一种用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统，涉及光学成像技术领域，能够对子镜的位置误差进行检测，完成子镜位置误差的校正，使得拼接主镜光学系统能正常成像，且改善分光束干涉法的不足；该方方法通过在光路上依次设置第一拼接反射主镜、第二反射镜、第三反射镜、折轴镜和微透镜阵列使光线产生像点干涉现象并在焦面成像，根据成像结果得到所述第一拼接反射主镜中子镜的位置误差并校正。本发明专利技术提供的技术方案适用于拼接主镜的子镜位置误差检测和校正的过程中。的子镜位置误差检测和校正的过程中。的子镜位置误差检测和校正的过程中。

【技术实现步骤摘要】
一种用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统


[0001]本专利技术涉及光学成像
，尤其涉及一种用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统。

技术介绍

[0002]为了获得目标物体更多的细节信息，需要更高分辨率的光学系统。而光学系统的分辨率与波长成反比，与系统孔径成正比，当系统的使用波长一但确定，则需要增大系统孔径来提高分辨率。在光学系统的发展史上，从最早的毫米级孔径到现在的米级孔径，孔径越来越大，因此随着未来发展的需要，光学系统的孔径会越来越大，如2.4m口径哈勃望远镜以及6.5m口径的詹姆斯韦伯望远镜，30m口径的MMT等。
[0003]而组成大口径光学系统，一般通过拼接子镜的形式来实现。由于子镜在展开的过程中会产生相对于理想位置的偏移，因此存在一定的共相误差，即因此会沿着坐标轴存在六个自由度上的不同位置误差。倾斜误差会使像点移动，容易检测校正，而沿着光轴方向的位移误差相对难校正。为了检测子镜间位置误差，通过多年的探索研究，常用的几种方法可以概括为：电学类检测方法，哈特曼
‑
夏克波前传感器，相位差波前传感，四棱锥波前传感器，色散条纹传感技术，衍射法，分光束干涉技术等光学类检测方法。夏克
‑
哈特曼传感器可以很好的检测倾斜误差，但是光路中使用的微透镜阵列制作难度大，位置精度要求高，需要使用宽/窄带算法交互使用，增大了检测的复杂性。四棱锥波前传感器具有灵敏度和光能利用率高、采样分区方式灵活等优点。但四棱锥镜的棱必须锋利，底角小及锥面光滑来降低光能损失，同时在使用过程中四棱锥顶点需要与光学系统焦点进行严格重合。色散条纹传感器对光源要求低，测量范围大，但算法复杂，微透镜阵列与棱栅精度与位置要求高。相位差法无需复杂的硬件装置，算法同样复杂。分光束干涉法随被广泛应用，但是其存在对于环境影响要求高，震动影响大，需要分光束元件等不足，依然无法很好的适应所有测量环境。
[0004]因此，有必要研究一种新的用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统，采用像点干涉的方式进行测量，能够对子镜的位置误差进行检测，完成子镜位置误差的校正，使得拼接主镜光学系统能正常成像，且改善分光束干涉法的不足。
[0006]一方面，本专利技术提供一种用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统，其特征在于，所述方法通过在光路上依次设置第一拼接反射主镜、第二反射镜、第三反射镜、折轴镜和微透镜阵列使光线产生像点干涉现象并在焦面成像，根据成像结果得到所述第一拼接反射主镜中子镜的位置误差并校正。
[0007]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜和所述第二反射镜相对而设，且均为聚焦反射，两者之间的距离大于所述第二
反射镜的焦距；
[0008]所述第三反射镜和所述折轴镜分设在所述第一拼接反射主镜的两侧，且所述折轴镜设置在所述第二反射镜的焦点与所述第一拼接反射主镜之间；
[0009]所述微透镜阵列设置在所述第三反射镜的外侧。
[0010]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜由若干子镜拼接而成，每个子镜相互独立；所有子镜对称分布。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜的光学特性为
‑
0.2f
′
＜f1′
＜
‑
0.05f
′
，
‑
0.4f
′
＜R1＜
‑
0.1f
′
；所述第二反射镜的光学特性为：
‑
0.02f
′
＜f2′
＜
‑
0.004f
′
，
‑
0.045f
′
＜R2＜
‑
0.008f
′
；所述第三反射镜的光学特性为：
‑
0.02f
′
＜f3′
＜
‑
0.0075f
′
，
‑
0.045f
′
＜R3＜
‑
0.015f
′
；所述折轴镜的光学特性为：f4′
＝∞，R4＝∞；所述微透镜阵列的光学特性为：3mm＜f5′
＜10mm，3mm＜R5＜10mm，
‑
10mm＜R6＜
‑
3mm；
[0012]其中，f
′
为光学系统焦距；f1′
、f2′
、f3′
、f4′
、f5′
