一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法技术

本发明专利技术提供一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法，能准确测量出CCD靶面与光学焦面的倾斜程度，然后用标准尺寸的垫片在CCD相机和光学望远镜安装法兰处对其进行修正，解决了天文观测中星像虚实同在的问题。解决了天文观测中星像虚实同在的问题。解决了天文观测中星像虚实同在的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法


[0001]本专利技术属于光学检测
，尤其是涉及一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法。

技术介绍

[0002]电荷耦合器件CCD问世于20世纪70年代，它能够将光信号转换成电信号，并实现电荷的存储和转移，在光电探测领域，尤其是天文学领域得到了广泛的应用。随着大视场巡天望远镜的发展，大靶面CCD（像元2048x2048以上）相机的需求不断增多。但由于CCD机械封装误差、CCD相机与望远镜安装法兰机械误差等因素的影响，使得CCD靶面与望远镜光学焦面存在夹角，特别是对于大视场望远镜，其焦距短、视场大，焦深通常小于几十微米，此夹角误差很难达到光学系统的焦深要求，进而影响CCD全场星像成像质量。因此，检测CCD靶面和光学系统焦面的夹角，并对其修正是非常必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决上述技术问题，提供一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法，包括以下步骤：S1. 以光学望远镜光学焦平面为基准，通过望远镜调焦系统将CCD沿着光轴方向平移，从焦外移动到焦内，或从焦内移动到焦外，平移步长接近望远镜焦深长度，CCD平移过程中同时将光学望远镜对准密集星场，选取合适的曝光时间拍摄图像；S2. 用天文方法测量图像中所有星像的半高全宽FWHM，再将图像等分为n2个天区，分别统计每个天区中星像半高全宽FWHM的平均值，得到n2个天区的FWHM；S3. 随着望远镜焦距的移动，任何一个天区都将经过望远镜光学焦面，此时对应的FWHM最小，由于望远镜焦距与其对应的FWHM是一组离散数列，为得到某一天区准确的焦距值，以望远镜焦距作为横坐标， FWHM作为纵坐标进行二次多项式拟合，FWHM最小时对应的焦距值就是这一天区的最佳焦距；S4. 得到所有天区的最佳焦距后，以CCD像元坐标为x坐标和y坐标，以最佳焦距为z坐标，做平面拟合，得到拟合平面方程，拟合平面与x, y坐标面的夹角即为CCD靶面与望远镜焦面的夹角。
[0005]作为一种优选的技术方案，S1中，CCD沿着光学望远镜光轴方向平移的步长接近的望远镜焦深长度为
△
δ=4λ(f/D)
²
。
[0006]作为一种优选的技术方案，S4中，CCD靶面与望远镜焦面的夹角为：tanθ=(Zmax
‑
Zmin）/(a*√2*b/1000)，其中Zmax为最大焦距，Zmin为最小焦距，a为CCD单轴像元数，b为以μm 为单位的CCD像元尺寸。
[0007]采用上述技术方案后，本专利技术具有如下优点：
本专利技术通过天文检测方法，能准确测量出CCD靶面与光学焦面的倾斜程度，然后用标准尺寸的垫片在CCD相机和光学望远镜安装法兰处对其进行修正，解决了天文观测中星像虚实同在的问题。本专利技术解决了无法使用直接测量方法测量CCD靶面与望远镜焦面夹角的问题，且利用天文检测方法可以避免由于安装导致的误差，得到较为准确的测量结果，通用性较强。同时，此方法可为自动靶面校准提供参考。
附图说明
[0008]图1为CCD靶面与望远镜焦面夹角测量原理图；图2为对同一子天区的望远镜焦距和恒星FWHM均值做多项式拟合的拟合点分布图；图3为对测量的CCD子天区焦距值做平面拟合的拟合点分布图；图4为CCD相机与望远镜安装法兰面的结构示意图；图5为修正后CCD靶面与望远镜焦面的拟合点分布图；图6为修正后CCD全场星像FWHM分布情况示意图。
具体实施方式
