CN107633126A - 一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法 - Google Patents

一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法 Download PDF

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陈宝华
吴泉英
范君柳
王振亚
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Abstract

本发明公开了一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法。用光学设计软件设计稀疏孔径望远镜***，以某一子镜为参考子镜，选取多个不同的视场方向获得该子镜的前三项泽尼克系数值，计算得到离轴视场系数；应用于包含有视场因素的相位差异法，检测所制备的实际稀疏孔径望远镜在某个离轴视场下的装调误差量。本发明提供的检测方法，避免了视场对***波前的干扰，能有效提高稀疏孔径望远镜子镜的装调精度。

Description

一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法
技术领域
本发明涉及一种针对稀疏孔径望远镜光学***子镜装调误差的检测技术，属空间望远镜技术领域，具体涉及一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法。
背景技术
目前，太空光学望远***的分辨率成为制约对地观测和空间遥感精度的主要因素。在一定的工作波段中，望远镜的角分辨率与其口径成反比，即但在实际应用中，口径的增加受到重量、成本、工艺和材料的限制，尤其对于太空望远镜来说，这将导致整个***发射困难，而且口径的增大也会使镜面表面容易发生形变，引起额外的误差，稀疏孔径光学***是解决这类问题的有效方法之一。
稀疏孔径光学***是由空间分布的、互相干的多个较小孔径合成的一个大口径成像***，其具有体积小、重量轻、加工容易、成本低廉且分辨率与单口径***相当的特点。但是由于每个子镜独立，自由度高，这就导致稀疏孔径望远镜***在装调中产生较大的误差。子镜的装调误差会大大降低***的分辨能力，影响最终成像质量，因此如何解决其装调误差成为关键问题之一。
现有技术中，一般是利用相位差异法来解决此类问题(参见文献：[1]Kendrick RL,Acton D S,Duncan A L.Phase-diversity wave-front sensor for imaging systems.[J].Applied Optics,1994,33(27):6533-46；[2]Paxman R G,Seldin J H,Loefdahl M G,et al.Evaluation of Phase-Diversity Techniques for Solar-Image Restoration[J].Astrophysical Journal,1995,466(2):1087；[3]Campbell H I,Zhang S,GreenawayA H,et al.Generalized phase diversity for wave-front sensing[J].OpticsLetters,2005,29(23):2707-9.)。文献“基于相位差法的光学综合孔径望远镜失调检测技术”([J].天文研究与技术,2008,5(3):288-293.)，采用的方法是将子镜的装调误差用泽尼克多项式中的前三项系数表示，在高斯噪声的模型下，构建目标函数，通过对目标函数的最优化，估算得到系数值，得到的前三项系数则是子镜装调误差量。然而，现有的计算方法只是在单个视场情况下对误差进行波前重构，由于缺少视场参数，其相应的系数不能代表真正的装调误差量。在实际成像中，存在不同的离轴视场，导致检测得到的前三项系数含有视场量，影响子镜最终的装调精度和图像恢复。因此，如何排除离轴视场对稀疏孔径光学***子镜误差检测的干扰，提高检测精度，具有十分重要的意义。
目前，对于稀疏孔径***中离轴视场的研究甚少，对视场波前的检测基本采用波前探测器来实现。例如，中国发明专利(CN103412404A)提供了一种基于多视场波前探测与全视场优化的波前校正方法，通过多视场波前探测器实现光学***多个视场的波前信息的精确探测，通过波前控制器将多个视场的波前信息进行综合解算，求解出最优控制信号，实现光学***全视场波前像差的最优校正。但它不能准确计算视场波前的具体数值。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种能有效提高装调精度的离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种离轴视场下稀疏孔径子镜误差的检测方法，包括如下步骤：
