CN117419815B - 一种太空望远镜波前探测装置及其波前探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太空望远镜波前探测装置及其波前探测方法，包括：聚焦组件用于将入射光束聚焦于成像面；成像板包括成像探测器和通孔，成像探测器用于探测波前视场中第一区域的波前，通孔与成像探测器的边缘邻接；波前探测器用于通过通孔探测波前视场中第二区域的波前；控制模块用于根据波前探测器的信号进行波前重建，并控制变形镜进行波前矫正，以使成像探测器采集经矫正后的波前。该波前探测装置通过通孔与所述成像探测器的边缘邻接，保证了成像探测器和波前探测器同时获得能量不损的失光信息，并且使得波前探测器检测到的像差与成像探测器的像差相差无几，通过一块变形镜即可对像差进行校正，提高了获取成像的准确性，结构简单，制作成本低。

Description

一种太空望远镜波前探测装置及其波前探测方法

技术领域

本发明涉及天文望远镜技术领域，尤其涉及一种太空望远镜波前探测装置及其波前探测方法。

背景技术

随着遥感技术不断发展，为获得更高的分辨率以及更清晰的图像，望远镜的口径在不断的增长。然而，随着分辨率的提高，外界环境对成像质量的影响也越发明显，因此主动光学以及自适应光学技术应运而生。该技术有三大核心技术：波前探测、波前重建和波前矫正。

目前的波前探测方法有如下两种：在探测器前使用棱镜对光线进行分光；在探测器设置可高速摆动的反射镜。前者波前探测方式会导致光线能力损失；另一方面，由于光线通过棱镜会产生色差，这就需要额外添加一个镜头去矫正，会导致整体重量和尺寸的增加，间接导致成本的升高；后者波前探测方法摆镜复精度很难控制，由于运动机构在真空中容易出现冷焊现象，随着工作时间的增加，其重复精度难以保证，会导致系统可靠性降低，并且太空望远镜在成像过程中，探测器和WFS不能同时工作，这就导致牺牲了一部分图像信息。

目前的波前校正技术为多共轭自适应光学技术（Multiconjugate AdaptiveOptics，MCAO）。多共轭自适应光学技术是将大气湍流分为若干层，然后在每一层的共轭位置上放置一块变形镜，用于校正该层大气引起的波前畸变，因而需要使用多个变形镜进行矫正，其装置复杂，缺乏可靠性。

发明内容

本发明提供了一种太空望远镜波前探测装置及其波前探测方法，通过通孔与成像探测器的边缘邻接，保证了成像探测器和波前探测器同时获得能量不损的失光信息，并且使得波前探测器检测到的像差与成像探测器的像差相差无几，所以以此像差进行波前矫正，可获得清晰成像，合理利用了成像面的图像信息，结构简单，制作成本低。

根据本发明的一方面，提供了一种太空望远镜波前探测装置，包括：

聚焦组件，用于将入射光束聚焦于成像面；

成像板，位于所述成像面上，所述成像板包括成像探测器和通孔，所述成像探测器用于探测所述波前视场中第一区域的波前；所述通孔与所述成像探测器的边缘邻接；

波前探测器，位于所述成像面远离所述聚焦组件的一侧，且所述波前探测器的波前探测端口与所述通孔对位；所述波前探测器用于通过所述通孔探测所述波前视场中第二区域的波前，所述第二区域在光波路径的同一高度上的截面的投影覆盖所述第一区域在光波路径的同一高度上的截面的投影；

控制模块，所述聚焦组件中设置有变形镜，所述控制模块分别与所述波前探测器和所述变形镜电连接；所述控制模块用于根据所述波前探测器的信号进行波前重建，并控制所述变形镜进行波前矫正，以使所述成像探测器采集经矫正后的波前。

可选的，所述波前探测器数量为多个，所述成像板上设置的所述通孔数量为多个，所述多个通孔与所述成像探测器边缘邻接；所述波前探测器与所述通孔一一对应；

所述第二区域包括多个第二子区域，各所述波前探测器用于通过对应的所述通孔探测所述波前视场中各第二子视场区域的波前，各所述第二子区域在光波路径的同一高度上的截面的总投影，覆盖所述第一区域在光波路径的同一高度上的截面的投影。

