天文光學望遠鏡的調校與檢測

天文光學望遠鏡的調校與檢測
一、建立主光軸與主鑲的調整
1．由于主鏡體積大又重，機械設計時是主鏡在主 鏡室內僅調傾斜而不調平移，傲靠中心定位套筒與鏡室 定位，套筒與主鏡中孔柱面為圓環(huán)接觸，二者的膨脹系 數極相近。機械、光學的加工中均要滿足一定的要求。
2．所謂望遠鏡的主光軸就是將主鏡及副鏡的光軸 調成重合時光學系統(tǒng)的光軸。在理想情況下．主光軸應 與鏡簡機械軸重合與緯軸在空間相交井垂直 對于定位 用儀器．可通過觀測求得儀器常數，進行改正。
3．通過調主鏡傾斜，將它的光軸預置為主光軸。
a．在盡可能靠近鏡面中心處建立十字絲：如放入 一個圓環(huán)，環(huán)用分度頭劃出9O度標記，然后腔上十字 絲，其交點與環(huán)同心，命交點代表鏡面頂點S。
b．在主鏡頂點附近的曲率中心0處建立標記：用 白色垂直十字線交點找0，由于主鏡已鍍膜，有極高的 反射率，可以用眼直接找到。的大致位置，將十字線交 點放在此處。面向主鏡，看主鏡所成十字線像的位置，平 移十字線使與其像靠近，眼左右晃動，上下調十字線，使 視差不明顯為止。此時十字線交點即與0重合，0與S 的連線就是主鏡的光軸，注意：現(xiàn)在只是找到，尚未調 整。 c．主鏡的光軸可以繞出一個圓錐，只有加^附加 條件，其方向才是唯一的，如讓它與緯軸在空間相交井 垂直f對于地平式裝置就是讓它與高度軸在空間相交井 26 垂直}對于Schmidt望遠鏡別讓它通過改正鏡中心。要 實現(xiàn)這一步可藉助于涮徽準直望遠鏡．以下簡寫為 CZW．可以在主鏡室下端中孔后裝一臺CZW．先使 cLrw 光軸通過S點又通過上述那些條件的點r對于S 點用近平移．對筒端十字線交點用遠傾斜的調整方法， 可以把CZW 光軸調成主光軸．然后調主鏡傾斜，使0 點也在CZW 光軸上，則主鏡光軸與主光軸重合 見圖 1。若筒端或筒中段設有精密回轉軸(當然要滿足一定條 件)．則可用它調主鏡傾斜，使其光軸與回轉軸重合。¨l】 見圖2。圖3，敘述略。 CZW ① 圈1 圉2 圖3 =、剛鏡的調整

1．副鏡若有中孔，別可在中孔內靠近表面處，臨時 裝^一個十字絲H。副鏡無中孔，可以在表面涂蠟腐蝕 出井字中心標記H，再鍍反射膜。副鏡應能平移、傾斜及 沿光軸調焦，這些動作還要不相互干擾。
2．平移副鏡框，使H位于CZW 光軸上(即H與 CZW 分劃板十字絲交點重臺)。
3．對于卡氏系統(tǒng)副鏡為凸雙曲面，調焦CZW 找到 副鏡頂點的“自準直像 或自反射像+若此像不在CZW 光軸上，應調副鏡傾斜至好。再看H是否平移，均好即 可 ，
4．將副鏡調到兩個極限位置，分別看這些像是否 仍在CZW 光軸上，驗證副鏡調焦導軌方向是否與主光 軸在空間平行。有時這一步在安裝副鏡筒時，就可用此 法把機械導軌方向調好
5．對于要擺動、掃瞄的紅外觀測用副鏡，應在平衡 位置調整。
6．對于有精密回轉軸的鏡筒，同樣可以用回轉軸 調副鏡，叔述略。見圖4、5、6、7。
7．若副鏡中孔較大，而在CZW 視場中看不到副鏡 頂點的自反射像，而叉無旋轉裝置可用，只好先在靠副 鏡表面的地方在桁架上拉白十字線．用CZW 監(jiān)視使其 交點在主光軸上。眼在主鏡中孔下方看，經主、副鏡反射 的十字線與直接看到的十字線的重舍情況．粗調副鏡傾 斜，然后夜間用恒星看像質精調副鏡傾斜。 圖4 圖S 圖6 圖7