1.在光学设计软件平台上设计得到理想的稀疏孔径望远镜光学***，选取光学***中某一子镜的若干个不同的视场方向，分别获得所述子镜在各视场方向的前三项泽尼克系数值q1、q2、q3；按式β1＝q1/(hx 2+hy 2)，β2＝q2/hx，β3＝q3/hy，分别得到对应于泽尼克多项式前三项的视场对波前畸变影响的离轴视场系数β1、β2和β3，其中，hx和hy分别为与光轴垂直的xy平面内的归一化视场坐标量；分别计算所得到的离轴视场系数β1、β2和β3的平均值，对应记作和
2.按步骤1设计得到的理想稀疏孔径望远镜光学***进行加工，安装后得到实际的稀疏孔径望远镜光学***；选取实际光学***中某一子镜的某个离轴视场，采用相位差异法进行检测，得到所述离轴视场下的前三项泽尼克系数值K1、K2、K3；
3.按联立方程组
得到α1、α2、α3，其中，hx0和hy0为所述离轴视场的归一化视场坐标量；α1、α2和α3分别对应为所述子镜的平移误差、x方向倾斜误差和y方向倾斜误差。
与现有技术相比，由于采用了上述技术方案，本发明的优点是：解决了在实际装调过程中，离轴视场对稀疏孔径光学***装调误差检测的影响问题，能有效提高装调精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法流程图；
图2是本发明实施例设计的理想Goaly3稀疏孔径望远镜的结构示意图；其中，1、子镜1；2、子镜2；3、子镜3；4、次镜；5、矫正镜。
图3是按设计参数加工制作的实际Golay3稀疏孔径望远镜装置的结构图；
图4是本发明实施例提供的稀疏孔径远镜装置的成像图；
图5是本发明实施例提供的稀疏孔径远镜装置误差校正前、后Golay3光瞳波前图对比。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步阐述。
实施例：
参见附图1，它是本实施例提供的一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法实施流程图，具体包括以下步骤：
步骤S101：采用Zemax光学设计软件设计一个理想的稀疏孔径两反望远***，本实施例中，以Golay3主镜为例，参见附图2，其中，三个子镜分别为子镜1、子镜2和子镜3，它们按圆周呈均布；次镜4和矫正镜5与三子镜同心同轴。***的具体设计参数如表1所示：
表1
当***存在不同的离轴视场时，各个子镜的波前发生相应的变化，总体表现在泽尼克多项式的前三项，而Zemax软件可以得出不同视场下的泽尼克前三项的系数。
步骤S102：在已设计的***基础上选取多个不同离轴视场，例如视场角(0°，0.1°)、(0.1°，0.1°)和(0.2°，0.3°)等。以子镜1为参考，从点列图中得出每个视场角对应的视场坐标并归一化(hx,hy)和泽尼克多项式的前三项系数q1、q2、q3，如表2所示。
表2
根据不同视场对应的归一化视场坐标(hx,hy)和前三项系数q1、q2、q3，用如下公式(1)计算出能够表征视场对***波前误差影响的视场系数β1、β2和β3：
表3为选取几组不同离轴视场由上公式求得的视场系数的平均值。当光学***精密装调时，任何视场引起的泽尼克前三项系数的变化都可以定量表示出来，有效避免离轴视场对子镜误差检测的影响。
表3
步骤S103：根据步骤S101的设计，制备实际的Golay3稀疏孔径两反望远***，其实际结构参见附图3。以像面CCD中心位置为视场原点，初步装调后，选取分辨率板作为目标物并成像，目标物本身大小120mm，离望远镜距离10000mm，最大视场角0.3459°，参见附图4，为本实施例提供的稀疏孔径远镜装置的成像图。理想情况下，***的精密装调是在0°视场下以相位差异法原理实现的，但实际情况，成像图中的中心特征线对本身有宽度，图中虚线区域A表示，相对于***来说存在一定的离轴视场，意味着不是完全意义上的0°视场，已存在视场误差。因此，选择宽度尺寸较小的视场离轴线对，如图4中的虚线区域B，线对中心距离像面中心4.2mm，其视场为(-0.145°，0.102°)，对应的像面视场坐标可通过视场坐标变换关系获得。以子镜1为参考，运用相位差异法原理对该线对进行焦面和离焦面处理并优化计算，得出含有离轴视场和子镜误差的泽尼克前三项系数K1 K2 K3，根据以下公式(2)可以解出α1 α2 α3。
式中，hx0和hy0为该特定离轴视场的归一化视场坐标量；α1、α2和α3分别为子镜的平移误差、x方向倾斜误差和y方向倾斜误差。***装调误差α值的结果如表4所示。
表4
将按上述方法得到的装调误差对***进行校正，以***的光瞳波前为例观察其结果，参见附图5，为本实施例提供的稀疏孔径远镜装置误差校正前、后的Golay3光瞳波前对比图；其中，(a)为图为在离轴视场下，存在子镜误差的Golay3光瞳波前图；(b)图为误差校正后的Golay3光瞳波前图。从图中可看出，由装调不当引起的子镜波前误差大部分消除，排除视场对波前的干扰，整体光瞳明亮。恢复后的子镜波前极大改善，相位干扰较少，效果明显。
上述结果可以看到，按本发明技术方案提供的以视场系数来表征视场对波前畸变影响的方法，在实际装调过程中能够有效避免视场对子镜误差的干扰，提高子镜误差的检测精度。