依次为第一拼接反射主镜、第二反射镜、第三反射镜、折轴镜、微透镜阵列的焦距；R1、R2、R3、R4依次为第一拼接反射主镜、第二反射镜、第三反射镜、折轴镜的曲率半径；R5、R6为微透镜阵列的曲率半径。
[0013]一般认为一个光学系统产生的波前在二十分之一个波长(指入射光线的波长)以下可以进行完善成像，而现在的大口径光学系统的成像波段一般是红外波段，不能进行可见光波段成像，包括著名的詹姆斯韦伯望远镜(JWST)，在可见光波段形成的波像差大小为五分之一个波长左右，只能成像在短波红外到中波红外波段，因此对于大口径光学系统在可见光波段进行成像，需要对系统的结构参数进行重新优化，包括每个反射镜的曲率半径，二次项系数和镜子之间的距离等，得到一个全新结构参数的光学系统，形成的波像差大小小于二十分之一个波长，上述光学特性是优化后的光学特性，能够是系统具有很好的误差检测结果。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述微透镜阵列由19块圆形微透镜排列而成，相邻微透镜均为相切连接；所述微透镜的口径尺寸为5
‑
10mm，焦距为3
‑
10mm。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，光阑位于所述第一拼接反射主镜上，且采用平行光线入射。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一拼接反射主镜由18块子镜组成，所有子镜的结构参数相同。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据在焦面成像的干涉条纹的位置相对于标准位置的移动信息实现100nm到半个波长(指入射光线的波长)之间位置误差的校正。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据在焦面成像的干涉条纹两侧次级条纹的变化信息将子镜误差校正到30nm以内。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，次级条纹的变化信息为次级条纹的亮度变化。
[0020]与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统，其特征在于，所述方法通过在光路上依次设置第一拼接反射主镜、第二反射镜、第三反射镜、折轴镜和微透镜阵列使光线产生像点干涉现象并在焦面成像，根据成像结果得到所述第一拼接反射主镜中子镜的位置误差并校正。2.根据权利要求1所述的用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统，其特征在于，所述第一拼接反射主镜和所述第二反射镜相对而设，且均为聚焦反射，两者之间的距离大于所述第二反射镜的焦距；所述第三反射镜和所述折轴镜分设在所述第一拼接反射主镜的两侧，且所述折轴镜设置在所述第二反射镜的焦点与所述第一拼接反射主镜之间；所述微透镜阵列设置在所述第三反射镜的外侧。3.根据权利要求1所述的用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统，其特征在于，所述第一拼接反射主镜由若干子镜拼接而成，每个子镜相互独立；所有子镜对称分布。4.根据权利要求1所述的用于拼接主镜光学系统子镜间位置误差检测系统，其特征在于，所述第一拼接反射主镜的光学特性为：
‑
0.2f
′
＜f1′
＜
‑
0.05f
′
，
‑
0.4f
′
＜R1＜
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0.1f
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；所述第二反射镜的光学特性为：
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0.02f
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＜f2′
＜
‑
0.004f
′
，
‑
0.045f
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＜R2＜
‑
0.008f
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；所述第三反射镜的光学特性为：
‑
0.02f
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＜f3′
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‑
0.0075f
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，
‑
0.045f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王臣臣，张蕾，谢远，王文成，田晓，张陈俊，魏丽敏，李香草，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：