maxon 為超級望遠鏡提供濾鏡自動更換器

maxon 被選為世界上最大型廣域望遠鏡的光學濾鏡更換系統供應商。這個共有五個法國研究實驗室參與的望遠鏡計劃，需要特別可靠和強大的馬達和控制器，並且要求工作精度必須高達十分之一公釐。

大型綜合巡天望遠鏡（Large Synoptic Survey Telescope，LSST）擁有 8.4 米主鏡和 32 億畫素相機（世界上最大的數位相機），是一個最高定義等級的研究計劃。它的任務是什麼？拓展可見宇宙的疆界，並且在未來的 10 年裡，在智利的帕穹山頂孜孜不倦地勘測和繪製宇宙地圖。

LSST：融匯全世界專業知識的產品

為了實現這個任務，大型綜合巡天望遠鏡將每週拍攝整個天空數次，以便能夠將變化進行分類並測量天體的運動。對於多項旨在闡明太陽系和銀河結構與演化的研究來說，它的天文勘測將帶來相當大的貢獻。其發現也將被應用在各種致力於解開暗物質和暗能量之謎的研究計劃中。

這個項目由美國主導協調，預算高達 6 億 7500 美元（約 6 億歐元）。近 20 個國家將協助分析來自世界各地研究實驗室的結果。除了美國和智利以外，法國也透過國家核子暨粒子物理研究所（IN2P3）積極參與望遠鏡的建設。

精密工程為天學領域服務

這架望遠鏡設置在海拔 2,680 公尺高的帕穹山山頂，這個地點因大氣和光線干擾非常低而中選。望遠鏡被安置在一個直徑 30 公尺、17 公尺高的圓頂內。圓頂採全電動設計，因此望遠鏡可以旋轉以接連指向所有可能的方向。

這架望遠鏡本身由三個主要元件組成。第一個是望遠鏡支架，負責將望遠鏡精確定位並為觀測做好準備。第二個是光學元件，由三個曲面非球面透鏡組成，其中最大的主鏡直徑超過 8 公尺。第三個便是數位相機，也是這個計劃的核心之一。

這架相機的結構圍繞著一個可承受 -100°C 低溫的 32 億畫素數位感光元件。這個元件對於從近紫外線到近紅外線的寬波長光源特別敏感，因此可以在整個光譜內執行光度量測。最後，相機中包含了一個感光元件系統，讓使用者能夠選擇他們希望觀測的光譜片段。

動作迅速的濾鏡更換器

所有天文觀測望遠鏡都具有濾鏡更換器，但目前所使用的大多數裝置都速度太慢，無法滿足 LSST 極具野心的性能要求：更換速度必須比其他尺寸相近的裝置快 15 倍。

因此，一個由 5 個法國實驗室組成的團隊合作開發一套機器人系統，可以在幾分鐘之內將新濾鏡放到相機上。在面對這項挑戰時，團隊必須克服許多重大技術限制，首先是自動濾鏡更換器的整合，因為其中的所有組件都必須安裝在相機機身中。另外還必須使一切都能保持絕對穩定，甚至在遇到強烈地震時

採用來自同一個供應商的馬達和控制器，代表這個組合不會發生相容性問題：maxon EC40/GP42 和 EPOS2 70/10 位置控制器。

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團隊設計出一個能夠處理這些昂貴濾鏡的裝置——每個濾鏡直徑 75 cm，重量近 40 kg，精確度達十分之一公釐。裝置的中心是一個旋轉架，可以承載最多 5 個濾鏡，並且可以在不到 20 秒的時間裡送出其中一個濾鏡以供使用。除此之外，還有一個用來在相機上自動裝載和卸載濾鏡的自動機構，以及另一個用來在相機內部裝載濾鏡的機構。這三個元素聯合構成了自動濾鏡更換器。

精實、可靠、大力支援

在這樣的情境下，法國國家核子暨粒子物理研究所（LPNHE）向 MDP - maxon 法國分公司尋求專業支援。maxon 網站上的線上配置器和所發表的相關技術文件，為找出適合用來整合至更換器系統的初始元件提供了很好的出發點。

在進一步的交流過程中，MDP - maxon法國分公司所提供的解決方案通過了適用性驗證，而且使用同一個供應商的馬達和控制器組合也代表了不會有相容性方面的問題。例如，旋轉架和自動濾鏡更換器都使用 EC40/GP42 和 RE40/GP52C 驅動馬達搭配 EPOS2 70/10 模組化數位位置控制器。

參與 LSST 計劃的團隊所採用的各種標準中，也包括了對於元件、馬達、減速機和控制器的體積要求——精巧緊實的尺寸是將這些組件整合至相機中心時的必要因素——以及完全的可信賴度。的確，濾鏡更換器必須能夠連續運行，兩年一次的維修時間不能超過 2 週，在此期間望遠鏡會中斷運行，以進行鏡面鍍鋁作業。

多方面合作

在光學濾鏡更換器上進行的工作性質嚴苛，反映了這個計劃的壯大目標，也為 LSST 計劃利益相關者之間所需的合作程度提供了一些概念。對 maxon 而言，自家的線上配置器、馬達和電子系統能夠為成功克服這一技術和科學上的挑戰做出貢獻，讓他們感到非常高興！
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LSST; maxon Group