Claims (1)

1.一种离轴视场下稀疏孔径子镜误差的检测方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在光学设计软件平台上设计得到理想的稀疏孔径望远镜光学***，选取光学***中某一子镜的若干个不同的视场方向，分别获得所述子镜在各视场方向的前三项泽尼克系数值；按式，，，分别得到对应于泽尼克多项式前三项的视场对波前畸变影响的离轴视场系数、和，其中，和分别为与光轴垂直的xy平面内的归一化视场坐标量；分别计算所得到的离轴视场系数、和的平均值，对应记作、和；
（2）按步骤（1）设计得到的理想稀疏孔径望远镜光学***进行加工，安装后得到实际的稀疏孔径望远镜光学***；选取光学***中某一子镜的某个离轴视场，采用相位差异法进行检测，得到所述离轴视场下的前三项泽尼克系数值K 1、K 2、K 3；
（3）按联立方程组
得到，其中，和为所述离轴视场的归一化视场坐标量；、和分别对应为所述子镜的平移误差、x方向倾斜误差和y方向倾斜误差。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189386A (zh) * 2020-01-13 2020-05-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 离轴抛物面反射镜干涉测量面形投影畸变的修正方法
CN113740037A (zh) * 2021-09-01 2021-12-03 苏州科技大学 一种大口径望远镜波前误差的检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103335950A (zh) * 2013-06-24 2013-10-02 中国科学院光电技术研究所 一种测量大气湍流非等晕性波前误差及湍流特征参数的测量装置及方法
US9260335B1 (en) * 2011-04-06 2016-02-16 Lockheed Martin Corporation Geosynchronous triads communications system
CN106404352A (zh) * 2016-08-23 2017-02-15 中国科学院光电技术研究所 一种大视场望远镜光学***畸变与场曲的测量方法
CN106597415A (zh) * 2016-11-16 2017-04-26 苏州科技大学 一种高斯噪声下提高稀疏孔径成像***误差检测精度的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9260335B1 (en) * 2011-04-06 2016-02-16 Lockheed Martin Corporation Geosynchronous triads communications system
CN103335950A (zh) * 2013-06-24 2013-10-02 中国科学院光电技术研究所 一种测量大气湍流非等晕性波前误差及湍流特征参数的测量装置及方法
CN106404352A (zh) * 2016-08-23 2017-02-15 中国科学院光电技术研究所 一种大视场望远镜光学***畸变与场曲的测量方法
CN106597415A (zh) * 2016-11-16 2017-04-26 苏州科技大学 一种高斯噪声下提高稀疏孔径成像***误差检测精度的方法
CN106597415B (zh) * 2016-11-16 2019-04-02 苏州科技大学 一种高斯噪声下提高稀疏孔径成像***误差检测精度的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈宝华: "稀疏孔径轴外视场相位差异法的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189386A (zh) * 2020-01-13 2020-05-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 离轴抛物面反射镜干涉测量面形投影畸变的修正方法
CN111189386B (zh) * 2020-01-13 2021-07-27 中国科学院上海光学精密机械研究所 离轴抛物面反射镜干涉测量面形投影畸变的修正方法
CN113740037A (zh) * 2021-09-01 2021-12-03 苏州科技大学 一种大口径望远镜波前误差的检测方法

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