[0009]以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0010]主镜口径D=1m的反射式主焦点望远镜，其光学系统焦距f=2200mm，波长λ=650nm处对应的焦深：；因此，在0.013mm范围内，成像质量能满足光学系统性能要求。
[0011]CCD为科学级芯片，4k
×
4k像素，像元尺寸为15μm，对应的像元比例尺为1.4”，CCD视场为1.6
°
x1.6
°
，大于望远镜光学系统有效视场1.5
°
x1.5
°
，故CCD边缘及四个角的星像质量较差。
[0012]如图1所示，F点为望远镜焦点位置，xFy平面为望远镜焦面。实际测量过程中，将望远镜指向银河密集星场，保证全场区域有足够多的恒星。以0.02mm步长调整望远镜焦距从1.22mm至1.92mm，使得CCD从望远镜焦外移动到焦内（CCD上任何一块区域都要经过望远镜焦面），每移动一次拍摄一张20s曝光时间的图像，共36张图像，记录下每张图像对应的望远镜焦距值（相对于f=2200mm的值）。
[0013]首先，对36张图像进行全场测光，得到每张图像中所有恒星的半高全宽(FWHM)值。将图像20x20等分，共400个子天区，统计每个子天区中所有恒星FWHM的平均值。然后，先对36张图像中同一子天区的望远镜焦距和FWHM均值做3次多项式拟合，如图2所示，得到FWHM的最低点；然后，用最低点附近的数据点做2次多项式拟合，确定此子天区的最佳焦距值。可得到400个子天区对应的最佳焦距，以CCD像元坐标为x和y（x, y对应取0
‑
20），以每个子天区的最佳焦距为z作图。最后，对此曲面做平面拟合，如图3所示为 400个子天区的最佳焦距以及拟合平面。最终，得到平面拟合方程：；由此方程可知，（x, y）=(0, 0)时，焦距z最小；（x, y）=(20, 20)时，焦距z最大。故
CCD靶面与望远镜焦面的夹角为：。
[0014]其中，为CCD靶面与望远镜焦面的夹角，=0.045719mm，4096为CCD单轴像元数，15为CCD像元尺寸（单位：μm），计算得出CCD靶面与望远镜焦面的夹角为0.03015
°
。
[0015]通过天文定位，给图像添加WCS信息，即图像中同时有天文坐标（RA,DEC）和像元坐标（x, y）。通过望远镜地平坐标和天文坐标的关系，判断出CCD靶面的倾斜方向与CCD相机安装法兰面的对应关系。根据此对应关系，按照拟合平面方程，在CCD安装法兰面增加相应厚度的标准尺寸垫片，使得CCD靶面与望远镜焦面平行，如图4所示，最小垫片的厚度为0.02mm。
[0016]用同样的方法对修正后的CCD靶面与望远镜焦面的夹角进行测量，最终结果如图5所示。平面拟合方程为：；计算的最大焦距和最小焦距差为=0.0139974mm，满足望远镜焦深要求。CCD靶面与望远镜焦面夹角为0.00016
°
。
[0017]修正后CCD全场星像FWHM的统计分布如图6所示，灰度梯度表示不同的FWHM值。可以看出全场80%的星像质量优于3”，满足天文观测需求。
[0018]除上述优选实施例外，本专利技术还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本专利技术作出各种改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大视场望远镜焦面与CCD靶面夹角的天文检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 以光学望远镜光学焦平面为基准，通过望远镜调焦系统将CCD沿着光轴方向平移，从焦外移动到焦内，或从焦内移动到焦外，平移步长接近望远镜焦深长度，CCD平移过程中同时将光学望远镜对准密集星场，选取合适的曝光时间拍摄图像；S2. 用天文方法测量图像中所有星像的半高全宽FWHM，再将图像等分为n2个天区，分别统计每个天区中星像半高全宽FWHM的平均值，得到n2个天区的FWHM；S3. 随着望远镜焦距的移动，任何一个天区都将经过望远镜光学焦面，此时对应的FWHM最小，由于望远镜焦距与其对应的FWHM是一组离散数列，为得到某一天区准确的焦距值，以望远镜焦距作为横坐标，FWHM作为纵坐标进行二次多项式拟合，FWHM最小时对应的焦距值就是这一天区的最佳焦距；S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国杰，艾力，
申请(专利权)人：中国科学院新疆天文台，
类型：发明
国别省市：