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大口径望远镜主镜支撑结构研究

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第35卷，增刊V01．35Supplement红外与激光工程In矗a陀d蚰dLa∞rEngin∞ring2006年lO月oct．2006

大口径望远镜主镜支撑结构研究王洋L2，张景旭2，杨飞2(1．中国科学院研究生院，北京100049；2．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)

摘要：主镜是望远镜系统的重要组成部分之一。随着其口径的不断增大，望远镜的重量也随之加大，自重、热变形等问题将对主镜镜面的面形精度产生一定的影响。因此，在保证系统精度的同时，要尽可能的减少结构重量，所以在设计阶段就要根据光学系统的技术要求及影响因素对主反射镜的支撑方案进行综合考虑和全面分析，使其结构设计更为合理。根据大口径望远镜系统主镜结构设计的要求，利用结构分析软件，建立结构分析模型，来确定主镜支撑方案。详细分析了大口径望远镜主镜支撑的各方面技术．关键词：大口径望远镜；主镜支撑；支撑结构；主镜结构中图分类号：TH751．1文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增B．0031．04

Supportstructureoflarge—aperturetelescopeprimary

mirror

WANGYan91”，ZHANGJiIlg．xu2，YANGFei2

(1．G『adjateUniversityofChincseAcad啪yofScicnce，Be妇in9100049，China；2．Ch卸gchunInstituteofoptics，Fi玎emech趴ics卸dPhysics，oIangch瑚130033，China)

Abstract：Thep痂nar)，mirroroftelescopeisaninlportantcomponentoftel6scope

system．Withthelargeof

primawmi玎or印enure，theweightoftheprimarymirrorbecomesmuch1a玛er．Therootmeansquare(m：1s)ofmeprimarymirrorisa日bctedbymanyproblems，suchasdeadweight，defomationofheatandsoon．Toreducet11eweightofprimarymirrorwhentheprecisionofsystemisensured．Therefore，wewillconsidert11esupportingprojectofprimarymirrorsyntheticallyandanalyzeitroundlyacco确ingtothetechniquerequirement

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thee疗’ectfactors．Thestructuraldesigncanbereasonable．AccordingtothestmcturaldesignschemeforprimaD，

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Keywords：Large—aperturetelescope；Supportofprima巧llli玎or；Supportstnlcturc；ThesnlJcturcofprima叫mirror

牧稿日期：2006，06-08作者简介：王洋(1980．)，女，吉林长春人，硕士生，主要从事光电对抗与测试方面的研究．32红外与激光工程：工程光学系统设计与制造技术第35卷。引言

大口径望远镜fl】用途十分广泛，它可用于天文观测、空间目标监视、地基的激光武器、目标特性的测量及成像等等。随着光学技术的不断发展，人们对光电系统的口径要求越来越大，因为光学口径越大，系统集光能力和分辨力就越强。但是，系统通光口径越大，整个系统结构也将越来越大，由此引发的相关问题必将日益突出，大口径望远镜主镜的支撑问题就是其中之一。自新中国成立以来，我国研制了一些望远镜。例如：北京天文台的2．16m光学望远镜及1．26m红外望远镜、上海天文台的1．56m天体测量望远镜、云南天文台的lm及1．2m望远镜、陕医天文台的1．05m光学望远镜，对我国天文学发展起到了极大的推动作用。