可选的，所述第二子区域覆盖所述第一区域远离所述第二子区域中心的边缘。

可选的，所述波前探测器数量为三个，所述三个通孔中有两个位于所述成像探测器的同一侧，另一个位于所述成像探测器的另一侧。

可选的，所述三个通孔包括第一通孔、第二通孔和第三通孔；所述第一通孔与所述第二通孔沿第一中心轴对称分布，所述第三通孔分布在所述第一中心轴上，且位于所述成像探测器远离所述第一通孔和所述第二通孔的一侧；

其中，所述第一中心轴为所述成像探测器的中心轴。

可选的，所述聚焦组件包括主镜和次镜；所述主镜与所述次镜同轴；所述主镜上设置有通光孔；所述主镜复用为所述变形镜；

所述主镜和所述次镜依次将入射光束反射后通过所述通光孔汇聚至所述成像面上。

可选的，所述聚焦组件还包括至少一个反射镜；

所述反射镜用于将通过所述通光孔的光束反射至所述成像面上。

可选的，所述成像探测器包括多个成像探测单元；

所述多个成像探测单元沿同一方向依次拼接构成所述成像探测器。

根据本发明的另一方面，一种太空望远镜波前探测方法，应用于如上一方面任一种所述的太空望远镜波前探测装置中；该波前探测方法包括：

利用所述波前探测器对变形镜前视场进行波前探测；

通过所述波前探测器根据波前探测图像信号进行波前重建；

所述控制模块依据所述波前重建调节变形镜对光束进行校正；

通过所述成像探测器获取最终成像。

可选的，通过所述波前探测器根据波前探测图像信号进行波前重建，包括：

通过通孔获取的足迹面的所述波前探测图像信号，对元瞳面进行波前重建。

可选的，通过通孔获取的足迹面的所述波前探测图像信号，对元瞳面进行波前重建，包括：

利用泽尼克多项式将所述足迹面与所述元瞳面建立关系，获得足迹面波前公式；

通过模态投影矩阵获得元瞳面泽尼克系数；

在所述足迹面波前公式中带入所述元瞳面泽尼克系数，对所述元瞳面进行波前重建。

本发明实施例提供了一种太空望远镜波前探测装置及其波前探测方法，该装置包括：聚焦组件，用于将入射光束聚焦于成像面，形成波前视场；成像板，位于成像面上，成像板包括成像探测器和通孔，成像探测器用于探测波前视场中第一区域的波前；成像面上设置有通孔，通孔与成像探测器的边缘邻接；波前探测器，位于成像面远离聚焦组件的一侧，且波前探测器的波前探测端口与通孔对位；波前探测器用于通过通孔探测波前视场中第二区域的波前，所述第二区域在光波路径的同一高度上的截面的投影覆盖所述第一区域在光波路径的同一高度上的截面的投影；控制模块，聚焦组件中设置有变形镜，控制模块分别与波前探测器和变形镜电连接；控制模块用于根据波前探测器的信号进行波前重建，并控制变形镜进行波前矫正，以使成像探测器采集经矫正后的波前。该波前探测装置通过通孔与成像探测器的边缘邻接，保证了成像探测器和波前探测器同时获得能量不损的失光信息，并且使得波前探测器检测到的像差与成像探测器的像差相差无几，通过一块变形镜即可对像差进行校正，提高了获取成像的准确性，合理利用了成像面的图像信息，结构简单，制作成本低，且探测方法简单，将像差看作由一层大气湍流造成的基础上，通过将波前探测信息进行波前重建，可复原出假设的一层湍流，由此，可对完整的视场进行重建，并通过变形镜实现波前校正，进而获取精确的波前视场。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-图2是现有技术的两种多视场波前探测与矫正的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种多视场波前探测与矫正的示意图；

