机可以进行动态多幅采 样，由软件进行处理，消除大气抖动的影响，见照片组 1。右为作者用照相底片拍摄的2．16m卡焦阴影图，左 为用CCD及软件处理后得出的阴影图。 3．二维Hartmann检验：这是阜期一些大望远镜通 用的办法 在镜筒前安放有规律排列、打有很多孔的光 拦板，在焦面前、后一定距离各拍一张底片。然后冲洗、 测量、归算，得出光能分布值。现在看来效率低。篱着科 技的发展，Shack等人对它进行了改进，使得检测速度 大大提高，可 求出像差系数、波面地形图、并可指导光 学调整、. “等。该法在主动光学及自适应光学中也起 了很大怍用 近来中科院南京天文仪器研制中心也研制 出一台专用仪器．可用于检测天文望远镜，目前正在调 试、试用当中。