一种大口径望远镜的主光学系统装调对准方法技术方案

本发明专利技术涉及望远镜技术领域，具体涉及一种大口径望远镜的主光学系统装调对准方法，基于次镜辅助标定光源及测微准直望远镜实现主镜及次镜位置的对准，通过次镜绕最佳曲面拟合焦点旋转进行主镜及次镜装调对准。首先在次镜单独装调时找到次镜光轴，将辅助标定光源放置次镜中心并通过调整使其出光光轴与次镜光轴一致；然后在次镜安装与桁架后通过第一像面放置测微准直望远镜将次镜与主镜中心位置对准，通过调整次镜倾斜使次镜标定光源出光并在测微准直望远镜处成像；最后将主光学系统对准恒星，通过探测器对目标成像，通过将次镜绕最佳曲面拟合焦点旋转，在保证次镜相对于主镜位置不变的情况下，完成主系统慧差调整，实现地基大口径望远镜主系统装调对准。大口径望远镜主系统装调对准。大口径望远镜主系统装调对准。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径望远镜的主光学系统装调对准方法


[0001]本专利技术涉及望远镜
，具体而言，涉及一种大口径望远镜的主光学系统装调对准方法。

技术介绍

[0002]随望远镜口径不断增大，相应的结构尺寸也相应增加且越来越复杂，虽然光学望远镜的总体设计和加工取得了很大进展，但主系统的装配、调整和对准已成为制约地基大口径望远镜成像性能提高的重要因素。望远镜主镜和次镜的对准状态直接影响望远镜主光学系统的特性，对望远镜的整体性能有很大影响。光学对准是指调整光学元件的姿态，使光波沿着最佳路径传播。它不仅是望远镜安装调试的重要组成部分，也是一项关键技术。
[0003]主系统装配、调整和对准的前提是对准误差的检测，核心是如何计算对准误差。对准误差求解方法的研究一般需要结合具体的对准检测光路进行。此外，为了计算对准误差，对准检测光路也可以根据对准误差解决方法所需的条件进行设计。望远镜光学对准方法的研究更多地集中在工程应用研究上，因此主要依赖于特定的光学系统，并根据特定光学系统的要求进行研究。
[0004]现有的测量光轴变化的方法有很多，但均过于复杂。例如，1999年，由Luna等人提出了一种利用离焦恒星像分析主镜和次镜对准误差的方法。通过分析卡式主光学系统离焦恒星像内外环形状与对应的入瞳像差之间的关系，建立了离焦恒星像与次镜相对主镜失调误差的映射关系。2011年，长春光机所的孙敬伟也研究了误差分析路线法解决主系统装调问题。孙敬伟的实验表明，散焦恒星像的内外环形状对对准误差的反映与仿真分析一致。由于该方法算法简单，对准检测光路对望远镜工作影响小，是天文望远镜实时对准的一个很好选择。然而，该算法的对准精度有限，适用于大规模低精度对准。2007年，杨浩淳、吴云和其他人使用优化函数衰减法校准了一台900毫米口径卡式望远镜。经过两次校准，出瞳波前的误差为0.192λ。优化函数衰减法是在建立主系统的光学模型的前提下，测量了出瞳波前的误差，以被测波前误差为目标值建立优化函数，当优化函数的值非常接近目标值时，得到的变量值被视为实际对准误差。该算法属于逆优化算法之一，应用广泛，但存在计算时间不确定的缺点，计算精度受建模精度的影响。韩杏子等人使用随机梯度平行梯度下降(SPGD)算法模拟并校准了初始值为6.7021λ的光学系统。经过200次迭代后，PV的人口减少到了0.1967λ。以上算法均属于优化算法，不需要知道光学系统的参数，可以通过表示对其状态的评估值直接校正对齐错误。然而，对准状态评估函数的要求太高，容易陷入局部极值。针对小口径望远镜来说，以上方法是可行的，而对于口径达到4米量级的望远镜系统，其高度达到了13m，后截距达到了56m，现有方法对于主光学系统装调、对准无疑是复杂且很难实现的。