图4-图5是现有技术的两种传统波前探测器安装方法示意图；

图6是根据本发明实施例提供的一种太空望远镜波前探测装置的结构示意图；

图7是根据本发明实施例提供的一种成像探测器与波前探测器位置关系示意图；

图8是根据本发明实施例提供的成像探测器、通孔与成像面的位置关系示意图；

图9是根据本发明实施例提供的第二子区域与第一区域的位置关系示意图；

图10是根据本发明实施例提供的一种太空望远镜波前探测方法的流程图；

图11是根据本发明实施例提供的另一种太空望远镜波前探测方法的流程图。

其中：11-聚焦组件，111-变形镜，112-主镜，1121-通光孔，113-次镜，114-反射镜、12-成像探测器、121-第一区域、13-波前探测器、131-第二区域、1311-第二子区域、14-通孔、141-第一通孔、142-第二通孔、143-第三通孔、15-成像板、16-棱镜、17-色差补偿镜头、18-摆镜。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

目前，为解决大视场的波前重建问题，在天文领域诞生了多共轭自适应光学技术（Multiconjugate Adaptive Optics，MCAO），多用于地基望远镜。图1-图2是现有技术的两种多视场波前探测与矫正的示意图，图3是本发明实施例提供的一种多视场波前探测与矫正的示意图，参考图1-图2，现有技术原理是将大气湍流分为若干层，然后在每一层的共轭位置上放置一块变形镜111用于校正该层大气引起的波前畸变，由此可见，MCAO系统需要使用多个波前探测器13探测多个视场（子孔径）的波前，并使用多个变形镜111进行矫正。根据探测方式的不同MCAO可以分为星导向MCAO和层导向MCAO。无论何种MCAO与本专利应用于航天领域的主动光学波前重建技术（space active optical，SAO）都有着原理性的区别。如图3所示，其中SAO的像差全部由望远镜自身的形变以及误差引起的，如果将望远镜自身视为理想的，像差可看作是一层大气湍流对波前的影响造成的。由于卫星的体积、重量和能源是有限制的，因此本发明可以使用三个波前探测器13以及使用一块变形镜111对像差进行探测和校正，可见SAO的结构简单，容易满足航天领域对可靠性的要求。

目前在地面天文学领域，波前探测的理论和技术都已经很成熟，图4-图5是现有技术的两种传统波前探测器安装方法示意图，如图4和图5所示，是传统波前探测器安装方式，但是航天有着其特殊性，导致之前的技术不能很好的适用。

图4所示方式通过在成像探测器前使用棱镜16对光线进行分光，这样虽然可以保证成像探测器12和波前探测器13都能接受到光信息，但是这样一方面会导致光线能力损失；另一方面，由于光线通过棱镜16会产生色差，这就需要额外添加色差补偿镜头17去矫正，会导致整体重量和尺寸的增加，间接导致成本的升高。

图5所示方式通过在成像探测器12前设置可高速摆动的摆镜18，类似于“快门”的装置。这样虽然可以解决光能损失和色差的问题，但摆镜作为一种运动机构，复精度是最大的问题。由于运动机构在真空中容易出现冷焊现象，随着工作时间的增加，其重复精度难以保证，会导致系统可靠性降低。更为致命的是，太空望远镜在成像过程中，成像探测器12和波前探测器13不能同时工作，这就导致牺牲了一部分图像信息。

图6是根据本发明实施例提供的太空望远镜波前探测装置的结构示意图，图7是根据本发明实施例提供的一种成像探测器与波前探测器位置关系示意图，图8是根据本发明实施例提供的成像探测器、通孔与成像面的位置关系示意图，参考图6-图8，该太空望远镜波前探测装置包括：

聚焦组件11，用于将入射光束聚焦于成像面；

成像板15，位于成像面上，成像板15包括成像探测器12和通孔14，成像探测器12用于探测波前视场中第一区域121的波前；通孔14与成像探测器12的边缘邻接；

波前探测器13，位于成像面远离聚焦组件11的一侧，且波前探测器13的波前探测端口与通孔14对位；波前探测器13用于通过通孔14探测波前视场中第二区域131的波前，第二区域131在光波路径的同一高度上的截面的投影覆盖第一区域121在光波路径的同一高度上的截面的投影；