8．對于葛氏系統(tǒng)副鏡為凹橢球面：口 可用前述方 法調副鏡平移。調傾斜則看不到自反射像，固其頂點曲 率中心位于主副鏡之間靠近副鏡處．可以用一臨時輕構 架將一小塊半透明紙放在CZW 圓刻環(huán)對于副鏡的共 軛點上，沿光軸微調并在CZW 中看到最清晰時，調副 鏡候斜，使自反射像在主光軸上即可。再檢查一下平移， 無誤則固定
9．對于Schmidt改正鏡是用調主鏡傾斜，使改正 鏡中心圓刻環(huán)或其它標志重舍，而改正鏡僅做沿光軸的 平移，使圓刻環(huán)或標志與其像重臺且無視差。

三、轉向平面的調整 轉向平面鏡的作用是改變反射光的方向。有時要求 主光線經轉向平面反射后要與緯軸或高度軸重合，且轉 軸兩端均設觀測．電。下面就以此為例進行敘述，其它簡 單的可參照進行
1．找旋轉軸線 在軸的兩端各裝一個可調平移的 十字絲。在軸的一端脫離旋轉軸，安裝一臺CZW ，將它 指向該端的十字絲交點，沿軸旋轉鏡筒，看此交點與 CZW 的分劃交點是否有平移，默記此弧段的圓心，將 CZW 調到此圓心，再把十字絲交點也調到此處。如此 反復調整至旋轉過程中一直重舍為止。對用機械保證的 也可用此法驗證 同樣將CZW 指向遠端的十字絲，也 將它調好。這時兩端十字絲連線即為旋轉軸 用近平移遠傾斜法，調整CZW 使其光軸為旋轉 軸 同樣，在另端也安裝另一臺CZW ．調整它也使與 旋轉軸重臺
2．裝可翻轉平面反射鏡入鏡框：該平面鏡框能沿 與緯軸在空間垂直的軸線翻轉，此軸在調整過程中要能 做平移及傾斜的調整，調好后位置能鎖定。平面入框時 要盡可能調到旋轉軸位于平面表面上，可在表面上輕輕 劃一條細線，將此線調到與轉軸重臺 平面鏡的裝枝要求是：平面翻轉時分別把主光線轉 向緯軸的兩端且a．平面轉軸應與主光軸在空間相交并 垂直。b 平面轉軸應與緯軸或高度軸在空間相交并垂 直 3．平面鏡的調整：CZW 及CZW2光軸方向已調 好，它們的光軸與緯軸重合，以后僅調它們的焦距或測 微鼓．其它不動這是基準。 我們假定把緯軸安置在東西方向，鏡筒指向 天頂．則平面轉軸為南北方向。 a 如果平面轉軸位置正確見圖8，此時在東 側的CZW 分別調焦到代表副鏡平移的位于其頂 點的井字形標志H(圖中記為×)及代表副鏡候斜 的自反射像同心環(huán)(圖中記為·)均在CZW 光軸 上。為簡單化CZW 視場中的分翎絲僅用十字線 代表，實際尚有一圓環(huán)。將平面鏡旋轉9O度，在西倒的 CZW 中看，分別調焦時那些標志也均在CZW：的光軸 上。這是調好后的理想情況，而未調前的典型狀況分述 如下。 b．平面轉軸通過主光軸且與其垂直也在子午面內 但在緯軸之上，如圖9．在CZW 中分別調焦看時，二標 志均出現(xiàn)在上方(CZW 成正像)。在CZWz中二標志也 均在上方。 ，{、 ￡ ① E — —— —一 圖8 圖9 c．平面轉軸位于主光軸與緯軸交點之東，通過緯 軸并與其垂直叉在水平面內．如圖10。CZW 中在上， CZW。中在下。 l 27 I d．情況同b，但在緯軸之下，二標志均在下方，如圖 圖10 圖u e．