CN109343212A - 大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，包括主动光学控制主服务器向工控机发送修正重力形变指令；所述主动光学控制主服务器向所述工控机发送对主焦装置的准直误差进行测量指令；所述主动光学控制主服务器向所述工控机的主焦装置准直控制单元发送对主焦装置的准直误差进行初步矫正指令，从而对一种视场巡天望远镜进行主动光学矫正。本发明方法简单、高效。经过主动光学系统矫正后，主焦装置修正后轴向定位误差拟达到0.002mm,偏心误差拟达到0.02mm以内,倾斜误差拟达到0.001度以内。不考虑视宁度seeing的影响情况下，经主动光学系统矫正主镜重力形变和热形变后，波前误差RMS为0.05以内，总体像质均值拟控制在5微米以下，像质退化控制在5％以内。

Description

大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法

技术领域

本发明属于光学系统技术领域，尤其涉及大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法。

背景技术

自动巡天望远镜是望远镜的一种。适合于观测延伸天体，并可进行巡天观测。随着80年代新观念的诞生，为了加强望远镜的集光能力，主镜的口径最好在4米以上，很显然，以上所述的传统的维护像质、防止透镜因重力而变形的方法由于受到价格和结构重量的限制已经不再适用。为了改善大中型望远镜的像质，在观测过程中内置的光学修正部件对像质进行自动调整，这些修正部件工作在相对较低的频率。

主动光学系统就是为消除望远镜的光学系统及支架受重力和温度等因素影响引起的变形而采用的一种波面校正技术。

根据我国大视场巡天望远镜光学设计分系统方案分析报告，要保证望远镜在运行过程中保持良好的像质，主动光学是必需的，且不可缺少的，因此如何建立科学合理的大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，包括如下步骤：

S1：主动光学控制主服务器向工控机发送修正重力形变指令；

S2：所述工控机的主镜支撑控制单元控制主镜支撑系统修正主镜重力变形；

S3：所述主动光学控制主服务器向所述工控机发送对主焦装置的准直误差进行测量指令；

S4：激光跟踪仪对主焦装置的准直误差进行测量，并将测量结果反馈至所述主动光学控制主服务器；

S5：所述主动光学控制主服务器向所述工控机的主焦装置准直控制单元发送对主焦装置的准直误差进行初步矫正指令；

S6：主焦装置PFA六足机构对主焦装置PFA准直误差进行初步修订；

S7：所述主动光学控制主服务器对所述工控机发送波前图像检测命令；

S8：所述工控机的波前检测控制单元读取所述波前曲率传感器测量的波前差图像数据，将所述波前差图像数据传输至所述主动光学控制主服务器；

S9：所述主动光学控制主服务器基于波前差图像数据将波前差分解成像差，并基于像差分析结果把焦面的像差反演转化成PFA准直误差和主镜入瞳面上镜面上误差。

进一步的，所述步骤S2中，

所述工控机的主镜支撑控制单元根据所述工控机内置的LooK-up Table模块控制主镜支撑系统修正主镜重力变形。

进一步的，所述步骤S9中，

将波前差分解成像差，由Zernike多项式进行表达。

进一步的，还包括步骤：

S10：所述主动光学控制主服务器根据像差分析结果对PFA需要矫正位移量和角度量进行计算，对主焦装置准直控制单元发出主焦装置PFA位置微调的指令，主焦装置准直控制单元对主焦装置PFA位置进行微调。

进一步的，还包括步骤：

S11：所述主动光学控制主服务器根据入瞳面像差，计算主镜各支撑点所需的矫正力；所述工控机的主镜控制单元通过主镜主动支撑机构对主镜进行矫正。

进一步的，所述步骤S11中，

所述工控机的主镜控制单元通过主镜主动支撑机构对主镜因温度和/或形变因素造成的像差进行矫正。

本发明所带来的有益效果：本发明所公开的大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法简单、高效，精度更高，速度更快，更可靠。可达到：

第一，经过主动光学系统矫正后，主焦装置修正后轴向定位误差拟达到0.002mm,偏心误差拟达到0.02mm以内,倾斜误差拟达到0.001度以内。

第二，不考虑视宁度seeing的影响情况下，经主动光学系统矫正主镜重力形变和热形变后，波前误差RMS为0.05以内，总体像质均值拟控制在5微米以下，像质退化控制在5％以内。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。

在一些说明性的实施例中，本文一些名词解释：主动光学系统是为消除望远镜的光学系统及支架受重力和温度等因素影响引起的变形而采用的一种波面校正技术。

Zernike多项式由无穷数量的多项式完全集组成的，它有两个变量，ρ和θ，它在单位圆内部是连续正交的。需要注意的是，泽尼克多项式仅在单位圆的内部连续区域是正交的，通常在单位圆内部的离散的坐标上是不具备正交性质的。用于用来拟合光学元件表面面形。