控制模块（图中未示出），聚焦组件11中设置有变形镜111，控制模块分别与波前探测器13和变形镜111电连接；控制模块用于根据波前探测器13的信号进行波前重建，并控制变形镜111进行波前矫正，以使成像探测器12采集经矫正后的波前。

其中，空间光学遥感技术有波前探测、波前重建和波前矫正三大核心技术，首先，使用波前探测器13测量畸变波前；其次，利用探测波前对变形镜111校正面形进行计算；最后，通过动态的调整光学系统中变形镜111的表面几何形态，以达到对成像质量补偿的效果。本发明实施例使用主动光学技术，主动光学的矫正目标是低频的（<10Hz），通常用于航天遥感领域，这是由于太空望远镜在轨工作时，温度是像质的最大影响因素，而温度变化往往是缓慢的，在很长的一段时间里可以看作是准静态，因而仅需使用一块变形镜111对像差进行校正。第一视场为成像探测器12获取的波前视场中的区域；第二区域131为波前探测器13获取的波前视场中的某一区域。

具体的，参考图6，聚焦组件11将入射光束汇聚到成像面上，获取清晰的波前视场，通孔14位于成像面上，且在成像探测器12的附近，波前探测器13通过通孔14观测光束穿过大气的畸变，即获取第二区域131的成像，位于成像面附近，控制模块依据第波前探测器13获得的畸变信息控制变形镜111进行校正，位于成像面的成像探测器12接收聚焦组件11汇聚的部分成像，即第一区域121的成像。

需要说明的是，由于最终是要获取第一区域121的最终成像，而波前探测器13获取第二区域131是用于观测光束穿过大气的畸变，再通过控制模块进行矫正，因而第二区域131要覆盖第一区域121，至少将要获取的第一区域121的波前进行校正，进而成像探测器12采集经矫正后的波前。

本发明实施例提供的太空望远镜波前探测装置包括：聚焦组件，用于将入射光束聚焦于成像面，形成波前视场；成像板，位于成像面上，成像板包括成像探测器和通孔，成像探测器用于探测波前视场中第一区域的波前；成像面上设置有通孔，通孔与成像探测器的边缘邻接；波前探测器，位于成像面远离聚焦组件的一侧，且波前探测器的波前探测端口与通孔对位；波前探测器用于通过通孔探测波前视场中第二区域的波前，第二区域在光波路径的同一高度上的截面的投影覆盖第一区域在光波路径的同一高度上的截面的投影；控制模块，聚焦组件中设置有变形镜，控制模块分别与波前探测器和变形镜电连接；控制模块用于根据波前探测器的信号进行波前重建，并控制变形镜进行波前矫正，以使成像探测器采集经矫正后的波前。该波前探测装置通过通孔与成像探测器的边缘邻接，保证了成像探测器和波前探测器同时获得能量不损的失光信息，并且使得波前探测器检测到的像差与成像探测器的像差相差无几，通过一块变形镜即可对像差进行校正，提高了获取成像的准确性，合理利用了成像面的图像信息，结构简单，制作成本低。

可选的，成像探测器12包括多个成像探测单元；

多个成像探测单元沿同一方向依次拼接构成成像探测器12。

示例性的，继续参考图6，成像探测器12可以由四个成像探测单元拼接而成，长宽比达到了10:1，有效的扩大了探测视场。成像探测器12可以通过高光谱镀膜技术制备。

可选的，聚焦组件11包括主镜112和次镜113；主镜112与次镜113同轴；主镜112上设置有通光孔1121；主镜112复用为变形镜111；

主镜112和次镜113依次将入射光束反射后通过通光孔1121汇聚至成像面上。

具体的，继续参考图6，主镜112和次镜113为凹面镜，大面积的主镜112能够获得更大范围视场，将其汇聚到次镜113上，再通过主镜112上的通光孔1121反射至成像面上。

