CN112146850A - 一种检测大口径望远镜系统波像差的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测大口径望远镜系统波像差的装置及方法，包括平行光管、导轨位移台、导轨、负载电机、望远镜系统次镜和望远镜透镜组；平行光管位于导轨位移台上，在导轨带动下作径向运动，导轨与负载电机连接，其位移路径过负载电机的轴心，并由负载电机驱动进行周向旋转，负载电机旋转轴与待检望远镜系统光轴重合，由平行光管射出的平行光，沿待检望远镜系统光轴入射依次经过望远镜系统主镜、望远镜系统次镜和望远镜透镜组，经聚焦后到达望远镜像面探测器形成携带像差的光斑，望远镜像面探测器记录光斑完成一个子孔径检测等；本发明大大降低了检测难度，同时避免了对光学系统成像的影响，结构简单，检测成本低等。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测领域，更为具体的，涉及一种检测大口径望远镜系统波像差的装置及方法。
背景技术
为了满足天文观测的需要，现代望远镜的口径逐渐增大，数米口径望远镜的像质检测成为难题。传统检测方法有平行光管检测法，星点法，干涉仪自准检测法等。
平行光管检测法需要至少等同于待检系统口径的平行光管，其自身的制造难度和成本就很高；星点法利用恒星作为点光源，通过观察望远镜对点光源的成像效果来评价系统像质，严重依赖检测时间和天气条件等外部条件；干涉仪自准检测法需要高性能干涉仪和用于自准的大口径平面镜，大口径平面镜自身的检测也是一个问题。
传统像质检测方案用于大口径望远镜时均需要大口径的检测器具或受环境影响较大，因此难以发挥作用。如何在不使用大口径检测器具的条件下实现望远镜像质检测是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种检测大口径望远镜系统波像差的装置及方法，不需要使用大口径检具就能完成对大口径望远镜系统波像差的检测，大大降低了检测难度，同时避免了对光学系统成像的影响，结构简单，检测成本低等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种检测大口径望远镜系统波像差的装置，包括平行光管、导轨位移台、导轨、负载电机、望远镜系统次镜和望远镜透镜组；所述平行光管位于导轨位移台上，在所述导轨带动下作径向运动，所述导轨与负载电机连接，其位移路径过负载电机的轴心，并由负载电机驱动进行周向旋转，所述负载电机旋转轴与待检望远镜系统光轴重合，由平行光管射出的平行光，沿待检望远镜系统光轴入射依次经过望远镜系统主镜、望远镜系统次镜和望远镜透镜组，经聚焦后到达望远镜像面探测器形成携带像差的光斑，望远镜像面探测器记录光斑完成一个子孔径检测，导轨位移台带动平行光管移动，沿导轨进行径向子孔径的检测，负载电机带动导轨旋转一个角度，移动到另一条半径方向继续进行检测，如此进行，完成所有子孔径的扫描，获取所有子孔径下的斜率信息后，重构出待检系统的波像差。
进一步地，利用波前重构算法重构出待检系统的波像差。
进一步地，所述导轨包括直线电动位移导轨。
进一步地，负载电机固定到负载电机支架上。
进一步地，所有子孔径按照径向排列，然后旋转的规律均匀分布在待检测望远镜系统主镜上。
进一步地，所述平行光管固定在导轨位移台上并由位移台带动做径向移动，覆盖径向分布的子孔径。
进一步地，所述直线电动位移导轨与所述负载电机的转轴相连，所述直线电动位移导轨由负载电机驱动旋转，并使平行光管做周向旋转运动，覆盖圆周向分布的子孔径。
进一步地，所述负载电机的电机旋转轴与待检光学系统光轴重合，负载电机由支架支撑到设定的高度。
一种检测大口径望远镜系统波像差的方法，包括：
步骤1.根据待检测望远镜光学系统的口径确定平行光管的口径，确定好平行光管口径后，设计子孔径布局；
步骤2.扫描机构将平行光管移动到一定位置，光束覆盖一个子孔径，经系统聚焦后像面探测器记录一幅光斑图像，根据灰度加权质心求取算法计算光斑质心，进而得到每一个子孔径下的光斑质心坐标；
步骤3.电动位移导轨和电机带动平行光管分别做径向和圆周向运动，完成所有子孔径的扫描，获取全部子孔径斜率信息，利用波前重构算法重构出待检系统的波像差。
本发明的有益效果是：
本发明逐次获取子孔径斜率信息，不需要提前对光斑质心进行标定，也就不需要对准望远镜探测器中心，在数据处理时，去除低阶倾斜项即可消除偏心带来的影响。
本发明不需要使用大口径检具就能完成对大口径望远镜系统波像差的检测，结构简单，仅由小口径平行光管和旋转扫描机构构成，大大降低了检测难度，检测成本低。
