一种应用于拼接镜的粗共相调节的方法与检测系统技术方案

一种应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，包括：拼接望远镜，准直透镜，4f系统，第一分束器，拼接镜MASK，第二分束器，第三分光束，成像系统，夏克‑哈特曼波前探测器以及控制系统。本发明专利技术提出利用远场光斑相干性的方法来检测拼接镜piston误差，本方法具有无限量程检测、较快速度和高能量利用率的检测piston误差的优点；本发明专利技术在拼接镜背后放置的三电容传感器来控制驱动器的精确移动，达到了主动共相调节的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于拼接镜的粗共相调节的方法与检测系统
本专利技术涉及光学共相检测领域，具体为一种应用于拼接镜的粗共相调节的方法与检测系统。
技术介绍
目前制作大口径望远镜主要有4种设计方案：轻质镜、蜂窝镜、特殊镜面、拼接镜。但由于制造技术、加工成本、风险因素等方面的原因，单块口径的光学望远镜不能无限增大。目前单块光学望远镜主镜口径极限约为8.4m，若要制造更大口径的光学望远镜，就需采用拼接镜技术。但是使用拼接镜技术也会带来新的问题，其中亟需解决的关键问题之一是各子镜间的平移(piston)误差的检测问题。只有当拼接镜共焦共相时，才能达到与单镜面主镜系统口径相当的角分辨率。目前，拼接型望远镜平移误差检测有多种方法，如相位差法、曲率传感技术、宽窄带夏克哈特曼法、四棱锥波前探测器法、色散条纹等方法，但都存在各式的问题，如相位差法存在耗时过长问题，四棱锥存在顶点对准难、加工难度大等问题，色散条纹存在条纹抖动问题，因此这些共相检测法只适用特定场合或者作为其他方法的补充，实际应用相对较少。目前,两个正在运行的拼接式望远镜(Keck和GTC望远镜)都采用宽窄带夏克哈特曼法获取子镜之间相位信息。但是宽带夏克哈特曼法调节共相所需耗时长，窄带夏克哈特曼法虽耗时少，但利用波段为窄波，能量利用率低。为此，本专利技术提出利用可见光远场光斑相干性的方法来检测拼接镜piston误差，该方法解决了宽带夏克哈特曼法中耗时长、窄带夏克哈特曼法能量利用低的缺点。从而达到大量程、耗时短和高能量利用率的检测piston误差的目的。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：针对目前拼接镜系统共相方法存在大量程检测与耗时多、能量利用率低的矛盾，提出利用远场光斑相干性的方法计算相邻子镜间的平移(piston)误差，达到大量程、耗时短和高能量利用率的检测piston误差的目的。一种应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，包括：拼接望远镜，包括多个拼接子镜，所述拼接子镜背后设有电容传感器和促动器，所述拼接望远镜接收外围来自待测物体的入射光线，并会聚成出射光线发出；准直透镜，将接受光束转为平行光束；4f系统，将来准直透镜的光束导向第一分束器；第一分束器，将入射光束分成第一分光束和第二分光束；拼接镜MASK，将第二分光束导向第一波前探测器；第二分束器，将第一分光束分成第三分光束以及第四分光束；第三分光束导向成像系统，第四分光束导向第二波前探测器；以及控制系统，与第一夏克-哈特曼波前探测器、第二夏克-哈特曼波前探测器以及成像系统数据连通，并与电容传感器和促动器电性连接。进一步的，所述拼接子镜有3支撑点，该支撑点由促动器控制，且均布在同一圆上。进一步的，所述第一分束器和第二分束器均为分光棱镜。进一步的，所述拼接镜MASK的中圆孔正对第二夏克-哈特曼波前探测器。一种应用于拼接镜的粗共相调节的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，利用拼接望远镜将外围的入射光线会聚后射向准直透镜；步骤2，利用准直透镜将来自拼接望远镜的光束折射成平行光束，并将平行光束射向4f系统；步骤3，利用4f系统将来自准直透镜的平行光束射向第一分光棱镜；步骤4，利用第一分束器将来自4f系统的平行光束分为第一分光束和第二分光束，第一分光束射向第二分束器，第二分光束射向拼接镜MASK；步骤5，利用拼接镜MASK将来自第一分束器的第二分光束射向第二夏克-哈特曼波前探测器；步骤6，利用第一分光束在高帧频CCD上分别呈现两相邻拼接子镜间白光远场光斑，再利用互相关算法，采用白光非相干图案与理想艾里斑作为模板，计算得到拼接望远镜的piston误差，最后通过控制系统控制分块式变形镜，快速调节拼接望远镜的piston误差；步骤7，利用第二分束器将第二分光束分成第三分光束和第四分光束，将第三分光束射向成像系统，成像系统内包括自适应系统以及观测系统，其中自适应系统用以校正大气湍流对光波质量的影响，观测系统用以观测天体信息；步骤8，将第四分光束射向第一波前探测器，第四分光束在高帧频CCD上形成一系列的远场光斑，并通过该远场光斑偏离标定位置的方位，计算拼接镜的倾斜误差，通过控制系统控制拼接镜以调节拼接镜的倾斜误差。有益效果：有现有技术相比，本专利技术提出利用远场光斑相干性的方法来检测拼接镜piston误差，本方法具有无限量程检测、较快速度和高能量利用率的检测piston误差的优点；本专利技术在拼接镜背后放置的三电容传感器来控制驱动器的精确移动，达到了主动共相调节的目的。