需要说明的是，主镜112起到的作用既有会聚光束作用，也有波前矫正的作用，即变形镜111器件。

可选的，聚焦组件11还包括至少一个反射镜114；

反射镜114用于将通过通光孔1121的光束反射至成像面上。

具体的，参考图6，主镜112和次镜113将光束会聚到成像面上时，可以通过添加反射镜114来改变成像面的位置，来适配成像探测器12以及波前探测器13的位置，使装置更具适用性。

示例性的，图6所示装置添加了三块反射镜114将光束反射至成像面上，反射镜114的形状影响了最终成像面的大小，图中所用反射镜114为方形，则获取的成像面为方形，如图8所示，可以理解的是，反射镜114的大小和形状仅需成像面覆盖了成像探测器12以及通孔14位置，使得成像探测器12和波前探测器13获取到有效的成像即可，因而反射镜114的大小、形状和个数在此不做限制。

进一步的，波前探测器13数量为多个，成像面上设置的通孔14数量为多个，多个通孔14与成像探测器12边缘邻接；波前探测器13与通孔14一一对应；

第二区域131包括多个第二子区域1311，各波前探测器13用于通过对应的通孔14探测波前视场中各第二子区域1311的波前，各第二子区域1311在光波路径的同一高度上的截面的总投影，覆盖第一区域121在光波路径的同一高度上的截面的投影。

其中，第二子区域1311为其中一个波前探测器13所探测到的波前区域。

具体的，参考图7，在成像面上可以开设多个通孔14来获取波前信息，并且各个通孔14与成像探测器12边缘邻接，各个波前探测器13通过各个通孔14获取第二子区域1311，通孔14位置仅需保证所有波前探测器13探测的总区域覆盖成像探测器12探测的区域即可，即第二子区域1311在光波路径的同一高度上的截面的总投影，覆盖第一区域121在光波路径的同一高度上的截面的投影。

图9是根据本发明实施例提供的第二子区域与第一区域的位置关系示意图，参考图9，第二子区域1311覆盖第一区域121远离第二子区域1311中心的边缘。

具体的，每一个第二子区域1311在同一高度的大气上的投影，都要覆盖第一区域121在该高度的大气上的投影，以保证第二子区域1311在光波路径的同一高度上的截面总投影，覆盖第一区域121在光波路径的同一高度上的截面的投影。

优选的，波前探测器13数量为三个，三个通孔14中两个位于成像探测器12的同一侧，另一个位于成像探测器12的另一侧。

示例性的，如图7所示，两个通孔14为与成像探测器12的上方，一个通孔14位于成像探测器12的下方，且都与成像探测器12相邻，以保证成像探测器12所探测的第一区域121的波前信息都能够被波前探测器13所探测到。

进一步的，继续参考图7，三个通孔14包括第一通孔141、第二通孔142和第三通孔143；第一通孔141与第二通孔142沿第一中心轴对称分布，第三通孔143分布在第一中心轴上，且位于成像探测器12远离第一通孔141和第二通孔142的一侧；

其中，第一中心轴为成像探测器12的中心轴，也即子午轴。

具体的，第一通孔和第二通孔位于弧失轴的一侧，第三通孔位于弧失轴线的另一侧，并且在位于子午轴线上，即第一中心轴上。

在本发明实施例中，第一通孔141、第二通孔142和第三通孔143沿着第一中心轴对称排布方式，能够使得通过少数量的波前探测器有效的获取更大的视场区域。

基于同样的发明构思，本发明实施例提供了一种太空望远镜波前探测方法，图10是根据本发明实施例提供的一种太空望远镜波前探测方法的流程图，参考图6-图10，该太空望远镜波前探测方法应用于上述任意一种太空望远镜波前探测装置中；该波前探测方法包括：

S110、利用波前探测器对变形镜前视场进行波前探测。

具体的，参考图6和图7，多个波前探测器13通过成像面上的通孔14进行波前探测，获取第二子区域1311。

S120、通过波前探测器根据波前探测图像信号进行波前重建。

其中，波前表示光的传播面，反映了光从初始位置到目标表面的光程差。理论上光学系统有无数个波前，根据不同波长、不同视场的波前会有差异。而对于某一个镜面只有唯一的面形，代表了镜面的实际变形量。