本发明依靠待检光学系统成像并用其自带的探测器获取光斑，不需要对光学系统做任何拆装改造，避免了对光学系统成像的影响。
本发明采用旋转扫描的方式最大程度利用了平移导轨，比YZ二维位移导轨尺寸小，进一步降低了对仪器的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的扫描检测示意图；
图2为子孔径分布示意图；
图3为本发明的检测机构三维图；
图中，1-平行光管，2-导轨位移台，3-导轨，4-负载电机，5-望远镜系统主镜；6-单个子孔径；7-负载电机支架，8-望远镜系统次镜，9-望远镜成像透镜组，10-望远镜像面探测器。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征(包括任何附加权利要求、摘要和附图)，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1～3所示，一种检测大口径望远镜系统波像差的装置，包括平行光管1、导轨位移台2、导轨3、负载电机4、望远镜系统次镜8和望远镜透镜组9；所述平行光管1位于导轨位移台2上，在所述导轨3带动下作径向运动，所述导轨3与负载电机4连接，其位移路径过负载电机4的轴心，并由负载电机4驱动进行周向旋转，所述负载电机4旋转轴与待检望远镜系统光轴重合，由平行光管1射出的平行光，沿待检望远镜系统光轴入射依次经过望远镜系统主镜5、望远镜系统次镜8和望远镜透镜组9，经聚焦后到达望远镜像面探测器10形成携带像差的光斑，望远镜像面探测器10记录光斑完成一个子孔径检测，导轨位移台2带动平行光管1移动，沿导轨3进行径向子孔径的检测，负载电机4带动导轨3旋转一个角度，移动到另一条半径方向继续进行检测，如此进行，完成所有子孔径的扫描，获取所有子孔径下的斜率信息后，重构出待检系统的波像差。
进一步地，利用波前重构算法重构出待检系统的波像差。
进一步地，所述导轨3包括直线电动位移导轨。
进一步地，负载电机4固定到负载电机支架7上。
进一步地，所有子孔径按照径向排列，然后旋转的规律均匀分布在待检测望远镜系统主镜5上。
进一步地，所述平行光管1固定在导轨位移台2上并由位移台带动做径向移动，覆盖径向分布的子孔径。
进一步地，所述直线电动位移导轨与所述负载电机4的转轴相连，所述直线电动位移导轨由负载电机4驱动旋转，并使平行光管1做周向旋转运动，覆盖圆周向分布的子孔径。
进一步地，所述负载电机4的电机旋转轴与待检光学系统光轴重合，负载电机4由支架支撑到设定的高度。
一种检测大口径望远镜系统波像差的方法，包括：
步骤1.根据待检测望远镜光学系统的口径确定平行光管的口径，确定好平行光管口径后，设计子孔径布局；
步骤2.扫描机构将平行光管移动到一定位置，光束覆盖一个子孔径，经系统聚焦后像面探测器记录一幅光斑图像，根据灰度加权质心求取算法计算光斑质心，进而得到每一个子孔径下的光斑质心坐标；
步骤3.电动位移导轨和电机带动平行光管分别做径向和圆周向运动，完成所有子孔径的扫描，获取全部子孔径斜率信息，利用波前重构算法重构出待检系统的波像差。
如图1所示，平行光管1作为理想平行光源沿待检望远镜系统光轴入射，经过系统成像后聚焦到像面，探测器记录光斑完成一个子孔径检测。导轨位移台2带动平行光管1移动，沿直线导轨3进行径向子孔径的检测。负载电机4带动导轨3旋转一个角度，移动到另一条半径方向，继续进行检测。如此，完成所有子孔径的扫描，获取所有子孔径下的斜率信息。
如图2所示，6为单个子孔径，所有子孔径按照径向排列，然后旋转的规律均匀分布在待检测望远镜系统主镜5上，方便配合旋转扫描机构。
如图3所示，平行光管1，导轨位移台2，导轨3，负载电机4作为一个整体固定到负载电机支架7上，旋转轴与望远镜系统光轴对准，平行光出射后依次经过望远镜系统主镜5，望远镜系统次镜8和望远镜透镜组9，聚焦后到达探测器10形成携带像差的光斑。完成扫描之后获取所有子孔径斜率数据，利用波前重构算法计算圆域上的各阶次Zernike多项式系数，即可恢复出待测望远镜波像差。
夏克-哈特曼传感器是一种用于检测光波波前的仪器，它利用微透镜阵列将待测波前分割，分别聚焦到焦面探测器上，通过测量聚焦光斑质心到理想光斑质心的偏移量计算得到子孔径斜率，使用波前重构算法即可恢复出待测波前。类似的，利用时间累积换取空间上延展的思路，可以用小口径的平行光入射，将望远镜被照射的这部分等效为一个微透镜，每扫描一次就获得一个光斑，从而获取全部子孔径斜率信息，进而恢复出望远镜系统的波像差。
以平行光管作为光源沿望远镜光轴入射，使用旋转扫描机构带动平行光管，按照预先设计好的子孔径路径依次扫描，获取所有子孔径下的光斑质心，利用波前重构算法恢复出待检望远镜系统的波像差。
