【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及離軸像差校正的，具體涉及一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法系統(tǒng)。
技術介紹
1、空間觀測技術的迅猛進步促使光學望遠鏡的口徑與精度需求大幅提升，這對傳統(tǒng)固態(tài)望遠鏡的制造工藝提出了嚴峻挑戰(zhàn)。液體鏡面望遠鏡憑借結(jié)構(gòu)簡潔、制造及維護成本低廉等優(yōu)勢，成為固態(tài)望遠鏡的理想替代選項。然而，液體鏡面望遠鏡主鏡無法傾斜的結(jié)構(gòu)特性導致觀測范圍局限于天頂附近的一小區(qū)域，且隨地球自轉(zhuǎn)發(fā)生偏移，顯著制約了其應用范圍與發(fā)展?jié)摿Α?/p>
2、現(xiàn)階段多采用離軸角觀測策略來提高液體鏡面望遠鏡的觀測視野，但隨之而來的離軸像差問題會對成像質(zhì)量構(gòu)成嚴重影響。目前，基于三鏡反射架構(gòu)的光學系統(tǒng)只能校正特定角度下的離軸像差，無法實現(xiàn)動態(tài)校正。本專利技術提出的三反架構(gòu)組合了拋物面主鏡、次鏡及磁液變形鏡，其中主鏡與次鏡構(gòu)成離軸兩反系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以離軸角入射的光束經(jīng)主鏡反射至次鏡，以補償光程差并校正部分低階靜態(tài)像差，隨后由磁液變形鏡進一步校正殘余波前像差。
3、鑒于觀測目標方位多變，次鏡需圍繞液體鏡面望遠鏡中心旋轉(zhuǎn)，以捕獲不同方向的入射光束。但磁液變形鏡位置固定，不同方向的光束經(jīng)次鏡反射后方向各異且非恒定水平。同時磁液變形鏡能校正一定范圍內(nèi)的畸變波前，故針對某區(qū)間內(nèi)變動的離軸觀測角，可在將次鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)及位姿調(diào)整至最優(yōu)后仍能將殘余畸變波前控制在磁液變形鏡的校正范圍內(nèi)。由于離軸觀測角不局限于某個特定的角度，次鏡對應結(jié)構(gòu)及位姿參數(shù)需根據(jù)各異的離軸角度確定。然而，當前關于優(yōu)化不同離軸觀測角對應次鏡位姿信息的研究尚顯匱乏，且現(xiàn)有滿足次鏡位姿調(diào)整
4、為了在磁液變形鏡位置保持固定的情況下探測不同方位的目標對象以及實現(xiàn)校正不同觀測角所產(chǎn)生的離軸像差，提高液體鏡面望遠鏡的觀測視野，有必要提出一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法。
技術實現(xiàn)思路
1、針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本專利技術提供了一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，不僅具備通過動態(tài)旋轉(zhuǎn)來靈活捕捉多方位的入射光束，同時還能根據(jù)離軸觀測角在一定范圍內(nèi)的變動，相應地調(diào)整次鏡及兩組平面鏡的工作位姿，確保光束能夠保持確定的方向平行射出，并順利進入磁液變形鏡以進行畸變波前的有效校正。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，包括如下步驟：
3、s1、利用次鏡旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)調(diào)整次鏡本體繞主鏡中心進行動態(tài)全角圓周運動，使次鏡本體獲取來自任意方位的入射光束；
4、s2、同時獲取次鏡本體的姿態(tài)信息，并根據(jù)可動態(tài)變化的離軸角基于預設的次鏡位姿調(diào)整子方法調(diào)整次鏡本體以補償部分低階像差；
5、s2中所述次鏡位姿調(diào)整子方法包括以下子步驟：
6、s201、基于seidel像差理論進行同軸兩反系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設計；
7、s202、采用粒子群優(yōu)化算法對次鏡本體的垂向高度、水平偏置及偏轉(zhuǎn)角度三個參數(shù)進行尋優(yōu)，所述粒子群優(yōu)化算法的目標優(yōu)化函數(shù)采用波前誤差及zernike多項式系數(shù)組合作為目標函數(shù)，實現(xiàn)全局搜索與精細優(yōu)化結(jié)合，避免陷入局部最優(yōu)解，
8、步驟s02中目標優(yōu)化函數(shù)如下所示：
9、其中：n是采樣的測量點數(shù)量，是第i個測量點的波前誤差，是理想期望的波前，t是zernike多項式的總數(shù)，是第j個zernike多項式，是加權(quán)權(quán)重以平衡波前誤差及zernike系數(shù)的影響，p是zernike系數(shù)的范數(shù)(通常取1或2)，此優(yōu)化函數(shù)的目標是最小化波前誤差，同時控制zernike多項式系數(shù)，最終提升光學系統(tǒng)成像質(zhì)量。
10、s203、確定次鏡本體的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，基于垂向高度、水平偏置及偏轉(zhuǎn)角度優(yōu)化后的參數(shù)調(diào)整次鏡本體的三自由位姿；
11、s2054、根據(jù)不同的離軸觀測角調(diào)整次鏡本體的結(jié)構(gòu)參數(shù)及位姿，若離軸角變化幅度較小(小于預設值)，僅需調(diào)整次鏡本體的三自由度位姿，若離軸角變化顯著(大于所述預設值)，需重新優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)并調(diào)整位姿；
12、s3、通過兩組平面反射系統(tǒng)將經(jīng)由次鏡補償離軸畸變波前的光束調(diào)整為確定方向平行射出并進入可調(diào)擴束縮束鏡；