具体的，参考图10，根据各个第二子区域1311还原波前情况，即控制模块根据波前探测器13的信号进行波前重建，可有效的通过多个波前重建计算，获得波前矫正所需的镜面面形。

S130、控制模块依据波前重建调节变形镜对光束进行校正。

具体的，聚焦组件11中设置有变形镜111，控制模块分别与波前探测器13和变形镜111电连接，控制模块根据上述波前重建情况控制变形镜111进行波前矫正。

S140、通过成像探测器获取最终成像。

具体的，成像探测器12采集通过聚焦组件11反射到成像面上的，经矫正后的波前。

本发明实施例提供的一种太空望远镜波前探测方法，该波前探测方法包括：利用波前探测器对变形镜前视场进行波前探测；通过波前探测器根据波前探测图像信号进行波前重建；控制模块依据波前重建调节变形镜对光束进行校正；通过成像探测器获取最终成像。该方法简单，将像差看作由一层大气湍流造成的基础上，通过将波前探测信息进行波前重建，可复原出假设的一层湍流，由此，可对完整的视场进行重建，并通过可变形镜实现波前校正，进而获取精确的波前视场。

进一步的，通过波前探测器根据波前探测图像信号进行波前重建，包括：

通过通孔获取的足迹面波前探测图像信号，对元瞳面进行波前重建。

示例性的，参考图8，图中虚线部分为足迹面，实线部分为元瞳面。三个波前探测器13通过三个通孔14获取了三个足迹面波前探测图像信号，通过这三个足迹面对元瞳面进行波前重建，其中三个足迹面的总覆盖区域，覆盖了成像探测器12所探测的第一区域121。

本发明实施例中，波前探测器13可以不对称的布置在成像探测器12的边缘，仍能对其足迹面的外接圆即元瞳面进行重建，降低了装置制备的工艺复杂性。

进一步的，图11是根据本发明实施例提供的另一种太空望远镜波前探测方法的流程图，参考图6-图11，通过通孔获取的足迹面波前探测图像信号，对元瞳面进行波前重建，包括：

利用泽尼克多项式将足迹面与元瞳面建立关系，获得足迹面波前公式；

通过模态投影矩阵获得元瞳面泽尼克系数；

在所述足迹面波前公式中带入元瞳面泽尼克系数，对元瞳面进行波前重建。

具体的，波前探测方法包括：

S210、利用波前探测器对变形镜前视场进行波前探测。

S220、利用泽尼克多项式将足迹面与元瞳面建立关系，获得足迹面波前公式。

具体的，三个足迹面以及外接元瞳面如图8所示，选取任意视场，R与r分布是元瞳面和足迹面的坐标，Δr是小圆相对于元瞳面的位移量。

其中，Z和z是定义归一化半径的泽尼克多项式，a_j和A_i分别是对应的泽尼克系数。d和D分别为足迹面和元瞳面的直径。

元瞳面和足迹面的坐标间的关系为R=r +△r，因此足迹面的波前w(r)又可以表示为：

S230、通过模态投影矩阵获得元瞳面泽尼克系数。

具体的，元瞳面和足迹面的波前W(R)和w(r)的圆形部分都可以根据泽尼克多项式分解。

元瞳面和足迹面的泽尼克多项式之间有如下关系：

两个圆域的泽尼克系数之间可以通过模态投影矩阵P相关联。

S240、在足迹面波前公式中带入元瞳面泽尼克系数，对元瞳面进行波前重建。

具体的，联立上面公式，得到：

如果看作是矩阵形式：

通过P的逆矩阵可以对整体波前进行重建。

S250、控制模块依据波前重建调节变形镜对光束进行校正。

S260、通过成像探测器获取最终成像。

本发明实施例提供的太空望远镜波前探测方法，利用泽尼克多项式以及模态投影矩阵进行系数联立，复原出假设的一层湍流，由此，可对完整的视场进行重建，并通过变形镜实现波前校正，该方法简单，提高了获取的波前视场的准确性。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种太空望远镜波前探测装置，其特征在于，包括：

