CN106569325B - 一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***，该***按照光路依次包括薄膜主镜、视场光阑、目镜、倾斜镜、变形镜、成像物镜、成像CCD以及自适应光学控制***。首先通过哈特曼传感器替代光路中的成像物镜、成像CCD，然后用理想的激光作为入射光,利用哈特曼传感器探测出薄膜望远***的固有像差，之后通过探测到的像差，控制倾斜镜和变形镜，对望远镜***进行面型补偿，达到消***像差的目的，并记录此时的控制电压，最后，将成像物镜、成像CCD移入光路，通过加载记录的静态电压，即可完成对薄膜望远***的像差补偿，本发明简单可靠、易于实现，可显著提高薄膜望远***的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***，属于自适应光学和微纳光学领域。
背景技术
衍射光学元件具有轻薄和公差宽松的特点，随着一些关键技术的突破，欧美等发达国家已经明确将衍射技术作为未来解决下一代超大口径天基空间望远镜轻量化、高分辨的主要途径。
菲涅耳波带片(参见Jerald A.Britten,Shamusundar N.Dixit等.Large-aperture fast multilevel Fresnel zone lenses in glass and ultrathin polymerfilms for visible and near-infrared imaging applications.APPLIED OPTICS,Vol.53,No.11/10April 2014)、光子筛(参见Geoff Andersen and DrewTullson.Broadband antihole photon sieve telescope.APPLIED OPTICS,Vol.46,No.18/20June 2007)的薄膜主镜成为研究热点。
除了薄膜主镜设计中存在的像差外，大尺寸的薄膜主镜一般都是由微细加工方法制作，受工艺条件、精度限制，相较传统的玻璃透镜，存在一定的加工误差，且薄膜镜本身受应力及装配影响，与理想状态会稍有变形，所以实际***本身就具有较复杂的波前畸变。在实际应用中，此部分像差并没有妥善解决，造成像质变差。因此，能否对这部分薄膜主镜加工本身带来的波前畸变进行校正，就成为了一个重要问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***，能够解决薄膜主镜的望远***由于薄膜镜加工工艺及变形产生的波前畸变，进而提高像质。
(二)技术方案
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***，包括望远单元、像差校正单元和图像接收单元，其中：
所述的望远单元包括薄膜主镜、望远***内部的视场光阑和望远***目镜；
所述的像差校正单元包括倾斜镜、变形镜和控制***，控制***用于控制倾斜镜、变形镜的面型；
所述的图像接收单元包括成像物镜和成像CCD；
视场光阑位于薄膜主镜后的1级主极大焦点处，望远***目镜位于视场光阑之后，倾斜镜置于目镜之后，变形镜置于倾斜镜之后，倾斜镜和变形镜用于产生校正波前面型，成像物镜和成像CCD作为图像接收单元，具体步骤为，
步骤A，用平行光管准直后的激光光源垂直照射薄膜镜望远***；
步骤B，通过薄膜望远***的光经过倾斜镜、变形镜，入射到波前传感器，利用波前传感器探测畸变波前；
步骤C，通过探测到的畸变波前，控制***控制加载到倾斜镜、变形镜上的加载电压，产生与畸变波前相逆的面型，将此电压存储；
步骤D，静态加载存储后的电压，使倾斜镜，变形镜成为望远***的补充部分，以此抵消薄膜主镜的设计加工误差；
步骤E，通过成像物镜、成像CCD作为成像载体进行接收。
进一步的，薄膜主镜材质可以为玻璃基底、石英基底、有机透明基底的菲涅耳波带片、菲涅耳透镜、光子筛等二元衍射光学器件。
进一步的，视场光阑为圆孔，可以调节尺寸，进而调节视场范围，并限制薄膜主镜的多级特性。
进一步的，所述波前传感器可以是哈特曼传感器、GS波前反演探测器或剪切干涉仪。
进一步的，除了用倾斜镜，变形镜进行校正，还可以根据探测到的畸变面型，制作像差补偿板进行校正。
进一步的，像的接收也可以直接用人眼进行观测。
(三)有益效果
本发明一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***可校正薄膜主镜的设计像差及由于工艺加工及变形问题产生的像差，显著提高现有薄膜望远***的成像质量。
附图说明
图1为一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***的流程图；