[0005]因此，现有技术还存在缺陷，有待于进一步发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了一种大口径望远镜的主光学系统装调对准方法，以至少解决现有技术中次镜相对于主镜光轴对准调整方法复杂的技术问题。
[0007]根据本专利技术的一实施例，提供了一种大口径望远镜的主光学系统装调对准方法，包括以下步骤：
[0008]S100：搭建望远镜系统，并使得望远镜系统的主光学系统具备装调对准调节，主光学系统包括主镜及与主镜对准的次镜，在主光学系统的第一像面处设置测微准直望远镜，以测微准直望远镜为基准调整次镜相对于主镜的平移偏差；测微准直望远镜位于第一像面位置，通过测微准直望远镜可以看到次镜在主镜表面反射的像；其中，第一像面为光线经过主镜及次镜后汇聚成的像点位置的面；
[0009]S200：依据次镜中心位置放置的标定光源，通过调整次镜倾斜实现标定光源与主镜的光轴重合，完成主次镜相对位置的倾斜偏差调整；
[0010]S300：将主光学系统对准恒星，以主光学系统获取的恒星像为依据，根据次镜绕最佳拟合曲面拟合焦点进行旋转，在保证次镜相对于主镜位置不变的情况下，通过调整次镜两个维度的倾斜量来消除主光学系统的慧差影响，并通过反复迭代完成对主光学系统装调与对准；其中，其中，次镜表面为凸的二次曲面，通过拟合出一个曲面与次镜表面位置偏差进行最小二乘法拟合后残差最小的面为最佳拟合曲面。
[0011]进一步地，在将主光学系统对准恒星，以主光学系统获取的恒星像为依据，根据次镜绕最佳曲面拟合焦点进行旋转，在保证次镜相对于主镜位置不变的情况下，消除主光学系统慧差影响，并通过反复迭代完成对主光学系统装调与对准之后还包括：
[0012]检测次镜与主镜的光轴对准是否满足要求，若检测到未满足要求，则重复步骤S100
‑
S300，直至次镜与主镜的光轴对准满足要求。
[0013]进一步地，搭建望远镜系统，并使得望远镜系统的主光学系统具备装调对准调节，主光学系统包括主镜及与主镜对准的次镜，在主光学系统的第一相面处设置成像探测器，以测微准直望远镜为基准调整次镜相对于主镜的平移偏差具体为：
[0014]搭建望远镜系统，望远镜系统包括主光学系统，主光学系统包括主镜及次镜；
[0015]在次镜的中心位置设置标定光源；
[0016]在主系统的第一像面设置测微准直望远镜；
[0017]以测微准直望远镜为基准调整次镜相对于主镜的二维平移。
[0018]进一步地，将主光学系统对准恒星，以主光学系统获取的恒星像为依据，根据次镜绕最佳曲面拟合焦点进行旋转，在保证次镜相对于主镜位置不变的情况下，消除主光学系统慧差影响，并通过反复迭代完成对主光学系统装调与对准具体为：
[0019]在主光学系统的第一像面的预设位置设置成像探测器，调整次镜相对于主镜位置的焦距值预设值，并将主光学系统对准恒星目标，以获取恒星像；
[0020]移动成像探测器预设距离，使恒星像处于离焦状态；
[0021]对恒星目标进行闭环跟踪，调整望远镜系统指向，使得离焦的恒星像位于望远镜系统的视场中心，计算离焦的恒星像产生的内外边缘的轮廓线，并计算出该计算坐标系与标定坐标系的转换矩阵；其中，所述计算坐标系为所述望远镜系统获取的恒星成像的坐标系，所述标定坐标系是所述主光学系统调整过程中的坐标系；
[0022]计算离焦的恒星像内外环偏心量在x、y轴的对应的分量ΔL
x
、ΔL
y
，及恒星像内外环各自的x、y轴长度的比值，根据恒星像的对准误差计算出次镜的对准误差Δh、Δθ；其中，x、y轴坐标系为所述计算坐标系；