情況同c，但在交點之西，CZW 中在下，CZWz 中在上，如圖l2。 {．若平面轉軸通過主光軸與緯軸的交點，在于午 面內與緯軸垂直但不水平，是南高北低，如圖l3。當平 面翻轉時，反射像在CZW 中是沿左上右下方向動。在 CZW 中是沿右上左下方向動。 g．情況同f，不同的是南低北高，如圖14。在CZW- 中是右上左下，在CZW 中是左上右下。 圖14 圖12 圖l3 h．若平面轉軸通過主光軸與緯軸的交點與主光軸 垂直但不在于午面內，而是南偏西北偏東，如圖l5。當 平面翻轉時，反射像在CZW。及CZW 中均為右上左下 方向動。 i．情況同h，不同的是南偏東北偏西，如圖16。當平 面翻轉時，反射像在CZW 及CZW 中均為左上右下方 向動。 我們在實際調整過程中會看到這些位置及方向偏 差的組合現(xiàn)象，要根據以上原則進行判斷，靈活運用，進 行調整，直到調成圖8所示。周緊定位螺釘，驗證一次， 結束調整。

四、焦面與光軸垂直的調整_．
1．對于人眼不能直接到達的主焦點可用一具小型 測距儀，如基線長為300ram，白天就可以對焦面位置及 傾斜進行初步調整，減步夜間工怍量。在望遠鏡筒前方 用測距儀通過主鏡及副鏡(改正鏡)反射看焦面中心刻 線，測出距離，若為有限遠，就表示從底片中心發(fā)出的光 經望遠鏡主副鏡反射后為發(fā)散光束。此時表示底片在焦 點以內了，應將它向遠離主鏡的方向調，再測再調至無 窮遠。然后把測距儀分別對向底片四角刻線，判斷出傾 斜后調至均為無窮遠，此時底片與主光軸垂直且與焦面 重舍。
2．照相精調焦及底片傾斜的調整： a．對眼能直接看到的焦面如卡焦、牛頓焦點、.. 等，可用刀口陰影法，看陰影圖測定焦面位置。四角分別 看焦面傾斜，微調底片傾斜至好，拍一張底片進行檢查。 b．對眼不能直接看到的焦點如主焦點、Schmidt焦 點、..等，可用分別半枧場露光法拍攝：將鏡筒指向天 頂，緯軸或高度軸在東西向，在東西向用深色布或紙帶 膠在鏡筒上方，此帶寬約為筒內徑的1／S，將入射光分 為南北兩部分，由于恒星的周日運動，每顆星將在底片 28 ’ 圖16 上留下一條東西方向的近直線的軌跡。若底片不正好在 焦面上，則鏡面南、北兩部分所成的像將不重合，每顆星 變成二條平行線，分開的距離設為d，離焦量為△，則d =△·A，此處且是相對口徑，A= ，F(xiàn)。我們測量了d， 即可算出此點離開焦面的距離。用底片或膠片對恒星露 光后，如何知道此處是焦前還是焦后呢?可以通過以下 步驟進行露光：在鏡筒上方用兩塊紙板或泡沫塑料板分 別將南北二部分擋住，使不通光。裝入底片，拉開檔板。 甲：先同時移開二擋扳，使鏡面南北兩部分同時露 光，約30s。 乙：接著將擋板擋住北半部分，使南半部分露光。 丙：把擋板翻過來，擋南半部分，僅使北半部分露 光。 �。喊驯卑氩糠忠矒鹾�，蓋好底片擋板，取出底片， 在底片露光時的東南角藥膜處刻出標記，底片沖洗出來 后進行分析。 由于恒星周日運動是從東向西，而在侮面上象是從 西向東移，30s移一短線。 第一情況如圖l7，最左(相當于西面)二條平行短 線是分別由鏡面南、北兩部分分別成的像，中間這條線 段偏上(偏南)是鏡面南半部分的反射像。偏南表示此處 在焦內，見光路圖l8。