CN109946845B - 一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，将激光垂直仪安置在望远镜系统正上方，垂准仪安平后出射下出光并照射望远镜系统主镜面；将望远镜系统焦面上光阑孔径开至最大，同时在光阑后面沿水平面放置观察屏；调节望远镜系统机械调整装置，改变望远镜系统光轴指向，直至激光垂准仪的下出光依次经望远镜主镜、副镜反射后能通过光阑孔；调整望远镜使得旋转后下出光对应出射光斑都能落在背景亮圆内，同时适量收缩光阑孔径；微调望远镜，将由旋转后出射光斑组决定的中心圆点平移至背景亮圆圆心处。本发明只需借助一台小型的激光垂准仪，即可将各种口径的卡塞格林或牛顿反射式望远镜光轴精确调节至天顶方向，具有操作简练、方法直观的优点。
Description
技术领域
本发明属于激光雷达领域，具体涉及一种将望远镜光轴精准对天顶的调节方法。
背景技术
望远镜系统是地基式激光雷达的一个重要组成部分，是收集来自大气目标散射物质后向散射回波信号的关键装置。在地基式激光雷达系统装调与集成过程中，常要求将望远镜系统光轴对准天顶方向并保持不变。此时，地基式激光雷达探测距离与探测高度等效，进而可直接得到各大气高度上探测目标信息。
保证望远镜系统光轴精确对准天顶方向，是激光雷达探测距离与探测高度等效的关键。当前，将望远镜系统光轴对准天顶的调节方法，主要包括星空定位法和平面镜反射法。星空定位法利用已知目标星系的空间方位确定望远镜光轴实际指向，进而调节望远镜光轴对准天顶；该法操作起来比较繁琐，且必须在晴朗夜间天气条件下才能进行。平面镜反射法在望远镜正上方放置平面镜，先利用自准直法将平面镜反射面校正至水平面，然后在望远镜焦点附近放置点光源，同时观察经平面镜反射回来的像点，若二者接近重合则认为望远镜光轴对准天顶；该法需借助平面镜作为辅助工具，平面镜必须够厚以防止形变，此外在装调大口径望远镜系统情形下，相应平面镜口径必须足够大，这导致平面镜极为笨重，造价昂贵且装调过程极不便利。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术的操作繁琐不便，提出了一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，仅需借助一台廉价的小型激光垂准仪，即可实现将望远镜光轴精准对向天顶的调节目标，且操作过程不受白天或夜晚时间限制，非常便利。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案是一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，望远镜系统包括望远镜和机械调整装置，所述望远镜包括主镜和副镜，其特征在于：设置激光垂准仪和观察屏，激光垂准仪用于出射接近铅直方向的下出光，所述下出光为可见光，观察屏用于实时检视下出光经望远镜系统后的出射光斑；
将望远镜光轴精准对天顶的调节过程包括以下步骤，
步骤1，将激光垂直仪安置在望远镜系统正上方，垂准仪安平后出射下出光并照射望远镜系统主镜面；
步骤2，将望远镜系统焦面上光阑孔径开至最大，同时在光阑后面沿水平面放置观察屏；
步骤3，调节望远镜系统机械调整装置，改变望远镜系统光轴指向，直至激光垂准仪的下出光依次经望远镜主镜、副镜反射后能通过光阑孔；
步骤4，保持当前光阑孔径不变，记录下出光在观察屏上对应的明亮的出射光斑位置，然后以预设角度旋转量旋转激光垂准仪，每旋转一次都记录对应的出射光斑位置，至旋转一周为止；
步骤5，检视在观察屏上记录的所有出射光斑是否都在背景亮圆内：
若不是，则微调望远镜系统机械调整装置，返回重复步骤4，让所有出射光斑都能落在背景亮圆内；
若是，则适量收缩光阑孔径，重复本步骤，在保证所有出射光斑都能落在背景亮圆内的条件下，直至光阑孔径不能再缩小，则进入步骤6；
步骤6，在观察屏上描出由所有出射光斑确定的中心圆点位置，轻微调节望远镜系统机械调整装置使得该中心圆点平移至背景亮圆圆心处，调节过程结束，锁紧望远镜系统机械调整装置。
而且，步骤4中，所述预设角度为～90°。
或者，步骤4中，所述预设角度为～60°。
而且，所述望远镜为卡塞格林望远镜。
或者，所述望远镜为牛顿反射式望远镜。
而且，所述激光垂准仪出射的下出光与铅直方向夹角<0.1mrad。
而且，所述观察屏采用空白白纸。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1)只需借助一台小型的激光垂准仪即可完成望远镜光轴对天顶的指向校准；
2)调节方法对各种口径的卡塞格林或牛顿反射式望远镜系统都适用；
3)调节过程不受时间、空间限制，方法直观，精度高。
附图说明
图1为本发明实施例的调节过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明技术方案进行详细介绍。
实施例1
当前望远镜系统一般包括望远镜和机械调整装置，所述望远镜包括主镜和副镜。本发明提出设置激光垂准仪和观察屏。
实施例1中已有孔径1m的大口径卡塞格林式望远镜，通过机械调整装置固定在稳固地面上，现要求对望远镜光轴指向进行校正以对准天顶方向。激光垂准仪可选用苏州一光DZJ200型号激光垂准仪产品，出射635nm红色激光束，校正后下出光光束偏离铅直方向的夹角<0.1mrad。观察屏采用空白白纸，即观察纸屏，纸质材料成本底，易于标记。
具体实施时，采用激光垂准仪产生可见的接近铅直方向的下出光，应满足与铅直方向偏离角<0.1mrad。常见商用激光垂准仪产品都能轻松满足该指标，这让本方法极易实现。