主镜(Primary mirror)，反射式望远镜中对入射光而言的第一块反射镜，一般是望远镜中最大的镜面。

主焦装置：望远镜终端仪器即相机和其附件等组成的装置。

PFA：Primary Focus Assembly

主动光学控制主服务器与工控机通过以外网连接，工控机与主镜支架系统通过CAN总线连接，

大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，如图1所示，具体包括如下步骤：

S1：主动光学控制主服务器向工控机发送修正重力形变指令；

S2：所述工控机的主镜支撑控制单元根据所述工控机内置的LooK-up Table模块控制主镜支撑系统修正主镜重力变形；LooK-up Table是事前是通过计算望远镜在各个高度角姿态时候重力所引起的各项像差贡献，进而得到的各个支撑点在相应高度角时候所对应矫正重力影响的矫正力，由于重力影响是固定的，所以矫正力不需重复计算，直接调用即可。

S3：所述主动光学控制主服务器向所述工控机发送对主焦装置的准直误差进行测量指令；

S4：主镜中心处的激光跟踪仪对主焦装置的准直误差进行测量，具体分析过程是激光跟踪仪器通过测量PFA和主镜周围的靶标(SMR),在通过算法计算得到PFA具体位置，并将测量结果反馈至所述主动光学控制主服务器；

S5：所述主动光学控制主服务器向所述工控机的主焦装置准直控制单元发送对主焦装置的准直误差进行初步矫正指令；

S6：主焦装置准直控制单元控制主焦装置PFA六足机构对主焦装置PFA准直误差进行初步修订；

S7：所述主动光学控制主服务器对所述工控机发送波前图像检测命令；

S8：所述工控机的波前检测控制单元读取所述波前曲率传感器测量的波前差图像数据，将所述波前差图像数据传输至所述主动光学控制主服务器；

S9：所述主动光学控制主服务器基于波前差图像数据将波前差分解成像差，通过测量波前曲率传感器两个离焦面的光强差，进而把光强差代入波前泊松方程并求解得到波前，再把波前代入像差系数矩阵方程，通过求解得到离焦、像散等Z4-Z11低级像差系数，由Zernike多项式进行表达。并基于像差分析结果把焦面的像差反演转化成PFA准直误差和主镜入瞳面上镜面上误差。

S10：所述主动光学控制主服务器根据像差分析结果对PFA需要矫正位移量和角度量进行计算，具体过程是通过分析离焦和倾斜等像差的系数，进而得到位移量和角度量，对主焦装置准直控制单元发出主焦装置PFA位置微调的指令，主焦装置准直控制单元对主焦装置PFA位置进行微调。

S11：所述主动光学控制主服务器根据入瞳面像差，各项像差代入刚度矩阵方程，从而得到矫正各项像差各支撑点所需的矫正力，是在事前已计算完毕，这里只要根据像差分析结果得到像差系数，再利用各项像差系数乘以之前计算所得各项像差对应的矫正力并进行求和得到主镜各支撑点所需的矫正力，。所述工控机的主镜控制单元通过主镜主动支撑机构对主镜因温度和/或形变因素造成的像差进行矫正。形变因素为重力、风载等因素。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (6)

1.大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：主动光学控制主服务器向工控机发送修正重力形变指令；

S2：所述工控机的主镜支撑控制单元控制主镜支撑系统修正主镜重力变形；

S3：所述主动光学控制主服务器向所述工控机发送对主焦装置的准直误差进行测量指令；

S4：激光跟踪仪对主焦装置的准直误差进行测量，并将测量结果反馈至所述主动光学控制主服务器；

S5：所述主动光学控制主服务器向所述工控机的主焦装置准直控制单元发送对主焦装置的准直误差进行初步矫正指令；

S6：主焦装置PFA六足机构对主焦装置PFA准直误差进行初步修订；

S7：所述主动光学控制主服务器对所述工控机发送波前图像检测命令；

S8：所述工控机的波前检测控制单元读取所述波前曲率传感器测量的波前差图像数据，将所述波前差图像数据传输至所述主动光学控制主服务器；

S9：所述主动光学控制主服务器基于波前差图像数据将波前差分解成像差，并基于像差分析结果把焦面的像差反演转化成PFA准直误差和主镜入瞳面上镜面上误差。

2.根据权利要求1所述的大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，其特征在于，所述步骤S2中，

所述工控机的主镜支撑控制单元根据所述工控机内置的LooK-up Table模块控制主镜支撑系统修正主镜重力变形。

3.根据权利要求2所述的大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，其特征在于，所述步骤S9中，

将波前差分解成像差，由Zernike多项式进行表达。

4.根据权利要求1所述的大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，其特征在于，还包括步骤：

S10：所述主动光学控制主服务器根据像差分析结果对PFA需要矫正位移量和角度量进行计算，对主焦装置准直控制单元发出主焦装置PFA位置微调的指令，主焦装置准直控制单元对主焦装置PFA位置进行微调。

5.根据权利要求4所述的大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，其特征在于，还包括步骤：

S11：所述主动光学控制主服务器根据入瞳面像差，计算主镜各支撑点所需的矫正力；所述工控机的主镜控制单元通过主镜主动支撑机构对主镜进行矫正。

6.根据权利要求5所述的大视场巡天望远镜主动光学系统实现方法，其特征在于，所述步骤S11中，

所述工控机的主镜控制单元通过主镜主动支撑机构对主镜因温度和/或形变因素造成的像差进行矫正。