[0023]根据次镜最佳曲面拟合焦点进行旋转，以成像探测器中获取的恒星像为依据，实时计算离焦的恒星像内外环偏心量在x、y轴对应的分量ΔL
x
、ΔL
y
，及恒星像内外环各自的x、y轴长度的比值，在ΔL
x
、ΔL
y
以及内外环各自的x、y轴长度的比值为最小时，消除主光学系统慧差影响，并通过反复迭代完成对主光学系统装调与对准。
[0024]进一步地，在主光学系统的第一像面的预设位置设置成像探测器，调整次镜相对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径望远镜的主光学系统装调对准方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：搭建望远镜系统，并使得所述望远镜系统的主光学系统具备装调对准调节，所述主光学系统包括主镜及与所述主镜对准的次镜，在所述主光学系统的第一像面处设置测微准直望远镜，以所述测微准直望远镜为基准调整所述次镜相对于所述主镜的平移偏差；所述测微准直望远镜位于所述第一像面位置，通过所述测微准直望远镜可以看到所述次镜在所述主镜表面反射的像；其中，所述第一像面为光线经过所述主镜及所述次镜后汇聚成的像点位置的面；S200：依据所述次镜中心位置放置的标定光源，通过调整所述次镜倾斜实现所述标定光源与所述主镜的光轴重合，完成所述主次镜相对位置的倾斜偏差调整；S300：将所述主光学系统对准恒星，以所述主光学系统获取的恒星像为依据，根据所述次镜绕最佳拟合曲面拟合焦点进行旋转，在保证所述次镜相对于所述主镜位置不变的情况下，通过调整所述次镜两个维度的倾斜量来消除所述主光学系统的慧差影响，并通过反复迭代完成对所述主光学系统装调与对准；其中，所述次镜表面为凸的二次曲面，通过拟合出一个曲面与所述次镜表面位置偏差进行最小二乘法拟合后残差最小的面为所述最佳拟合曲面。2.根据权利要求1所述的大口径望远镜的主光学系统装调对准方法，其特征在于，在将所述主光学系统对准恒星，以所述主光学系统获取的恒星像为依据，根据所述次镜绕最佳曲面拟合焦点进行旋转，在保证所述次镜相对于所述主镜位置不变的情况下，消除所述主光学系统慧差影响，并通过反复迭代完成对所述主光学系统装调与对准之后还包括：检测所述次镜与所述主镜的光轴对准是否满足要求，若检测到未满足要求，则重复步骤S100
‑
S300，直至所述次镜与所述主镜的光轴对准满足要求。3.根据权利要求1所述的大口径望远镜的主光学系统装调对准方法，其特征在于，所述搭建望远镜系统，并使得所述望远镜系统的主光学系统具备装调对准调节，所述主光学系统包括主镜及与所述主镜对准的次镜，在所述主光学系统的第一相面处设置成像探测器，以测微准直望远镜为基准调整所述次镜相对于所述主镜的平移偏差具体为：搭建所述望远镜系统，所述望远镜系统包括所述主光学系统，所述主光学系统包括主镜及次镜；在所述次镜的中心位置设置所述标定光源；在所述主系统的第一像面设置所述测微准直望远镜；以所述测微准直望远镜为基准调整所述次镜相对于所述主镜的二维平移。4.根据权利要求1所述的大口径望远镜的主光学系统装调对准方法，其特征在于，所述将所述主光学系统对准恒星，以所述主光学系统获取的恒星像为依据，根据所述次镜绕最佳曲面拟合焦点进行旋转，在保证所述次镜相对于所述主镜位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪浩，王建立，李洪文，王志臣，陈宝刚，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：