l大口径望远镜的主镜支撑技术主镜是望远镜最为关键的部件之一，它的支撑结构直接影响着整个系统的性能。大口径望远镜的主镜在任何高角位都要保持其镜面的面形精度及视轴稳定度，由于主镜重力的影响，导致定心中轴受力(中心受载将严重影响面形精度)，因此，在主镜支撑结构【2捌中要考虑相应的平衡配重。大口径望远镜的主镜支撑技术主要包括底支撑、侧支撑、前压紧、芯轴定位、防转机构、桁架结构以及主镜轻量化等多方面技术。1．1底支撑技术它的作用是限制主镜的轴向位移【4】。大口径望远镜的主镜轴向支撑一般采用树状分布柔性支撑，每个浮动点支撑半径R随着口径的增大而增大。当主镜仰角为90。，即光轴处于铅锤状态时，主镜的重力完全由浮动点来支撑，每个浮动点对主镜的支撑力均等，具体结果要经Patra州Ansys模拟进行多次取值分析才能确定光轴处于铅锤状态时的主镜最大变形量。按照不同的面形需求，适当地增加浮动点的数目，以提高主镜的面形精度。1．2侧支撑技术它的作用是限制主镜的径向位移。在主镜处于不同仰角位置时，对主镜的重力进行卸载，如工程中常见的重锤卸载。侧支撑所引起的最大镜面变形发生在主镜仰角为O。时，即光轴处于水平状态时[5】。三种典型的侧支撑受力状况如下图1所示，(a)为径向水银带支撑；(b)为径向余弦推力支撑；(c)为竖直方向推拉支撑。

(a)(b)(c)

图l侧支撑的受力状况

Fig．1Undertheforceofthesidesupport

采用竖直方向推拉支撑方式，势必要在主镜侧面上加工出相应的孔或槽，供推拉支撑所用。对主镜再次进行有限元分析，再经过多次取值分析，得出镜面的最大变形量。比较三种典型的侧支撑的镜面最大变形量，选择最优的侧支撑方式。增刊王洋等：大口径望远镜主镜支撑结构研究33

1．3前压紧技术在主镜仰角为负角时起作用，并与底支撑一起限制主镜轴向的位移。考虑到过大的前压紧力对主镜面形的影响【6】，每个前压紧机构所提供的压紧力应均等且恒定，并尽量做到与主镜底支撑点的位置靠近，减少由前压紧对主镜产生的附加弯距，结构如图2所示。1．4芯轴定位技术它的作用是对主镜进行准确的定心。为了精确地对大口径主镜进行定位，一般在主镜中心加工出…个孔，以方便对主镜进行中心定位。芯轴具有较大的抗弯刚度，在必要时还可以承受主镜的部分载荷。1．5防转技术用来防止主镜绕轴向的意外转动，防转装置只作用于主镜的一点，对大口径主镜仅仅靠一个点来防转是不稳妥的，必须为主镜设计一套可靠的防转装置。借鉴国外相关技术及经纬仪中抗扭薄膜的应用，设计出一种简单有效的防转装置，如图3所示。a．6桁架结构用于稳定的连接主镜室与四通。桁架【71由环梁和斜杆组成。环梁为“曲线”构件，它必须具有足够的抗弯强度才能使结构稳固。斜杆以受拉压为主，为了获得稳同结构，斜杆两两相交，构成一‘系列的三角形。单层镜筒桁架主要是剪切变形，为了提高其横向刚度应增人斜杆角度；多层镜筒桁架豹横向变形由剪切和弯曲联合作用引起，为减小剪切变形应增大斜杆夹角，而为减小弯曲变形应减小斜杆夹角，因此，要对斜杆的夹角进行优化。1．7主镜轻量化技术

图2前压紧机构Fig．2Frontimpactionmachine

图3防转装置Fig．3Equipmentofprevcntingrotating

土镜是用来收集和会聚光线的，随着主镜口径的不断增大，为了在保证主镜有效刚度的同时尽量减少其自重对面形精度的影响，必须对大口径的生镜进行有效的轻量化f81。轻量化的目的是为了主镜在各种工况下均能保证加工所获得的面形精度，减轻跟踪架配重的压力。目前普遍采用蜂窝状的镜体结构。

