一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本申请公开了一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置及其测量方法，包括：倾斜探测模块，用于产生多条激光光束并成像，将成的像进行对准，通过光点的偏移获取波前的角度信息并反馈至位姿调节模块；干涉测距模块，位于倾斜探测模块的一侧，用于测量光学桁架的距离信息并反馈至位姿调节模块；位姿调节模块，用于根据接收的角度信息和距离信息，驱动执行机构对光学元件的空间位姿进行调节。本申请通过角度测量和距离测量所得结果构成光学桁架的信息来源，可以有效监测光学元件之间的位移和姿态，从而保证望远镜在无法通过导星进行波前传感的情况下，对系统进行持续的校正命令，在望远镜运行的过程中实现实时标校与校正，大大提高了望远镜就位时间。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置及其测量方法
本专利技术涉及望远镜
，特别是涉及一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置及其测量方法。
技术介绍
大口径大视场望远镜在近几十年来发展获得了飞速发展，为了获得更高的巡天效率与集光能力，其口径与视场都在不断扩大。主动光学作为大口径大视场望远镜的关键技术，已经获得了广泛的应用。国外已经研制并成功运行多台大口径大视场望远镜，八米级的LSST已经投入建设，而国内尚未开展两米以上的大视场望远镜研究。为了进一步发挥大口径大视场望远镜的探测能力，通过主动光学对望远镜中的各个主要部件进行独立、实时的面形校正与姿态控制，不仅可以降低对光学加工、系统装配精度的要求，还可以有效地放宽对大型跟踪架刚度的要求，降低系统运动惯量。相对于高分辨成像望远镜，大口径大视场望远镜观测任务更加紧张，更长的观测时间会直接影响结果为所面临的外部观测环境更加的恶劣。由于大口径大视场望远镜需要在整个视场中均获得较高的成像质量，对于小视场望远镜影响较小的轴外像差，会大幅降低大视场望远镜的像质。大口径大视场望远镜对系统对准的要求高，需要同时保证轴外视场的像差，因此，需在大动态范围以及多视场下，实现大口径大视场望远镜的粗对准。传统上使用的粗对准方法为单台激光跟踪仪。激光跟踪仪作为一种广泛使用的坐标测量仪器在光学元件轮廓检测、主动光学粗对准以及光学系统准直装调中均发挥着重要的作用。LSST在观测开始前，会使用激光跟踪仪进行系统粗对准。但是，单台激光跟踪仪的精度有限，因此，在使用激光跟踪仪之后，还需要利用多种传感器进行检测，才可以保证望远镜可以正常工作。以上的方法，将严重制约大口径望远镜的粗对准速度，浪费宝贵的观测时间。另外，传统的大口径主动光学望远镜需要定期进行校准，然后通过运动控制系统补偿已知的误差运动，实现对非动态和可重复的误差的补偿。但是，实际影响望远镜的误差源可能随时间变化，定期重复校准具有较高的频率选择性，无法适应动态性较高的环境变化，对主动光学望远镜性能的进一步提升产生限制。目前存在不同的技术，均无法同时兼顾大动态范围与高定位精度。同时，望远镜在“空载或准静态条件”下进行校准，与观测过程中的正常使用相比，可能表现出明显不同的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置及其测量方法，可以在望远镜运行的过程中实现实时标校与校正，大大提高望远镜就位时间。其具体方案如下：一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置，包括：倾斜探测模块，用于产生多条激光光束并成像，将成的像进行对准，通过光点的偏移获取波前的角度信息并反馈至位姿调节模块；干涉测距模块，位于所述倾斜探测模块的一侧，用于测量光学桁架的距离信息并反馈至所述位姿调节模块；所述位姿调节模块，分别与所述倾斜探测模块和所述干涉测距模块电性连接，用于根据接收的所述角度信息和所述距离信息，驱动执行机构对光学元件的空间位姿进行调节。优选地，在本专利技术实施例提供的上述大口径大视场望远镜系统内置测量装置中，所述干涉测距模块包括角反射器，与所述角反射器相对而置的固定端、调节端和测距发射器；所述固定端位于主镜周边的机架上；所述调节端位于可移动的光学元件周边的机架上。优选地，在本专利技术实施例提供的上述大口径大视场望远镜系统内置测量装置中，所述调节端采用四个柔性铰链固定在机架上，每两个相对的柔性铰链可在一个方向上进行平移。优选地，在本专利技术实施例提供的上述大口径大视场望远镜系统内置测量装置中，所述倾斜探测模块包括用于发射所述激光光束的激光发射器，依次位于所述激光光束传输光路上的第一凸透镜、具有多个圆形子孔径且用于将所述激光光束分成多条的掩膜板、第二凸透镜、第三凸透镜和相机。优选地，在本专利技术实施例提供的上述大口径大视场望远镜系统内置测量装置中，所述倾斜探测模块还包括用于支撑所述激光发射器的柔性杆。优选地，在本专利技术实施例提供的上述大口径大视场望远镜系统内置测量装置中，所述位姿调节模块包括卡尔曼滤波控制器；所述卡尔曼滤波控制器，用于对所述距离信息和所述角度信息进行融合与更新。本专利技术实施例还提供了一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置的测量方法，包括：倾斜探测模块产生多条激光光束并成像，将成的像进行对准，通过光点的偏移获取波前的角度信息并反馈至位姿调节模块；位于所述倾斜探测模块的一侧的干涉测距模块测量光学桁架的距离信息并反馈至所述位姿调节模块；所述位姿调节模块根据接收的所述角度信息和所述距离信息，驱动执行机构对光学元件的空间位姿进行调节。优选地，在本专利技术实施例提供的上述大口径大视场望远镜系统内置测量装置的测量方法中，还包括：卡尔曼滤波控制器对所述距离信息和所述角度信息进行融合与更新。从上述技术方案可以看出，本专利技术所提供的一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置及其测量方法，包括：倾斜探测模块，用于产生多条激光光束并成像，将成的像进行对准，通过光点的偏移获取波前的角度信息并反馈至位姿调节模块；干涉测距模块，位于倾斜探测模块的一侧，用于测量光学桁架的距离信息并反馈至位姿调节模块；位姿调节模块，分别与倾斜探测模块和干涉测距模块电性连接，用于根据接收的角度信息和距离信息，驱动执行机构对光学元件的空间位姿进行调节。本专利技术针对大口径主动光学望远镜中光学元件数量多、系统自由度大的特点，设计了一套内置测量装置，通过角度测量和距离测量所得结果构成光学桁架的信息来源，可以有效监测光学元件之间的位移和姿态，从而保证望远镜在无法通过导星进行波前传感的情况下(例如望远镜快速转动等)，对系统进行持续的校正命令，在望远镜运行的过程中实现实时标校与校正，大大提高了望远镜就位时间，无需望远镜停机，可在任意工况下实现望远镜元件的定位。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的大口径大视场望远镜系统内置测量装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的Stewart运动学模型示意图；图3为本专利技术实施例提供的大口径大视场望远镜系统内置测量装置的具体结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的干涉测距模块中固定端和调节端在机架上的结构示意图；图5a和图5b分别为本专利技术实施例提供的调节端的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的大口径大视场望远镜系统内置测量装置的测量方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置，其特征在于，包括：/n倾斜探测模块，用于产生多条激光光束并成像，将成的像进行对准，通过光点的偏移获取波前的角度信息并反馈至位姿调节模块；/n干涉测距模块，位于所述倾斜探测模块的一侧，用于测量光学桁架的距离信息并反馈至所述位姿调节模块；/n所述位姿调节模块，分别与所述倾斜探测模块和所述干涉测距模块电性连接，用于根据接收的所述角度信息和所述距离信息，驱动执行机构对光学元件的空间位姿进行调节。/n

