CN113092076B - 大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法及检测光路 - Google Patents

大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法及检测光路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法及检测光路，包括步骤：首先测定望远镜焦距，使用干涉仪自准检测法或其他方法测量像差，分解出像差中的离焦项，反复测量建立焦距与离焦之间的对应关系，然后在外场使用自准直夏克—哈特曼波前传感器测量望远镜的像差，分离出波前检测结果中的离焦项；根据离焦量查找表格，得到望远镜在外场下的焦距，完成检测等；本发明操作简单，不需要全口径平行光管等大型设备，有较高的检测精度，有利于望远镜在外场复杂环境下的焦距检测及调整。

Description

大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法及检测光路
技术领域
本发明涉及光学检测领域，更为具体的，涉及大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法及检测光路。
背景技术
焦距是望远镜系统的重要参数，对大口径反射式望远镜系统而言，其通光口径从数十毫米到数米不等，在实验室内通常采用口径比望远镜更大的平行光管测量焦距等参数。然而大口径平行光管体积重量过大，一般用于实验室或车间环境下的检测，不适于外场条件下的快速测量，并且单次测量所需时间较长，不能满足焦距动态变化情况下的实时测量需求。因此，大口径变焦距反射望远镜系统焦距的外场实时测量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，提供大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法及检测光路，解决了大口径变焦距反射望远镜系统焦距的外场实时、快速、高效测量问题，操作简单，不需要全口径平行光管等大型设备，有较高的检测精度，有利于望远镜在外场复杂环境下的焦距检测及调整等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，包括：
步骤1，将待检大口径变焦反射望远镜的焦距范围fl～fu等分为n份，每份为Δf＝(fl～fu)/n；
步骤2，调整大口径变焦反射望远镜的焦距，使焦距达到f1+(k-1)Δf，其中k＝1，2…n，n为正整数，测量大口径变焦反射望远镜的实际焦距fk；在大口径变焦反射望远镜出口安装标准平面镜，镜面与大口径变焦反射望远镜光轴垂直，使用波前传感器测量大口径变焦反射望远镜像差Φk，计算Φk中离焦项的RMS值rk；
步骤3，建立rk与fk的对应表；
步骤4，在大口径变焦反射望远镜出口安装标准平面镜，镜面与望远镜光轴垂直，使用自准直夏克—哈特曼波前传感器测量望远镜像差Φa，计算Φa中离焦项的RMS值ra；
步骤5，在步骤3建立的对应表中，根据ra查找对应的焦距fa，则fa即为反射望远镜的焦距。
进一步地，在步骤1中，所述大口径变焦反射望远镜能够通过透镜调焦或次镜调焦的方式改变焦距。
进一步地，在步骤2中，所述波前传感器包括自准直夏克-哈特曼波前传感器。
进一步地，在步骤2中，计算Φk中离焦项的方法具体为，将波前传感器检测到的波前结果用泽尼克多项式拟合，再提取离焦项系数。
进一步地，在步骤2中，测量大口径变焦反射望远镜的实际焦距fk采用干涉仪自准检测法或平行光管检测法。
进一步地，在步骤3中，在rk与fk的对应表中，焦距覆盖大口径变焦反射望远镜的整个变焦范围。
进一步地，步骤2在车间条件下实施，步骤4在外场条件下实施。
进一步地，在步骤2中，标准平面镜口径大于大口径变焦反射望远镜口径。
进一步地，所述自准直夏克—哈特曼波前传感器包含共轴、共孔径标准平行光源与夏克—哈特曼波前传感器组件。
大口径变焦反射望远镜现场焦距检测光路，包括小口径平行光管、分光镜、望远镜次镜、望远镜主镜、标准平面镜和哈特曼波前传感器；小口径平行光管、分光镜和哈特曼波前传感器组成自准直夏克-哈特曼波前传感器，望远镜次镜、望远镜主镜组成待检测的大口径变焦反射望远镜；小口径平行光管发出平行光，平行于望远镜光轴入射，经过分光镜后依次经过望远镜次镜、望远镜主镜，经标准平面镜后回射到望远镜中，回射光经分光镜反射由哈特曼波前传感器接收，在像面形成一系列光斑。
本发明的有益效果是：
本发明解决了大口径变焦距反射望远镜系统焦距的外场实时、快速、高效测量问题，操作简单，不需要全口径平行光管等大型设备，有较高的检测精度，有利于望远镜在外场复杂环境下的焦距检测及调整。在实施例中，将大量检测工作集中在车间阶段，避免在外场环境下搭建复杂检测光路，外场检测可以很方便的进行；由于哈特曼波前探测器响应速度快，基于哈特曼波前探测器构建检测光路，实现检测实时进行，有利于望远镜在进行调焦时焦距的动态测量。
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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的检测流程图；
图2为本发明实施例的自准直夏克-哈特曼波前检测光路图；
图中，1-小口径平行光管，2-分光镜，3-望远镜次镜，4-望远镜主镜，5-标准平面镜，6-哈特曼波前传感器。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，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所示，大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，包括：