13、s4、經(jīng)由可調(diào)擴束縮束鏡調(diào)整光斑尺寸后的光束經(jīng)由反射鏡反射至磁液變形鏡；
14、s5、磁液變形鏡接收可調(diào)擴束縮束鏡調(diào)整后的光束并進行殘余像差補償。
15、一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應用上述任一技術方案所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括以下部件：
16、主鏡，該主鏡為液體鏡面望遠鏡主體，該主鏡中鋪置有液態(tài)金屬且該液態(tài)金屬通過旋轉(zhuǎn)動作產(chǎn)生拋物面型；
17、支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)安裝在主鏡的外圓周處；
18、次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)，該次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)安裝在上述支撐結(jié)構(gòu)上；
19、次鏡本體，該次鏡本體安裝在次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)上且該次鏡本體接收來自主鏡的光束；
20、光束路徑調(diào)整系統(tǒng)，該光束路徑調(diào)整系統(tǒng)具有接收來自次鏡本體輸出光束的兩組平面反射系統(tǒng)，且該光束路徑調(diào)整系統(tǒng)為兩組平面反射系統(tǒng)提供位姿調(diào)整動作；
21、反射鏡，該反射鏡位于兩組平面反射系統(tǒng)的光束輸出路徑上且該反射鏡將兩組平面反射系統(tǒng)的輸出光束反射至磁液變形鏡；其中：
22、所述支撐結(jié)構(gòu)包括連接在主鏡四周的支撐柱以及連接部件，該連接部件安裝于數(shù)個支撐柱懸伸端的匯合處且上述次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)安裝在連接部件上。
23、所述次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)至少包括調(diào)整次鏡本體位置的次鏡旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述次鏡旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括驅(qū)動電機以及旋轉(zhuǎn)軸，所述驅(qū)動電機通過旋轉(zhuǎn)軸連接調(diào)節(jié)座并通過旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動上述調(diào)節(jié)座動態(tài)旋轉(zhuǎn)，所述調(diào)節(jié)座上安裝有次鏡垂直高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及次鏡角度偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
24、所述次鏡角度偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括次鏡吊裝架、次鏡安裝架以及高精度舵機，所述次鏡吊裝架安裝在上述次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)上且該次鏡吊裝架具有沿次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)向下延伸的兩個安裝柱，兩個安裝柱相對布置，上述次鏡安裝架布置于兩個安裝柱之間且上述次鏡本體安裝在上述次鏡安裝架上，所述高精度舵機安裝在安裝柱上且該高精度舵機的輸出端與次鏡安裝架相連。
25、所述次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括第二絲杠導軌、水平向絲杠、齒輪傳動系統(tǒng)、第一伺服電機以及水平向運動滑塊，所述第二絲杠導軌安裝在垂直高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)上，水平向絲杠通過軸承一端連接在垂直高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)上而另一端與第二絲杠導軌連接，齒輪傳動系統(tǒng)具有通過緊固件與第二絲杠導軌連接的箱體，相互嚙合的主動輪以及從動輪安裝在箱體內(nèi)部，主動輪與第一伺服電機的輸出端連接，從動輪與水平向絲杠連接，水平向運動滑塊通過螺紋與水平向絲杠連接，水平向運動滑塊的兩側(cè)翼型伸出端與第二絲杠導軌接觸以使上述第二絲杠導軌導向上述水平向運動滑塊。
26、所述垂直高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，其特征在于：步驟S202中目標優(yōu)化函數(shù)如下所示：
4.一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該系統(tǒng)應用如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括以下部件：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述支撐結(jié)構(gòu)(2)包括連接在主鏡(1)四周的支撐柱(21)以及連接部件(22)，該連接部件(22)安裝于數(shù)個支撐柱(21)懸伸端的匯合處且上述次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)(3)安裝在連接部件(22)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述次鏡角度偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(36)包括次鏡吊裝架(361)、次鏡安裝架(362)以及高精度舵機(