【技术特征摘要】
1.一种大口径大视场望远镜系统内置测量装置，其特征在于，包括：
倾斜探测模块，用于产生多条激光光束并成像，将成的像进行对准，通过光点的偏移获取波前的角度信息并反馈至位姿调节模块；
干涉测距模块，位于所述倾斜探测模块的一侧，用于测量光学桁架的距离信息并反馈至所述位姿调节模块；
所述位姿调节模块，分别与所述倾斜探测模块和所述干涉测距模块电性连接，用于根据接收的所述角度信息和所述距离信息，驱动执行机构对光学元件的空间位姿进行调节。


2.根据权利要求1所述的大口径大视场望远镜系统内置测量装置，其特征在于，所述干涉测距模块包括角反射器，与所述角反射器相对而置的固定端、调节端和测距发射器；
所述固定端位于主镜周边的机架上；
所述调节端位于可移动的光学元件周边的机架上。


3.根据权利要求2所述的大口径大视场望远镜系统内置测量装置，其特征在于，所述调节端采用四个柔性铰链固定在机架上，每两个相对的柔性铰链可在一个方向上进行平移。


4.根据权利要求1所述的大口径大视场望远镜系统内置测量装置，其特征在于，所述倾斜探测模块包括用于发射所述激光光束的激光发射器，依次位于所述激...

【专利技术属性】
技术研发人员：安其昌，吴小霞，林旭东，王建立，陈涛，李洪文，于致远，
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：吉林;22