实施例中的一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法包括下述步骤：
步骤1，选用平稳支架安置在望远镜正上方，随后将激光垂准仪放置在支架上。激光垂准仪安平后自动出射下出光并照射望远镜主镜面，如附图1中a部分的侧视图所示。
步骤2，将望远镜焦面上光阑孔径开至最大，同时在光阑后面一段距离处沿水平面放置观察纸屏，如附图1中a部分的侧视图所示。
具体实施时，观察纸屏在光阑后面的放置位置，只需满足能看到出射激光束即可，可根据是否方便操作观察纸屏进行调整。所述水平面是与铅直方向垂直的面，由于激光垂准仪自身精度已经很高，放置观察纸屏时大致满足水平即可。
步骤3，调节望远镜系统机械调整装置，改变望远镜系统光轴指向，直至激光垂准仪的下出光依次经望远镜主镜、副镜反射后能通过光阑孔。此时，望远镜系统光轴指向初步接近天顶。
步骤4，保持当前光阑孔径不变，记录下出光在观察纸屏上对应的明亮的出射光斑位置，然后以～90°旋转量旋转激光垂准仪，每旋转一次都记录对应的出射光斑位置，至旋转一周为止。
采用～90°旋转量是优选方案，约为90°即可，简单高效。具体实施时也可以采用其他预设角度旋转量，只要完整地转一圈360°，例如～60°，则记录六个出射光斑。
步骤5，检视在观察纸屏上记录的四个出射光斑是否都在背景亮圆内：
若不是，则微调望远镜系统机械调整装置，返回重复步骤4，让四个出射光斑都能落在背景亮圆内，如附图1中b部分的俯视图所示；
若是，则适量缩小光阑孔径。重复本步骤，再次检视，在保证四个出射光斑都能落在背景亮圆内的前提条件下，直至光阑孔径不可以再缩小，则进入步骤6。此时，望远镜系统光轴指向逼近天顶。
具体实施时，背景亮圆在观察纸屏上可以直接看到，相对较暗，不论激光束是否可以通过望远镜都存在。背景亮圆存在一个圆心，可以采用十字线标出。
步骤6，在观察纸屏上描出由四个出射光斑确定的中心圆点位置(对应附图1b中由四个出射光斑决定的两组圆心连线的交叉点)，轻微调节望远镜系统机械调整装置使得该中心圆点平移至背景亮圆圆心处(如附图1中c部分的俯视图所示)，则调节过程结束，锁紧望远镜系统机械调整装置。此时，望远镜系统光轴指向精确对准天顶。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处是：卡塞格林式望远镜改为牛顿反射式望远镜。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处是：望远镜口径由1m改为0.2m。
本文中所述的具体实施例仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法代替，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，望远镜系统包括望远镜和机械调整装置，所述望远镜包括主镜和副镜，其特征在于：设置激光垂准仪和观察屏，激光垂准仪用于出射接近铅直方向的下出光，所述下出光为可见光，观察屏用于实时检视下出光经望远镜系统后的出射光斑；
将望远镜光轴精准对天顶的调节过程包括以下步骤，
步骤1，将激光垂直仪安置在望远镜系统正上方，垂准仪安平后出射下出光并照射望远镜系统主镜面；
步骤2，将望远镜系统焦面上光阑孔径开至最大，同时在光阑后面沿水平面放置观察屏；
步骤3，调节望远镜系统机械调整装置，改变望远镜系统光轴指向，直至激光垂准仪的下出光依次经望远镜主镜、副镜反射后能通过光阑孔；
步骤4，保持当前光阑孔径不变，记录下出光在观察屏上对应的明亮的出射光斑位置，然后以预设角度旋转量旋转激光垂准仪，每旋转一次都记录对应的出射光斑位置，至旋转一周为止；
步骤5，检视在观察屏上记录的所有出射光斑是否都在背景亮圆内：
若不是，则微调望远镜系统机械调整装置，返回重复步骤4，让所有出射光斑都能落在背景亮圆内；
若是，则适量收缩光阑孔径，重复本步骤，在保证所有出射光斑都能落在背景亮圆内的条件下，直至光阑孔径不能再缩小，则进入步骤6；
步骤6，在观察屏上描出由所有出射光斑确定的中心圆点位置，轻微调节望远镜系统机械调整装置使得该中心圆点平移至背景亮圆圆心处，对望远镜光轴指向进行校正以对准天顶方向的调节过程结束，锁紧望远镜系统机械调整装置。
2.如权利要求1所述的一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，其特征在于：步骤4中，所述预设角度为～90°。
3.如权利要求1所述的一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，其特征在于：步骤4中，所述预设角度为～60°。
4.如权利要求1或2或3所述的一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，其特征在于：所述望远镜为卡塞格林望远镜。
5.如权利要求1或2或3所述的一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，其特征在于：所述望远镜为牛顿反射式望远镜。
6.如权利要求1或2或3所述的一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，其特征在于：所述激光垂准仪出射的下出光与铅直方向夹角<0.1mrad。
7.如权利要求1或2或3所述的一种望远镜光轴精准对天顶的调节方法，其特征在于：所述观察屏采用空白白纸。
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