2结论随着有关主镜的设计和研究工作的不断深入，涌现出了许多新的技术，例如，自适应光学就是现代天文光学的一种新技术，主动光学技术也是新。。代大口径望远镜的关键技术之一。主镜支撑需考虑可能受到的各种载荷及支撑方式，这对于主镜面形的变化有十分重要的影响。为了使土镜的安装支撑既能保证面形变化最小，义能保证在不同仰角时位置不变动，需要对主镜的支撑方式根据望远镜的实际用途、所要达到的目的、要求的精度等实际问题进行分析、论证、实验，最终对所设计的方案进行优化、完善，达到预期成果。红外与激光工程：工程光学系统设计与制造技术第35卷参考文献：

【11马品仲．大型天文望远镜设计和研究叨．应用光学，1993，(14)6．11．【2】杨延生，吴清文，张洪。等．大口径反射镜支撑结构分析【J】．光学精密工程，200l，(9)lI．16．【3】丁福建，李英才．反射镜浮动支撑的应力与变形分析与支撑参数的优化[J】．光子学报，1998，(27)1041．1045．[4】胡企千．大型光学镜子的结构、支承及重力变形计算方法[J】．光学机械，1983，(6)：29．44．

【5】王永，蒋筱如．1．2米地平式望远镜主镜的支承装置【J】．云南天文台台刊，199l，(4)35．39．

【6】刘梅，胡企千．空间太阳望远镜1m主镜支撑结构的研究【J】．国家天文台台刊，2004，(1)99-106．

[7】胡企千，刘梅．空间太阳望远镜镜筒桁架的优化【J】．光学精密工程，2003，(11)151．156．

【8】吴清文．空间相机中主镜的轻量化技术及其应用【J1．光学精密工程，1997，(5)69—80．

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望远镜的结构与原理

望远镜的结构与原理

望远镜的结构与原理望远镜是人类观测天体的主要工具之一，也被广泛应用于航空、海洋、地质等领域中。

本篇文章将详细介绍望远镜的结构和原理。

一、望远镜的结构望远镜的核心部分是望远镜筒，其主要结构由物镜、目镜以及支架组成。

物镜是用来收集和聚焦光线的部分，它通常由凸透镜或反射镜构成。

目镜是用来观察和放大物体的部分，通常由一组凸透镜构成。

支架则是用来支撑望远镜筒以及使望远镜达到最佳观测位置的部分，根据望远镜的型号和用途不同，其支架结构也有所不同。

在物镜前方，通常还配备了光圈、风扇等附件。

光圈的作用是控制进入光线的数量和方向，使得光线在物镜中聚焦形成清晰的像。

而风扇则是可调节的，用于控制望远镜内部气流和温度，以保证观测的精度和稳定性。

除此之外，望远镜还常常配备了高度自动化的电脑控制和成像系统，使得观测者可以更加便捷地进行观测和记录。

二、望远镜的原理望远镜的原理主要涉及到光线的折射、反射等基本物理现象。

以下为望远镜的基本原理示意图：①光线折射原理当光线由空气通过到密度更大（如凸透镜）的介质时，会发生折射。

这时光线的传播方向被改变，使其与凸透镜的光轴相交于一个焦点处，这个焦点就是物镜的焦点。

②光线反射原理反射镜由金属反光面构成，光线在反光面上经过反射后反方向传播，在摆放尺度合适的情况下，焦点可以落在观察者所在的位置，这样光束就可以直接进入人眼进行观测和记录。