在本发明的实施例中，提供一种大口径望远镜波像差检测装置，包括小口径的平行光管，直线电动位移导轨，高负载电机。
小口径平行光管位于电动位移导轨位移平台上，在导轨带动下作径向运动；直线电动位移导轨与负载电机相连，位移路径过电机轴心，由电机驱动进行周向旋转；负载电机旋转轴与待检望远镜系统光轴重合。
本发明实施例的具体检测步骤为：
1.根据待检测望远镜光学系统的口径确定合理的平行光管的口径，口径过大会造成采样不足，导致检测结果不准，口径过小时采样数目过多，会大大延长检测所需的时间。确定好平行光管口径后，设计子孔径布局，原则是尽可能覆盖镜面全部区域，子孔径之间可以有一定重叠。
2.扫描机构将平行光管移动到一定位置，光束覆盖一个子孔径，经系统聚焦后像面探测器记录一幅光斑图像，根据灰度加权质心求取算法计算光斑质心，进而得到每一个子孔径下的光斑质心坐标。
3.电动位移导轨和电机带动平行光管分别做径向和圆周向运动，完成所有子孔径的扫描，获取全部子孔径斜率信息，利用波前重构算法重构出待检系统的波像差。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，包括平行光管(1)、导轨位移台(2)、导轨(3)、负载电机(4)、望远镜系统次镜(8)和望远镜透镜组(9)；所述平行光管(1)位于导轨位移台(2)上，在所述导轨(3)带动下作径向运动，所述导轨(3)与负载电机(4)连接，其位移路径过负载电机(4)的轴心，并由负载电机(4)驱动进行周向旋转，所述负载电机(4)旋转轴与待检望远镜系统光轴重合，由平行光管(1)射出的平行光，沿待检望远镜系统光轴入射依次经过望远镜系统主镜(5)、望远镜系统次镜(8)和望远镜透镜组(9)，经聚焦后到达望远镜像面探测器(10)形成携带像差的光斑，望远镜像面探测器(10)记录光斑完成一个子孔径检测，导轨位移台(2)带动平行光管(1)移动，沿导轨(3)进行径向子孔径的检测，负载电机(4)带动导轨(3)旋转一个角度，移动到另一条半径方向继续进行检测，如此进行，完成所有子孔径的扫描，获取所有子孔径下的斜率信息后，重构出待检系统的波像差。
2.根据权利要求1所述的检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，利用波前重构算法重构出待检系统的波像差。
3.根据权利要求1所述的检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，所述导轨(3)包括直线电动位移导轨。
4.根据权利要求1所述的检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，负载电机(4)固定到负载电机支架(7)上。
5.根据权利要求1所述的检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，所有子孔径按照径向排列，然后旋转的规律均匀分布在待检测望远镜系统主镜(5)上。
6.根据权利要求1所述的检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，所述平行光管(1)固定在导轨位移台(2)上并由位移台带动做径向移动，覆盖径向分布的子孔径。
7.根据权利要求3所述的检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，所述直线电动位移导轨与所述负载电机(4)的转轴相连，所述直线电动位移导轨由负载电机(4)驱动旋转，并使平行光管(1)做周向旋转运动，覆盖圆周向分布的子孔径。
8.根据权利要求1所述的检测大口径望远镜系统波像差的装置，其特征在于，所述负载电机(4)的电机旋转轴与待检光学系统光轴重合，负载电机(4)由支架支撑到设定的高度。
9.一种检测大口径望远镜系统波像差的方法，其特征在于，包括：
步骤1.根据待检测望远镜光学系统的口径确定平行光管的口径，确定好平行光管口径后，设计子孔径布局；
步骤2.扫描机构将平行光管移动到一定位置，光束覆盖一个子孔径，经系统聚焦后像面探测器记录一幅光斑图像，根据灰度加权质心求取算法计算光斑质心，进而得到每一个子孔径下的光斑质心坐标；
步骤3.电动位移导轨和电机带动平行光管分别做径向和圆周向运动，完成所有子孔径的扫描，获取全部子孔径斜率信息，利用波前重构算法重构出待检系统的波像差。
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