聚焦组件，用于将入射光束聚焦于成像面；

成像板，位于所述成像面上，所述成像板包括成像探测器和通孔，所述成像探测器用于探测所述波前视场中第一区域的波前；所述通孔与所述成像探测器的边缘邻接；

波前探测器，位于所述成像面远离所述聚焦组件的一侧，且所述波前探测器的波前探测端口与所述通孔对位；所述波前探测器用于通过所述通孔探测所述波前视场中第二区域的波前，所述第二区域在光波路径的同一高度上的截面的投影覆盖所述第一区域在光波路径的同一高度上的截面的投影；

控制模块，所述聚焦组件中设置有变形镜，所述控制模块分别与所述波前探测器和所述变形镜电连接；所述控制模块用于根据所述波前探测器的信号进行波前重建，并控制所述变形镜进行波前矫正，以使所述成像探测器采集经矫正后的波前。

2.根据权利要求1中所述的太空望远镜波前探测装置，其特征在于，所述波前探测器数量为多个，所述成像板上设置的所述通孔数量为多个，所述多个通孔与所述成像探测器边缘邻接；所述波前探测器与所述通孔一一对应；

所述第二区域包括多个第二子区域，各所述波前探测器用于通过对应的所述通孔探测所述波前视场中各第二子视场区域的波前，各所述第二子区域在光波路径的同一高度上的截面的总投影，覆盖所述第一区域在光波路径的同一高度上的截面的投影。

3.根据权利要求2中所述的太空望远镜波前探测装置，其特征在于，所述第二子视场区域覆盖所述第一区域远离所述第二子区域中心的边缘。

4.根据权利要求2中所述的太空望远镜波前探测装置，其特征在于，所述波前探测器数量为三个，所述三个通孔中有两个位于所述成像探测器的同一侧，另一个位于所述成像探测器的另一侧。

5.根据权利要求4中所述的太空望远镜波前探测装置，其特征在于，所述三个通孔包括第一通孔、第二通孔和第三通孔；所述第一通孔与所述第二通孔沿第一中心轴对称分布所述第三通孔分布在所述第一中心轴上，且位于所述成像探测器远离所述第一通孔和所述第二通孔的一侧；

其中，所述第一中心轴为所述成像探测器的中心轴。

6.根据权利要求1中所述的太空望远镜波前探测装置，其特征在于，所述聚焦组件包括主镜和次镜；所述主镜与所述次镜同轴；所述主镜上设置有通光孔；所述主镜复用为所述变形镜；

所述主镜和所述次镜依次将入射光束反射后通过所述通光孔汇聚至所述成像面上。

7.根据权利要求6中所述的太空望远镜波前探测装置，其特征在于，

所述聚焦组件还包括至少一个反射镜；

所述反射镜用于将通过所述通光孔的光束反射至所述成像面上。

8.根据权利要求1中所述的太空望远镜波前探测装置，其特征在于，所述成像探测器包括多个成像探测单元；

所述多个成像探测单元沿同一方向依次拼接构成所述成像探测器。

9.一种太空望远镜波前探测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的太空望远镜波前探测装置中；

该波前探测方法包括：

利用所述波前探测器对变形镜前视场进行波前探测；

通过所述波前探测器根据波前探测图像信号进行波前重建；

所述控制模块依据所述波前重建调节变形镜对光束进行校正；

通过所述成像探测器获取最终成像。

10.根据权利要求9所述的太空望远镜波前探测方法，其特征在于，通过所述波前探测器根据波前探测图像信号进行波前重建，包括：

通过通孔获取的足迹面的所述波前探测图像信号，对元瞳面进行波前重建。

11.根据权利要求10所述的太空望远镜波前探测方法，其特征在于，通过通孔获取的足迹面的所述波前探测图像信号，对元瞳面进行波前重建，包括：

利用泽尼克多项式将所述足迹面与所述元瞳面建立关系，获得足迹面波前公式；

通过模态投影矩阵获得元瞳面泽尼克系数；

在所述足迹面波前公式中带入所述元瞳面泽尼克系数，对所述元瞳面进行波前重建。