图2为利用激光光束作为望远镜***的理想无穷远点光源进行成像，通过倾斜镜、变形镜校正后成理想像点的光路示意图；
图3对倾斜镜和变形镜加载静态电压产生固定面型后引入望远***的光路示意图；
图4为未加载控制电压时无穷远点目标的像点图；
图5为加载校正电压后无穷远点目标的像点图。
图中附图标记含义为：1为薄膜主镜，2为视场光阑，3为目镜，4为倾斜镜，5为变形镜，6为波前传感器，7为控制***，8为成像物镜，9为成像CCD。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明通过对倾斜镜和变形镜加载静态电压产生固定的面型达到使薄膜望远镜***的像差得到补偿，从而提高成像质量。
实施例
在本发明的示例性实施例中，提供了一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***。
请参照图1、图2，图3本实施例一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***包括：薄膜主镜1、望远***内部的视场光阑2、望远***目镜3、倾斜镜4、变形镜5、波前传感器6、控制***7、成像物镜8和成像CCD9。视场光阑2位于薄膜主镜1后的1级主极大焦点处，望远***目镜3位于视场光阑2之后，倾斜镜4置于目镜3之后，变形镜5置于倾斜镜4之后，倾斜镜和变形镜用于产生校正波前面型。哈特曼波前传感器6置于变形镜5之后，用于测试波前像差，控制***7可以控制倾斜镜4、变形镜5的面型，静态加载后，将成像物镜8和成像CCD9移入光路，位于变形镜5之后，具体步骤为：
步骤A，用平行光管准直后的激光光源垂直照射望远***。
步骤B，利用波前传感器6探测到畸变波前。
步骤C，通过探测到的畸变波前，控制加载到倾斜镜4、变形镜5上的加载电压，产生与畸变波前相逆的面型，将此电压存储。
步骤D，静态加载存储后的电压，使倾斜镜4，变形镜5成为望远***的补充部分，以此抵消薄膜主镜的设计加工误差。
步骤E，通过成像物镜8、成像CCD9作为成像载体进行接收。
未加载控制电压时，无穷远点目标的像点如图4所示，加载校正电压后无穷远点目标的像点如图5所示，可以看到成像质量得到较大提高，实际测得，峰值强度提高了近6倍。
本实施例中，具体的薄膜主镜还是依照传统的方法制备，倾斜镜、变形镜、波前探测器、控制***都是传统的自适应光学中现有的方法。通过对理想无穷远点目标的像的动态校正，提取出加载电压，并存储，然后将此电压静态加载到倾斜镜和变形镜上，产生对薄膜镜望远***的面型补偿，从而提高***的成像质量。也可以根据倾斜镜和变形镜的面型产生的光程差制备像差板，用以替换倾斜镜和变形镜。
至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明基于薄膜望远镜***的像差校正有了清楚的认识。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。
Claims (1)
1.一种基于可动光学元件的消像差薄膜望远***的校正方法，其特征在于：包括：
步骤一、构建基于可动光学元件的消像差薄膜望远***，该基于可动光学元件的消像差薄膜望远***包括望远单元、像差校正单元和图像接收单元，其中：
所述的望远单元包括薄膜主镜(1)、望远***内部的视场光阑(2)和望远***目镜(3)；
所述的像差校正单元包括倾斜镜(4)、变形镜(5)和控制***(7)，控制***(7)用于控制倾斜镜(4)、变形镜(5)的面型；
所述的图像接收单元包括成像物镜(8)和成像CCD(9)；
视场光阑(2)位于薄膜主镜(1)后的1级主极大焦点处，望远***目镜(3)位于视场光阑(2)之后，倾斜镜(4)置于望远***目镜(3)之后，变形镜(5)置于倾斜镜(4)之后，倾斜镜和变形镜用于产生校正波前面型，成像物镜(8)和成像CCD(9)作为图像接收单元，
步骤二、校正步骤为，
步骤A，用平行光管准直后的激光光源垂直照射薄膜镜望远***；
步骤B，通过薄膜望远***的光经过倾斜镜(4)、变形镜(5)，入射到波前传感器，利用波前传感器探测畸变波前；
步骤C，通过探测到的畸变波前，控制***(7)控制加载到倾斜镜(4)、变形镜(5)上的加载电压，产生与畸变波前相逆的面型，将此电压存储；
步骤D，静态加载存储后的电压，使倾斜镜(4)，变形镜(5)成为望远***的补充部分，以此抵消薄膜主镜的设计加工误差；
步骤E，通过成像物镜(8)、成像CCD(9)作为成像载体进行接收；
加载校正电压后无穷远点目标的像点相较于未加载控制电压时无穷远点目标的像点，峰值强度提高了近6倍。
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