因此測出d值后底片上調 即 可。 《王；一 、 @ 0 0 第3期 李德培： 天文光學望遠鏡的調校與檢測 第二種情況如圖19，表示底片是在焦外，仍見光路 圖1 s 日 日日 囤17 圖19 圉2O 第三種情況如圖20．底片藥膜恰在焦面上，三次露 光星像軌跡相重為一條直線。 在分析底片焦內外時還要同時分析四角星像距離． 判斷底片有否傾斜，進行調整。當底片傾斜太多時．南北 星象軌跡可能不平行。 南 2．前面提到過當副鏡中孔較大， 用CZW 將看不到自反射像，則要用恒 星調副鏡傾斜 把一顆恒星導到視場中 心，現(xiàn)在僅討論由于副鏡頓斜而引起的 彗差 用手持刀片靠在焦面玻璃外僦． 在不同方向切星象(由于溫度的變化， 要注意調焦)，找到如圖21的陰影圖， 即在該方向切時，陰影是從中往外變 圖l8 黑，且陰影與刀13平行．表明是切到了 彗頭，其頭尾方向與刀口垂直．這時應將副鏡在該方位 靠近主鏡。若把刀口轉180度反方向切，其陰影如圖 22，此時陰影從兩邊外惻往里黑，切到的是彗尾。判斷彗 頭、彗尾的方向后再進行調整。 圖21 圖22 中心像調好了，對四角星像還要驗證底片傾斜，必 要時微調好，進行鎖緊。

五、極軸高度、方位的調整 卡焦為倒，用天文觀測方法精調極軸位置。 N 十字絲的玻璃底片。開動赤經掃描，調十字絲方向，使星 的軌跡一直沿水平線運動．則該線代表了儀器赤道面。 對于北半球該星在南方
2．仍用這顆星，動望遠鏡將它調到十字絲交點，進 行恒動跟蹤，過了一段時間可發(fā)現(xiàn)此星井不總在交點， 而是譬如向上了見圖23。恒星的周日運動是從東向西， 在焦面上看是從右向左，星向上實際是向南．因為卡焦 成倒像，左右、上下顛倒 星往南跑，表示赤道上的這顆 星現(xiàn)在是在儀器赤道之南，所以儀器極軸北端應向西 調 反之，若星向下既向北跑．儀器極軸北端應向東調。 判斷儀器極軸高度．可選靠近卯酉圈在東或西方的 星．譬如取東星．此時水平絲接近于與地面垂直，如圖 2 。先把星放在交點恒動跟蹤，過了一會如星往北(左) 跑了，實際是向南鮑，則儀器極軸北端應往高調，或南端 降低。對于西星則相反，如圖25 星往北(右)跑實際是 向南跑，則儀器極軸北端應降低，或南端上升。 3 以上所述是如何判斷極軸向何方向調．調整量 的計算可按圖23進行。望遠鏡跟蹤后把星調到交點．同 時計時，過了一段時間設為出，星就偏離了交點到(z ， )．可知z =At以分鐘計而Y =凸占以mm計算。可以 等星向上或下為整毫米數時按下停表，這樣就知道了 出及d 。設調楹軸方位時回轉軸半徑為厶調節(jié)量為 △L，也均用mm為計量單位，則△L蘭L· ／出統(tǒng)一換 算單位后得 △占= (3437·75 X △ ／l5F )rain = 229·183 X △ ／F rain 此處F#為有效焦距或等值焦距 根據這些算出 △L進行調整。同理對極軸高度進行計算調整 對于雙柱式望遠鏡也可用度盤調極軸高度及度盤 零點：用筒在東及在西分別觀測同一顆星，在儀器上度 出 及 求出( + )／Z，與理論值8之差確定極 高差。8為年初平位置加年變再加蒙氣差改正或視位置 加蒙氣差改正。即極高差 =( +奇盯)／Z一8。而度盤 零點差蛐=(a索一 )／2或(8舌一 )血 因為△6>o。 取過中天前后相等時角靠近赤道的星，進行長孤段 對稱觀測，如前后各一小時，進一步復查驗證，此時星受 E 蒙氣差的影響，赤經讀數將有變化， 8 五 圖23 圖24 圖25 1．取赤道附近的恒星過于午面前后一小時的弧段 進行觀測。用副鏡調焦．把星調到卡焦焦面，此處放有帶 ～ 但不影響調整。