步骤1，将待检大口径变焦反射望远镜的焦距范围fl～fu等分为n份，每份为Δf＝(fl～fu)/n；
步骤2，调整大口径变焦反射望远镜的焦距，使焦距达到f1+(k-1)Δf，其中k＝1，2…n，n为正整数，测量大口径变焦反射望远镜的实际焦距fk；在大口径变焦反射望远镜出口安装标准平面镜，镜面与大口径变焦反射望远镜光轴垂直，使用波前传感器测量大口径变焦反射望远镜像差Φk，计算Φk中离焦项的RMS值rk；
步骤3，建立rk与fk的对应表；
步骤4，在大口径变焦反射望远镜出口安装标准平面镜，镜面与望远镜光轴垂直，使用自准直夏克—哈特曼波前传感器测量望远镜像差Φa，计算Φa中离焦项的RMS值ra；
步骤5，在步骤3建立的对应表中，根据ra查找对应的焦距fa，则fa即为反射望远镜的焦距。
进一步地，在步骤1中，所述大口径变焦反射望远镜能够通过透镜调焦或次镜调焦的方式改变焦距。
进一步地，在步骤2中，所述波前传感器包括自准直夏克-哈特曼波前传感器。
进一步地，在步骤2中，计算Φk中离焦项的方法具体为，将波前传感器检测到的波前结果用泽尼克多项式拟合，再提取离焦项系数。
进一步地，在步骤2中，测量大口径变焦反射望远镜的实际焦距fk采用干涉仪自准检测法或平行光管检测法。
进一步地，在步骤3中，在rk与fk的对应表中，焦距覆盖大口径变焦反射望远镜的整个变焦范围。
进一步地，步骤2在车间条件下实施，步骤4在外场条件下实施。
进一步地，在步骤2中，标准平面镜口径大于大口径变焦反射望远镜口径。
进一步地，所述自准直夏克—哈特曼波前传感器包含共轴、共孔径标准平行光源与夏克—哈特曼波前传感器组件。
大口径变焦反射望远镜现场焦距检测光路，包括小口径平行光管1、分光镜2、望远镜次镜3、望远镜主镜4、标准平面镜5和哈特曼波前传感器6；小口径平行光管1、分光镜2和哈特曼波前传感器6组成自准直夏克-哈特曼波前传感器，望远镜次镜3、望远镜主镜4组成待检测的大口径变焦反射望远镜；小口径平行光管1发出平行光，平行于望远镜光轴入射，经过分光镜2后依次经过望远镜次镜3、望远镜主镜4，经标准平面镜5后回射到望远镜中，回射光经分光镜2反射由哈特曼波前传感器6接收，在像面形成一系列光斑。在具体实施例中，经过求取光斑质心，计算子孔径斜率后利用波前重构算法恢复出波前Φ，随后利用多阶泽尼克多项式对该波前进行拟合，得到离焦分离对应的波前RMS值r，查找表格中离焦分离值r对应的焦距f，此焦距f即为望远镜现场测量值。
在本发明的其他实施例中，包括如下：
步骤1).将反射式望远镜焦距范围fl～fu等分为n份，每份为Δf＝(fl～fu)/n；
步骤2).车间条件下按设计值调整反射式变焦望远镜焦距，使焦距达到f1+(k-1)Δf，其中k＝1，2…n，测量望远镜的实际焦距fk，在望远镜出口安装标准平面镜，镜面与望远镜光轴垂直，使用自准直夏克—哈特曼使用自准直夏克—哈特曼波前传感器测量望远镜像差Φk，计算Φk中离焦项的RMS值rk；
步骤3).建立rk与fk的对应表；
步骤4).外场条件下在望远镜出口安装标准平面镜，镜面与望远镜光轴垂直，使用自准直夏克—哈特曼波前传感器测量望远镜像差Φa，计算Φa中离焦项的RMS值ra；
步骤5).在步骤3)建立的对应表中，根据ra查找对应的焦距fa，则fa即为发射望远镜的当前焦距。
在本发明的其他实施例中，如图2所示，构建自准直夏克-哈特曼传感器波前检测光路，1，2，6组成自准直夏克-哈特曼波前传感器，3，4组成待检测的反射变焦望远镜。图2中所示反射变焦望远镜，其焦距变焦范围为54.4m-62.4m，在实施例中按照步骤1将焦距分为13等份，得到一系列不同焦距值：52.4m，53.2m，54m，54.8m，55.6m，56.4mm，57.2m，58m，58.8m，59.6m，60.4m，61.2m，62m。在车间中根据设计值移动次镜，将望远镜焦距调节到52.4m，测量此条件下望远镜波前Φ1，分离其中的离焦量r1。如此重复，测量各焦距下望远镜的波前Φk及离焦分量rk，k＝1，2，…，13，得到所有焦距下的测量结果之后建立如下表格：
表1变焦望远镜焦距与波前RMS分离对应表
Figure BDA0003034275550000061
Figure BDA0003034275550000071
在现场测量望远镜焦距时，搭建如图2所示的自准直夏克-哈特曼波前传感器检测光路，小口径平行光管1发出平行光，平行于望远镜光轴入射，经过分光镜2后依次经过望远镜次镜3，望远镜主镜4，经标准平面镜5后回射到望远镜中，回射光经分光镜2反射由哈特曼波前传感器6接收，在像面形成一系列光斑，经过求取光斑质心，计算子孔径斜率等步骤后利用波前重构算法恢复出波前Φ。随后利用37阶泽尼克多项式对该波前进行拟合，得到第四项离焦分离对应的波前RMS值r，由于泽尼克多项式存在不同的排列方式，因此离焦项对应项数可能不同。查找表格中离焦分离值r对应的焦距f，此焦距即为望远镜现场测量值。
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。
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，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中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、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。

