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拼接型光学主镜结构示意图的绘制

随着对宇宙研究的深入,科学家对高分辨率望远镜的需求也越来越强。为了实现高分辨率成像,望远镜系统需要有极大的口径来成像。限于大口径镜面的加工、检测、面型控制、运输、成本等因素,目前可制造的单口径镜面直径最大可达到8m左右;对于空间望远镜来说,要想成功发射于太空,还需要足够大的整流罩来保护望远镜,而现今直径最大的整流罩也仅能容纳5-6m口径的光学系统。Jerry Nelson博士于上世纪八十年代提出了拼接主镜概念,并成功建造了KECK望远镜。在计算机仿真时,鉴于拼接型光学主镜的特殊结构,要想直接绘制拼接主镜示意图并非易事。本经验给出了简便的绘制方案。
工具/原料

得心应手的编程软件

拼接型结构的特殊性
1

本文以下图所示的KECK望远镜拼接型主镜结构为例,其包含除36块六边形子镜。若将中心处的子镜定义为第一环,那么KECK包含了四环子镜,第一环不含子镜;第二环含六块子镜;第三环含十二块子镜;第四环含十八块子镜。

2

第n环(六边形环,不是圆环)上共有6(n-1)个子镜,含有N环子镜(不含中心子镜)的主镜含子镜数目为3N(N-1)个。

3

以列为单位,N环子镜构成的主镜有2N-1列,以中间列为对称轴,左右两侧各N-1列。

4

令列索引从左到右分别为1,2,……,2N-1。考察中心列左侧各列,即列指标j=1,2,……,N-1,第j列上有子镜N-1+j个;考察中心列右侧各列,即列指标j=N+1,N+2,……,2N-1,第j列上有子镜3N-1-j个;考察中心列,含子镜数目为2N个(不含中心子镜).

5

设相邻子镜中心距为Δ,那么相邻两列距离为sqrt(3)/2*Δ,同一列上相邻子镜间距为Δ;设每一列上子镜的索引为k。那么,结合第三条规律,对于左侧子镜,第j列上第k个子镜横坐标为(j-N)*sqrt(3)/2*Δ,第j列上第k个子镜纵坐标为(2k-j-N)*Δ/2;对于右侧子镜,第j列上第k个子镜横坐标为(j-N)*sqrt(3)/2*Δ,第j列上第k个子镜纵坐标为(2k+j-3N)*Δ/2;对于中心列,其横坐标为0,纵坐标为(k-N)Δ。特别地,中心列可归结到左侧列或右侧列。

6

利用以上的四条规律,只要得到了各子镜的中心坐标,并以此得到角点坐标,遍,即可轻松地得到拼接结构示意图。

注意事项

以上的规律适用于所有的编程平台,建议使用循环结构。

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