六、通光孔徑2 16m皇遠鏡卡 Ⅳ 氏光路的光軸調整轉速計| 水份計| 水份儀| 分析儀| 溶氧計| 電導度計| PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計| 水分測定儀| 濁度計| 色度計| 粘度計| 折射計| 滴定儀| 密度計| 熱流計| 濃度計| 折射儀| 采樣儀|  見示意圖26。rs]折軸調整略 s為靠近主鏡表面的內孔目標 支架．見圖27。千分表可繞中心旋 轉．調支架長度使s為鏡面中孔中 過s可以做與緯軸垂直的平面，該平面與緯軸交 點為E，即在第1平面的表面上。S、E的連線即主光軸。 先在此處裝立方棱鏡，該棱鏡的旋轉軸事先已調好，它 與c面垂直并通過c面十字絲交點，c面鍍鋁。D面鍍 半反射膜，其上也刻有一條直線是c面垂線的延長線， 它們與G面平行，見圖28。此裝置可措c面調高低及左 右平移。謂此裝置使c面與czwz光軸垂直且通過十 字絲交點。此時立方棱鏡的旋轉軸也與緯軸重舍。 圍：6 寰 圖27 圖28 在主鏡中孔下面裝CZW ．調之使通過S又與D面 垂直(必要時可繞緯軸旋轉立方棱鏡)并通過D面的直 線。此時CZW 的光軸與緯軸在空間相交且垂直)。據此 調主 副鏡使主光國同與CZW 光軸重舍，即與緯軸在 空問相交并垂直。 裝調卡焦像場改正鏡及初調底片頓斜：均可用架在 鏡筒下面的(脫離鏡筒)CZW 監(jiān)視 見圖29。 圖2g 夜間看星精調副鏡 傾斜�？闯上褓|量，拍攝 陰影圖及用3O×30cm 大底片拍攝壘視場恒星 照片，檢查各處像質。

七、光學系統(tǒng)成像質 量檢測概述 1．直接用高倍目鏡 看星像：眾所周知用高倍目鏡可以看出光學系統(tǒng)有無球 差、彗差、像散、三角形、..等。 照片組1 2．刀口陰影法：用刀口在不同方向切割星象．可以 壘面了解波面形狀，帶差起伏、彗差方向、局部地區(qū)差分 部、鏡面夾緊變形、焦面位置、. .等 由于溫度的變化 焦面的位置也隨著變化，用該法調焦是最方便的。我中 心裒呂軍利用CCD照相機及微機可以進行動態(tài)多幅采 樣，由軟件進行處理，消除大氣抖動的影響，見照片組 1。右為作者用照相底片拍攝的2．16m卡焦陰影圖，左 為用CCD及軟件處理后得出的陰影圖。 3．二維Hartmann檢驗：這是阜期一些大望遠鏡通 用的辦法 在鏡筒前安放有規(guī)律排列、打有很多孔的光 攔板，在焦面前、后一定距離各拍一張底片。然后沖洗、 測量、歸算，得出光能分布值�，F(xiàn)在看來效率低。籬著科 技的發(fā)展，Shack等人對它進行了改進，使得檢測速度 大大提高，可 求出像差系數、波面地形圖、并可指導光 學調整、. “等。該法在主動光學及自適應光學中也起 了很大怍用 近來中科院南京天文儀器研制中心也研制 出一臺專用儀器．可用于檢測天文望遠鏡，目前正在調 試、試用當中。