一种大口径天文观测望远镜光学效率测试系统及方法技术方案

本发明专利技术为解决现有测量天文观测望远镜的光学效率是通过天文观测望远镜光学系统的透过率与天文观测望远镜使用的传感器量子效率的乘积间接理论表征，并且对极高灵敏度的天文观测望远镜进行光学测试标定时，在现有最低的光源强度下天文观测望远镜的输出也易饱和，不能进行准确标定，而提供一种大口径天文观测望远镜光学效率测试系统及方法。本发明专利技术通过两步测量法，即间接测量天文观测望远镜入瞳总能量与直接测量天文观测望远镜图像灰度输出，在一定精度范围内实现了分步获取天文观测望远镜入瞳总光子数与天文观测望远镜获取光子数，最终能够在试验时内实现大口径天文观测望远镜光学效率的测量。光学效率的测量。光学效率的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径天文观测望远镜光学效率测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及天文观测望远镜性能测试领域，具体涉及一种大口径天文观测望远镜光学效率测试系统及方法。

技术介绍

[0002]天文观测望远镜是用来对天体进行观察并进行一定特性测试的科学仪器。在天文望远镜观测天体时，望远镜获得的天体图像与天体亮度之间的关系则是重要的一环，具体为通过天体图像灰度情况反推出天体实际亮度。在这种要求下，需要知道天文观测望远镜入瞳总光子数与天文观测望远镜最终采集到的光子数之间的关系，也就是天文观测望远镜的光学效率。在天文观测望远镜正常工作状态下，可以通过已经确定亮度的标准星对天文观测望远镜进行光学效率测定，但是在天文观测望远镜研制过程中，试验室内的光学效率测试也是非常重要的一个环节。
[0003]在一般天文观测望远镜研制过程中，天文观测望远镜光学系统的透过率与天文观测望远镜使用的传感器量子效率的乘积可以粗略表征天文观测望远镜的光学效率，但是相对产品本身来说，该结果还是属于间接获得，更多的偏向于表征天文观测望远镜的理论光学效率。
[0004]对极高灵敏度的天文观测望远镜进行光学测试标定，光源强度是一个问题。由于天文观测望远镜非常灵敏，在极弱的光输入情况下就有可能输出饱和。在一般情况下当大口径天文观测望远镜正常工作时，其入瞳口光强度往往低于一般积分球输出光强下限以及当前市面光强度测试仪器下限，因此不宜使用积分球直接照明的方法来测试。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有测量天文观测望远镜的光学效率是通过天文观测望远镜光学系统的透过率与天文观测望远镜使用的传感器量子效率的乘积间接理论表征，并且对极高灵敏度的天文观测望远镜进行光学测试标定时，在现有最低的光源强度下天文观测望远镜的输出也易饱和，不能进行准确标定，而提供一种大口径天文观测望远镜光学效率测试系统及方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种大口径天文观测望远镜光学效率测试系统，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的单色光源、光纤，积分球，星点靶，平行光管和聚焦单元，以及用于测量积分球内部与聚焦单元后焦点上光强的测量单元；
[0008]所述单色光源作为测试光源，通过光纤将单色光输入至积分球内部，积分球出射的单色光入射在星点靶形成点光源，点光源的发散光入射至平行光管后修整为平行光，进而入射至聚焦单元；所述测量单元包括两个测量装置，两个测量装置分别位于积分球内部与聚焦单元焦点处；
[0009]所述平行光管的口径小于聚焦单元的口径；所述平行光管的口径小于被测天文观
测望远镜的口径，以确保平行光管输出的所有光子都能被聚焦单元汇聚并被测量装置检测到。
[0010]进一步地，所述两个测量装置分别为设置在积分球内部的第一光电二极管和设置在聚焦单元焦点处的第二光电二极管；
[0011]所述第一光电二极管与第二光电二极管的性能参数相同。
[0012]进一步地，所述聚焦单元为汇聚镜、反射镜或透射镜，为反射镜或透射镜时，需要通过反射率或透射率修正平行光管6输出总光子数与积分球4内部光强之间的关系。
[0013]进一步地，所述单色光源为LED灯或者卤钨灯和单色光谱仪的组合。
[0014]本专利技术还提供了一种大口径天文观测望远镜光学效率测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0015]步骤一、搭建如上述的大口径天文观测望远镜光学效率测试系统；
[0016]步骤二、测量积分球内与聚焦单元焦点处的光强，并标定获得平行光管在单色光源波长下输出的平行光与积分球内光强的关系，得到单色光在平行光管中的传输比；
[0017]步骤三、移除聚焦单元，将被测天文观测望远镜放置在平行光管的出射光路上，使得被测天文观测望远镜入瞳对准平行光管；
[0018]步骤四、采集被测天文观测望远镜接收到的光斑，转化为灰度图像，同时测量该时刻积分球内的光强；
[0019]步骤五、多次采集灰度图像以及对应时刻积分球内的光强，将多幅灰度图像进行叠加并取平均，获得被测天文观测望远镜在单色光源波长下的响应图像；