③放大原理放大的原理基于物镜和目镜的透镜系统，目镜将聚焦的像放大，使得观察者能够清晰地观测到天体和其他物体的细节和结构。

三、注意事项使用望远镜时需要注意以下几点：1.使用前务必进行充分的校准和调试，调整好光圈、聚焦等参数，避免影响观测效果。

2.使用过程中应注意保持环境的稳定和纯净度，避免影响观测和记录的精度和清晰度。

3.在使用过程中可适当调整望远镜的高度和方向，以获得更好的观测效果。

4.注意不要触碰和弯曲镜片或光学装置等部件，避免损坏影响使用寿命。

四、总结望远镜作为人类观测天体和探索宇宙的重要仪器，其结构和原理也相当复杂。

天文望远镜的构造与原理

天文望远镜的构造与原理

天文望远镜的构造与原理天文望远镜是一种专门用于观测天体的光学仪器，广泛应用于天文学、地球物理学以及遥感科学等领域。

一、天文望远镜的基本构成天文望远镜一般由光学系统和机械系统两部分构成，其中光学系统由望远镜主镜（或物镜）、目镜、支架和调焦装置等组成，而机械系统主要包括支架、电子等控制系统以及机械部件等。

1.望远镜主镜（或物镜）望远镜主镜（或物镜）是望远镜的核心部件，一般由一块高质量玻璃制成。

它的主要作用是将天体发出的光线聚集到一个点上，形成清晰的像。

2.目镜目镜是望远镜的辅助光学装置，用于观察望远镜主镜形成的像。

一般来说，目镜的倍率比较小，一般在10-100倍之间。

3.支架望远镜的支架是望远镜的重要组成部分，其主要作用是支撑望远镜主镜和目镜，并使之能够动态地跟随天体的运动。

4.调焦装置调焦装置是望远镜的一个重要组成部分，主要用来调整望远镜的焦距，以便得到清晰的图像。

二、天文望远镜的原理天文望远镜的原理主要是利用光线在不同介质中的传播速度不同，使得从天体发出的光线被望远镜主镜（或物镜）反射或屈折，最终形成清晰的像。

1.反射望远镜原理反射望远镜主要利用反射原理，即将天体发出的光线反射到一个聚焦点上，形成清晰的像。

在反射望远镜中，望远镜主镜一般为一个拱面形状，在此拱面上反射的光线将汇聚于一个点，即对焦点。

要得到清晰的图像，目镜也需要调焦。

2.折射望远镜原理折射望远镜主要是利用屈折原理，将从天体发出的光线经过物镜的折射后，聚焦到一个点上，形成清晰的像。

在折射望远镜中，物镜一般为一个双凸面镜，在该镜面上折射过去的光线将汇聚于一个点，即对焦点。

三、天文望远镜的应用天文望远镜的应用非常广泛，可以应用于天文学研究、遥感科学以及地球物理学等领域。

在天文学研究中，天文望远镜主要用来观测各种天体，例如恒星、行星、星系、星云等。

通过观测这些天体的光谱、亮度、形状等信息，可以得出诸如天体运动、性质等信息，对于研究宇宙发展历史等宏观现象具有重要意义。

望远镜组装知识望远镜由那几个部分组成三脚架赤道仪主镜

望远镜组装知识望远镜由那几个部分组成三脚架赤道仪主镜

望远镜组装知识1.望远镜由那几个部分组成？三脚架、赤道仪、主镜2.望远镜的各个部位名称和功能三脚架：支撑主镜与赤道仪，调节望远镜高度。

载物盘：观测、组装时放目镜等配件，固定三脚架支架云台：连接、固定赤道仪。

赤道仪：通过经纬轴的调整追踪目标。

经轴锁止螺丝：锁定及解锁经轴纬轴锁止螺丝：锁定及解锁纬轴极轴镜：在赤道仪的“经轴”里有一个小型望远镜是极轴镜，作用：辅助极轴对准北天极。

微调杆：微调经纬轴。

纬度盘：显示当前纬度设置。

纬度调节螺丝：调节极轴仰角角度，设置为当地地理纬度（北京40°）纬度盘锁止螺丝：锁定赤道仪的仰角高度。

