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

本发明专利技术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系统，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。本发明专利技术提供的检测方法，避免了视场对系统波前的干扰，能有效提高稀疏孔径望远镜子镜的装调精度。

An error detection method for sparse aperture telescope mirror under off-axis field of view

The invention discloses a method for detecting the error of the sparse aperture telescope mirror under the off-axis view field. With optical design software design of sparse aperture telescope system, with a mirror as the reference mirror, select a number of different viewing direction to obtain the first three Zernike value of the sub mirror, calculated off-axis field coefficient; applied to include phase difference field factor method, the actual detection of sparse aperture telescope prepared in a field from the alignment error of the volume axis. The detection method provided by the invention avoids the interference of the field of view to the wavefront of the system, and can effectively improve the adjusting precision of the sub mirror of the sparse aperture telescope.

【技术实现步骤摘要】
一种离轴视场下稀疏孔径望远镜子镜误差的检测方法
本专利技术涉及一种针对稀疏孔径望远镜光学系统子镜装调误差的检测技术，属空间望远镜
，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。
技术介绍
目前，太空光学望远系统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，这将导致整个系统发射困难，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，稀疏孔径光学系统是解决这类问题的有效方法之一。稀疏孔径光学系统是由空间分布的、互相干的多个较小孔径合成的一个大口径成像系统，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系统相当的特点。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系统在装调中产生较大的误差。子镜的装调误差会大大降低系统的分辨能力，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]KendrickRL,ActonDS,DuncanAL.Phase-diversitywave-frontsensorforimagingsystems.[J].AppliedOptics,1994,33(27):6533-46；[2]PaxmanRG,SeldinJH,LoefdahlMG,etal.EvaluationofPhase-DiversityTechniquesforSolar-ImageRestoration[J].AstrophysicalJournal,1995,466(2):1087；[3]CampbellHI,ZhangS,GreenawayAH,etal.Generalizedphasediversityforwave-frontsensing[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系统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，对于稀疏孔径系统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，中国专利技术专利(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系统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，实现光学系统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。
技术实现思路
本专利技术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。实现本专利技术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系统，选取光学系统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/(hx2+hy2)，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系统进行加工，安装后得到实际的稀疏孔径望远镜光学系统；选取实际光学系统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，本专利技术的优点是：解决了在实际装调过程中，离轴视场对稀疏孔径光学系统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是本专利技术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是本专利技术实施例设计的理想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是本专利技术实施例提供的稀疏孔径远镜装置的成像图；图5是本专利技术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，对本专利技术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系统，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。系统的具体设计参数如表1所示：表1当系统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：在已设计的系统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系统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。当光学系统精密装调时，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稀疏孔径两反望远系统，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，系统的精密装调是在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，相对于系统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，已本文档来自技高网...

【技术保护点】
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系统，选取光学系统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

【技术特征摘要】
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系统，选取光学系统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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝华，吴泉英，范君柳，王振亚，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32