[发明专利]一种基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法。该方法适用于望远镜系统装调和在线调整。

背景技术

理想情况下望远镜主次镜相对位置是一定的，然而在运行过程中，由于温度、重力等因素的影响，其主次镜相对位置会产生变化。以主镜中心顶点作为参考坐标系原点，系统结构的变化包括次镜沿光轴方向的平移、垂直光轴方向的平移以及垂直光轴方向的旋转。主次镜相对位置的变化会使望远镜产生一定的像差。其中主要包括沿光轴方向平移产生的离焦和球差、垂直光轴平移或旋转产生的彗差和像散。对于小视场望远镜系统，可以忽略像散对成像的影响，轴上视场主要为彗差。通过调节次镜，可以使轴上视场像差得到校正，即可认为望远镜系统的像差得到校正。然而随着望远镜系统视场的增大，像散已经变得不可忽略。仅仅对轴上视场的像差进行校正已经不能实现整个视场像差的校正。因此，在进行大视场望远镜系统像差校正中，需要同时考虑轴上视场和轴外视场。

目前，存在多种利用轴上视场和轴外视场进行像差校正的方法。例如利用轴外视场远场光斑的方位角和偏心率对波前像差系数进行计算，从而获取绕零彗差点旋转角度的方法（参见Collimation of Fast Wide-Field Telescopes,BRIAN A.MCLEOD,1996）；利用波前探测器对波前像差系数进行获取，从而对绕零彗差点旋转角度进行计算（参见Final alignment of the VLT,L.Noehte and S.Guisard,2000）；利用灵敏度矩阵建立失调量与像差系数之间的关系，通过对像差系数的测量而反向求解失调量（参见Reverse-optimization Alignment Algorithm using Zernike Sensitivity,Eugene D.Kim,etal,2005）。上述方法均对波前像差系数进行间接或直接获取，从而指导校正。第一种方法的缺点是计算复杂度较高，校正结果受计算精度的影响较大。第二种方法需要波前探测器等，增加了系统的复杂度。第三种方法所建立的矩阵关系是在误差较小时的近似，在误差较大时矩阵关系存在较大偏差，同时像差系数的获取增加了系统的复杂度。从公开发表的文献中可以看出，望远镜系统像差的校正方法主要与波前像差系数相关，从而使系统存在一定的复杂性，增加了工程实施难度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法，该方法能够通过迭代的方式实现望远镜主次镜相对位置的校正，具有计算简单，工程实施容易的特点。

本发明的技术解决方案是：一种基于光斑清晰度函数的望远镜次镜位置校正方法。其特征步骤如下：

（1）以轴上视场光斑清晰度作为目标函数，光轴方向为z轴方向，垂直光轴的两个方向为x,y轴方向建立直角坐标系，则次镜的位移变量包括沿光轴方向即z方向的平移以及垂直光轴的x,y方向的平移共三个变量，通过迭代计算得到目标函数出现极值的次镜的位置；在迭代过程中每一次迭代过程包括两个步骤，第一步:沿光轴方向平移；第二步：垂直光轴方向平移和旋转；将上述两步作为一次循环，使目标函数收敛到全局极值；如图1中第一步循环过程所示；

（2）以多个轴外视场光斑的清晰度函数的平均值作为目标函数，使次镜沿正交的两个方向绕系统零彗差点旋转即沿垂直光轴x,y轴方向绕零彗差点旋转，其中次镜中心顶点和零彗差点之间的距离Z_cfp满足下述公式，其中L为次镜中心顶点与焦面距离，m₂为次镜放大率，即系统焦距与主镜焦距之比，满足m₂=f，/f₁’，f’为望远镜系统的焦距，f₁’为主镜的焦距，b_s2为次镜圆锥曲线常数。迭代求解目标函数的极值，实现次镜位置的校正，如图1中第二步循环过程所示。