配重体与配重杆：通过调节配重体在配重杆上的位置，保持望远镜与配重体平衡主镜：主镜也叫物镜，有两个主要参数，口径、焦距。

寻星镜：辅助主镜寻找确定目标位置寻星镜上调节螺丝：调寻星的角度保持与主镜平行天顶镜：方便观测高角度目标。

目镜：目视观测。

不同焦距的目镜可以改变望远镜的放大倍数。

巴德膜：减光设备，减少光线的进入保护眼睛。

3.赤道仪的分类？地平式、赤道式赤道式优点：可以跟踪星体，抵消地球自转导致的视运动。

对好北天极的前提下观测同一目标只需要跟踪赤经轴就可以了。

4.坐标系：地平坐标系：地平高度、方位角赤道坐标系：经度（h、时）、纬度(°、度)5.望远镜的“视场”是什么意思？视场以什么为单位？视场就是望远镜可以看到的范围，它以“°（度）”为单位。

6.主镜与寻星镜那个视场更大？为什么？寻星镜的视场更大，因为寻星镜的作用是寻找确定目标较大范围的位置所以需要更大的视场。

7.怎样使望远镜保持平衡1）调整配重体与主镜平衡，方法：调整配重体在配重杆上的位置。

2）调整主镜两端平衡，方法：调整主镜在抱箍左右的位置。

8.为什么要调试主镜与寻星镜的平行？因为只有主镜与寻星镜保持平行才能观测到同一目标。

寻星镜才能准确发挥作用。

9.怎样调主镜与寻星镜的平行？1）确定一个观测目标，要求:位置相对固定、较亮且位置方便观测，例如：月球、远处的灯塔光、金星等。

单筒望远镜的基本原理和结构

单筒望远镜的基本原理和结构

单筒望远镜的基本原理和结构单筒望远镜作为一种常见的望远镜类型，被广泛应用于天文观测、地质勘探、狩猎观察等领域。

它的基本原理和结构一直以来都备受关注。

本文将介绍单筒望远镜的基本原理和结构，并探讨其在不同领域中的应用。

首先，我们来了解单筒望远镜的基本原理。

单筒望远镜通过彩色分离和放大技术，使用户能够观察远处的物体，同时保持清晰度和真实感。

其基本原理如下：1. 物镜系统：物镜是单筒望远镜的核心部分，其目的是收集并聚焦光线。

物镜由一组透镜或曲面镜组成，这些镜头能够将光线聚焦到望远镜的焦点上。

大多数单筒望远镜使用凸透镜作为物镜，也有一些使用反射器（凹面镜）作为物镜。

物镜的直径和焦距决定了单筒望远镜的视场和放大倍数。

2. 目镜系统：目镜位于望远镜的另一端，用户通过目镜观察被物镜聚焦的图像。

目镜通常由一个或多个透镜组成，可以进一步放大物体的细节。

同时，目镜还可以用于调整焦距，以适应不同的观察需求。

3. 检测器：一些单筒望远镜在目镜后还配备了检测器，以便将图像转换为电信号或数字信号。

这样，用户就可以通过计算机或其他设备进一步处理和记录观测到的图像。

其次，我们来了解单筒望远镜的结构。

单筒望远镜通常由以下部分组成：1. 支架：支架是单筒望远镜的基础结构，它用于支持和固定望远镜的各个组件。

支架通常由金属或复合材料制成，具有稳固性和可靠性。

2. 管体：管体是望远镜的外壳，用于保护望远镜内部的光学组件。

它通常由金属或塑料制成，具有防水和耐用的特点。

3. 焦段调节装置：焦段调节装置用于调整望远镜的聚焦距离，以使观察到的图像清晰可见。

这个装置通常由一组齿轮和滑轨组成，可以通过手动或电动方式来控制。

4. 三脚架：三脚架是单筒望远镜的支撑结构，用于在观察时提供稳定性和平衡性。

三脚架通常由金属或碳纤维材料制成，具有轻便和坚固的特点。

单筒望远镜作为一种多功能的观测工具，在不同领域中有着广泛的应用：1. 天文观测：单筒望远镜是天文学家们进行天体观测和研究的重要工具。