附图说明图1为本专利技术装置的组成及原理示意图；图2为促动器与传感器分布示意图；图3为控制系统原理示意图；图4为夏克哈特曼波前传感器示意图；图5为拼接镜MASK分布示意图；图6为模板图案；图7为互相关系数匹配曲线图；图中：1-拼接望远镜；2-准直透镜；3-4f系统；4-第一分光棱镜；5-第二分光棱镜；6-第一夏克哈特曼波前探测器；7-成像系统；8-拼接镜MASK；9-第二夏克哈特曼波前探测器；10-控制系统。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。如图1所示，本专利技术一种应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，包括：拼接望远镜1、准直透镜2、4f系统3、第一分光棱镜4、第二分光棱镜5、第一夏克哈特曼波前探测器(S-H)6、成像系统7、拼接镜MASK8、第二夏克哈特曼波前探测器9和控制系统10。拼接望远镜1，包括多个拼接子镜，所述拼接子镜背后设有电容传感器和促动器，所述拼接望远镜1接收外围来自待测物体的入射光线，并会聚成出射光线发出。准直透镜2将出射光线折射成平行光线或近乎平行的光线。4f系统3将对来自准直透镜2的光束处理后射向第一光棱镜4。第一分光棱镜4接收来自4f系统3的光束，并向拼接镜MASK8传输第二分光束，向第二分光棱镜5传输第一分光束。拼接镜MASK8接收第二分光束，并将第二分光束射向第二夏克哈特曼波前探测器9。第二夏克哈特曼波前探测器9接收来自拼接镜MASK8的第一分光束，第一分光束将照射在第一夏克哈特曼波前探测器9的微透镜阵列上。第二分光棱镜5接收第二分光束，并向成像系统7传输第三分光束，向第二夏克哈特曼波前探测器6传递第四分光束。成像系统10内包括自适应系统以及观测系统，其中自适应系统用以校正大气湍流对光波质量的影响，观测系统用以观测天体信息。控制系统10与第一夏克哈特曼波前探测器9、第二夏克哈特曼波前探测器6以及成像系统9通信连接；所述控制系统与电容传感器和促动器电性连接。拼接望远镜1接受光波信息，由于拼接子镜之间存在倾斜误差和piston误差，使得接受的光波是非连续性光波；光波经过准直透镜2准直为平行光后，依次经过4f系统3和第一分光棱镜4分为第一分光束和第二分光束；第一分光束经过拼接镜MASK8后，进入第一夏克哈特曼波前探测器9；第二分光束进入分光棱镜5分成第三分光束和第四分光束，第三分光束进入第一夏克哈特曼波前探测器6内，第二分光束进入成像系统7内。如图2所示，为促动器与传感器分布示意图；所述拼接子镜背后设有电容传感器，电容传感器数量优选为三个，且均布在一圆周上；所述的每个拼接子镜有3支撑点，支撑点与电容传感器分布在同一圆周上，所述支撑点由促动器控制。以某一拼接子镜为参考，光波在经过第一夏克哈特曼6后可计算出其他拼接子镜的倾斜量，并转化到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，其特征在于包括：拼接望远镜，包括多个拼接子镜，所述拼接子镜背后设有电容传感器和促动器，所述拼接望远镜接收外围来自待测物体的入射光线，并会聚成出射光线发出；准直透镜，将接受光束转为平行光束；4f系统，将来准直透镜的光束导向第一分束器；第一分束器，将入射光束分成第一分光束和第二分光束；拼接镜MASK，将第二分光束导向第一夏克‑哈特曼波前探测器；第二分束器，将第一分光束分成第三分光束以及第四分光束；第三分光束导向成像系统，第四分光束导向第二夏克‑哈特曼波前探测器；以及控制系统，与第一夏克‑哈特曼波前探测器、第二夏克‑哈特曼波前探测器以及成像系统数据连通，并与电容传感器和促动器电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，其特征在于包括：拼接望远镜，包括多个拼接子镜，所述拼接子镜背后设有电容传感器和促动器，所述拼接望远镜接收外围来自待测物体的入射光线，并会聚成出射光线发出；准直透镜，将接受光束转为平行光束；4f系统，将来准直透镜的光束导向第一分束器；第一分束器，将入射光束分成第一分光束和第二分光束；拼接镜MASK，将第二分光束导向第一夏克-哈特曼波前探测器；第二分束器，将第一分光束分成第三分光束以及第四分光束；第三分光束导向成像系统，第四分光束导向第二夏克-哈特曼波前探测器；以及控制系统，与第一夏克-哈特曼波前探测器、第二夏克-哈特曼波前探测器以及成像系统数据连通，并与电容传感器和促动器电性连接。2.根据权利要求1所述的应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，其特征在于：所述拼接子镜有3支撑点，该支撑点由促动器控制，且均布在同一圆上。3.根据权利要求1所述的应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，其特征在于：所述第一分束器和第二分束器均为分光棱镜。4.根据权利要求1所述的应用于拼接镜的粗共相调节的检测系统，其特征在于：所述成像系统包括自适应系统以及观测系统。5.一种应用于拼接镜的粗共相调节的方法，其特征在于所述方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，刘燕德，吴建，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36