[0020]步骤六、保持被测天文观测望远镜的增益与曝光时间不变，采集多幅暗场本底图像进行叠加并取平均，获得被测天文观测望远镜在单色光源波长下的暗场本底灰度图像；
[0021]步骤七、对得到的响应图像与暗场本底灰度图像进行图像数据处理，得到被测天文观测望远镜接收到的总光子数；
[0022]步骤八、计算被测天文观测望远镜入瞳光子数；
[0023]步骤九、计算被测天文观测望远镜在单色光源波长下的光学效率；
[0024]所述光学效率等于被测天文观测望远镜接收到的总光子数除以被测天文观测望远镜入瞳光子数；
[0025]步骤十、按照设定的波长更换不同的单色光源，重复步骤二至步骤九，遍历天文观测望远镜工作波段范围，得到被测天文观测望远镜在工作波段内的光学效率。
[0026]进一步地，步骤七具体为：利用被测天文观测望远镜在单色光源波长下的响应图像减去对应的暗场灰度图像，保留其中的负值后将所有灰度值相加，得到被测天文观测望远镜接收到的总能量；再通过被测天文观测望远镜的增益将其接收到的总能量转化为接收到的总光子数。
[0027]进一步地，步骤八具体为：首先根据步骤四测量到得的积分球内的光强与步骤二得到单色光在平行光管的传输比相乘得到被测天文观测望远镜入瞳光的总能量，再根据单光子能量与波长的关系转换得到被测天文观测望远镜入瞳光子数。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有的有益技术效果如下：
[0029]1、本专利技术提供的大口径天文观测望远镜光学效率测试方法，通过两步测量法，即间接测量天文观测望远镜入瞳总能量与直接测量天文观测望远镜图像灰度输出，在一定精
度范围内实现了分步获取天文观测望远镜入瞳总光子数与天文观测望远镜获取光子数，最终能够在试验时实现大口径天文观测望远镜光学效率的测量。
[0030]2、本专利技术提供的大口径天文观测望远镜光学效率测试方法，整个测试应在暗室内进行，对于灵敏度极高的天文观测望远镜，充分考虑光强的因素，最大限度降低杂光影响，解决了针对强光天文观测望远镜易饱和，天文观测望远镜不饱和时输入光强没有合适方法检测，导致现有光学标定方法无法使用的问题。
[0031]3、本专利技术提供的大口径天文观测望远镜光学效率测试系统，原理简单，工艺实施难度低、成本低、通用性强。
附图说明
[0032]图1为本专利技术大口径天文观测望远镜光学效率测试系统实施例的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术大口径天文观测望远镜光学效率测试方法实施例的原理示意图；
[0034]附图标记：
[0035]1‑
单色光源，2
‑
光纤，3
‑
第一光电二极管，4
‑
积分球，5
‑
星点靶，6
‑
平行光管，7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径天文观测望远镜光学效率测试系统，其特征在于：包括沿光路依次设置的单色光源(1)、光纤(2)，积分球(4)，星点靶(5)，平行光管(6)和聚焦单元，以及用于测量积分球(4)内部与聚焦单元后焦点上光强的测量单元；所述单色光源(1)作为测试光源，通过光纤(2)将单色光输入至积分球(4)内部，积分球(4)出射的单色光入射在星点靶(5)形成点光源，点光源的发散光入射至平行光管(6)后修整为平行光，进而入射至聚焦单元；所述测量单元包括两个测量装置，两个测量装置分别位于积分球(4)内部与聚焦单元的焦点处；所述平行光管(6)的口径小于聚焦单元的口径；所述平行光管(6)的口径小于被测天文观测望远镜(9)的口径。2.根据权利要求1所述的大口径天文观测望远镜光学效率测试系统，其特征在于：所述两个测量装置分别为设置在积分球(4)内部的第一光电二极管(3)和设置在聚焦单元焦点处的第二光电二极管(8)；所述第一光电二极管(3)与第二光电二极管(8)的性能参数相同。3.根据权利要求2所述的大口径天文观测望远镜光学效率测试系统，其特征在于：所述聚焦单元为汇聚镜(7)、反射镜或透射镜。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的大口径天文观测望远镜光学效率测试系统，其特征在于：所述单色光源(1)为LED灯或者卤钨灯和单色光谱仪的组合。5.一种大口径天文观测望远镜光学效率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、搭建如权利要求1
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4任一所述的大口径天文观测望远镜光学效率测试系统；步骤二、测量积分球(4)内与聚焦单元焦点处的光强，并标定获得平行光管(6)在单色光源波长下输出的平行光与积分球(4)内光强的关系，得到单色光在平行光管(6)中的传输比；步骤三、移除聚焦单元，将被测天文观测望远镜(9)放置在平行光管(6)的出射光路上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，邹刚毅，潘越，许哲，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：