Claims (10)

1.大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，包括：
步骤1，将待检大口径变焦反射望远镜的焦距范围fl～fu等分为n份，每份为Δf＝(fl～fu)/n；
步骤2，车间条件下按设计值调整大口径变焦反射望远镜的焦距，使焦距达到f1+(k-1)Δf，其中k＝1，2…n，n为正整数，测量大口径变焦反射望远镜的实际焦距fk；在大口径变焦反射望远镜出口安装标准平面镜，镜面与大口径变焦反射望远镜光轴垂直，使用波前传感器测量大口径变焦反射望远镜像差Φk，计算Φk中离焦项的RMS值rk；步骤3，建立rk与fk的对应表；
步骤4，外场条件下在大口径变焦反射望远镜出口安装标准平面镜，镜面与望远镜光轴垂直，使用自准直夏克—哈特曼波前传感器测量望远镜像差Φa，计算Φa中离焦项的RMS值ra；
步骤5，在步骤3建立的对应表中，根据ra查找对应的焦距fa，则fa即为反射望远镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，步骤1中，所述大口径变焦反射望远镜能够通过透镜调焦或次镜调焦的方式改变焦距。
3.根据权利要求1所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，步骤2中，所述波前传感器包括自准直夏克-哈特曼波前传感器。
4.根据权利要求1所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，步骤2中，计算Φk中离焦项的方法具体为，将波前传感器检测到的波前结果用泽尼克多项式拟合，再提取离焦项系数。
5.根据权利要求1所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，步骤2中，测量大口径变焦反射望远镜的实际焦距fk采用干涉仪自准检测法或平行光管检测法。
6.根据权利要求1所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，在步骤3中，在rk与fk的对应表中，焦距覆盖大口径变焦反射望远镜的整个变焦范围。
7.根据权利要求1所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，步骤2在车间条件下实施，步骤4在外场条件下实施。
8.根据权利要求1所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，在步骤2中，标准平面镜口径大于大口径变焦反射望远镜口径。
9.根据权利要求3所述的大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，其特征在于，所述自准直夏克—哈特曼波前传感器包含共轴、共孔径标准平行光源与夏克—哈特曼波前传感器组件。
10.大口径变焦反射望远镜现场焦距检测光路，其特征在于，基于如权利要求1～9中任一所述大口径变焦反射望远镜现场焦距检测方法，包括小口径平行光管(1)、分光镜(2)、望远镜次镜(3)、望远镜主镜(4)、标准平面镜(5)和哈特曼波前传感器(6)；小口径平行光管(1)、分光镜(2)和哈特曼波前传感器(6)组成自准直夏克-哈特曼波前传感器，望远镜次镜(3)、望远镜主镜(4)组成待检测的大口径变焦反射望远镜；小口径平行光管(1)发出平行光，平行于望远镜光轴入射，经过分光镜(2)后依次经过望远镜次镜(3)、望远镜主镜(4)，经标准平面镜(5)后回射到望远镜中，回射光经分光镜(2)反射由哈特曼波前传感器(6)接收，在像面形成一系列光斑。
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