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)(35)包括第二絲杠導軌(351)、水平向絲杠(352)、齒輪傳動系統(tǒng)(353)、第一伺服電機(354)以及水平向運動滑塊(355)，所述第二絲杠導軌(351)安裝在垂直高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(34)上，水平向絲杠(352)通過軸承一端連接在垂直高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(34)上而另一端與第二絲杠導軌(351)連接，齒輪傳動系統(tǒng)(353)具有通過緊固件與第二絲杠導軌(351)連接的箱體(356)，相互嚙合的主動輪(357)以及從動輪(358)安裝在箱體(356)內(nèi)部，主動輪(357)與第一伺服電機(354)的輸出端連接，從動輪(358)與水平向絲杠(352)連接，水平向運動滑塊(355)通過螺紋與水平向絲杠(352)連接，水平向運動滑塊(355)的兩側(cè)翼型伸出端與第二絲杠導軌(351)接觸以使上述第二絲杠導軌(351)導向上述水平向運動滑塊(355)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述光束路徑調(diào)整系統(tǒng)(5)還包括分別與次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)(3)保持同步旋轉(zhuǎn)的跟隨式平面反射位姿調(diào)整系統(tǒng)(52)以及固定式平面反射位姿調(diào)整系統(tǒng)(53)，所述跟隨式平面反射位姿調(diào)整系統(tǒng)(52)通過延伸吊架固定在齒輪傳動系統(tǒng)(353)的箱體(356)上，所述固定式平面反射鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)(53)通過吊裝桿固定在第一絲杠導軌(341)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述反射鏡(6)與次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)(3)之間設置有可調(diào)擴束縮束鏡(8)，所述可調(diào)擴束縮束鏡(8)由三組相對位置可調(diào)的透鏡(81)組成，三組透鏡之間采用空氣隙間隔方式安裝于機械組件中。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述磁液變形鏡(7)包括均勻磁場(71)、磁性液體(72)、薄壁容器(73)以及微型線圈(74)，所述薄壁容器(73)安裝于均勻磁場(71)內(nèi)，所述磁性液體(72)鋪置于所述薄壁容器(73)上表面并置于均勻磁場(71)的中心位置，所述微型線圈(74)固定設置在上述薄壁容器(73)下方。
...【技術特征摘要】
1.一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，其特征在于：步驟s202中目標優(yōu)化函數(shù)如下所示：
4.一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該系統(tǒng)應用如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的方法，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括以下部件：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述支撐結(jié)構(gòu)(2)包括連接在主鏡(1)四周的支撐柱(21)以及連接部件(22)，該連接部件(22)安裝于數(shù)個支撐柱(21)懸伸端的匯合處且上述次鏡位姿調(diào)整系統(tǒng)(3)安裝在連接部件(22)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述次鏡角度偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(36)包括次鏡吊裝架(361)、次鏡安裝架(362)以及高精度舵機(363)，所述次鏡吊裝架(361)安裝在上述次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)(35)上且該次鏡吊裝架(361)具有沿次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)(35)向下延伸的兩個安裝柱(364)，兩個安裝柱(364)相對布置，上述次鏡安裝架(362)布置于兩個安裝柱(364)之間且上述次鏡本體(4)安裝在上述次鏡安裝架(362)上，所述高精度舵機(363)安裝在安裝柱(364)上且該高精度舵機(363)的輸出端與次鏡安裝架(362)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可實現(xiàn)動態(tài)校正液體鏡面望遠鏡離軸像差的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述次鏡水平偏置調(diào)節(jié)系統(tǒng)(35)包括第二絲杠導軌(351)、水平向絲杠(352)、齒輪傳動系統(tǒng)(353)、第一伺服電機(354)以及水平向運動滑塊(355)，所述第二絲杠導軌(351...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：吳智政，丁海春，劉天琦，錢梵梵，徐毛毛，嚴家晟，
申請(專利權(quán))人：上海大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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