[发明专利]一种焦比可调的主动光学系统和方法

说明书

本发明属于主动光学技术领域，通过在传统的光学系统中通过引入液体透镜和空间光调制器对系统波前进行实时在线的调节，以两幅离焦图像强度分布相减为输入，利用曲率传感求解整个波前信息，利用灵敏度矩阵构建系统主镜面形误差与执行元件的运动量ΔD关系，通过主动光学原理针对不同的观测目标需要不同的分辨率，通过大视场探测功能可以迅速的获得待测目标，并在这之后，使用高分辨成像模块针对感兴趣的目标进行细节的分辨，从而实现详查与普查的有机结合；利用窄带滤光片无需通过移动部件获取焦前焦后像，可获得较大的离焦范围；通过液体透镜、空间光调制器的引入对系统主镜的波前像差进行校正，放宽了对主镜曲率加工的要求，降低系统建设成本。

技术领域

本发明属于主动光学技术领域，特别涉及一种可实现详查与普查的焦比可调的主动光学系统和方法。

背景技术

望远镜口径的增加不仅可以有效地提高对临近目标的分辨能力，同时还以平方规律提升望远镜的集光能力，可有效提升暗弱目标成像信噪比、拓展极限探测能力，最终实现对更加深远的宇宙的探索。因此，大口径大视场望远镜是未来验证宇宙学最新理论、增加时域天文等领域学术话语权的关键。

大口径大视场望远镜在近二十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，8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。不论是在占领“太空高地”保障国土安全方面，还是在探测存在撞击威胁的小行星等天文学邻域，均存在较大的差距。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。

目前主动光学系统很难同时满足对目标的详查与普查，通过传统的移动光学透镜的方式获得的离焦范围有限且像质欠佳，同时对主镜的曲率加工要求严格，使得整体系统建设成本高昂。

发明内容

本发明为了解决现有主动光学系统中无法兼顾详查与普查的问题，提出了一种焦比可调的主动光学系统和方法，该系统不仅同时满足详查与普查的需求，还利用窄带滤光片获得离焦前后图像。针对不同的观测目标需要不同的分辨率，通过大视场探测功能可以迅速的获得待测目标，并在这之后，使用高分辨成像模块，针对感兴趣的目标进行细节的分辨。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种焦比可调的主动光学系统方法，包括：

S1、通过绳系对系统主镜进行驱动，同时利用存在的角度调节机构，使其符合系统主镜曲率变化后的边界条件；

S2、在已有校正镜组的基础上，添加液体透镜以及空间光调制器，分别对主动光学系统前后离焦量和球差以及高阶像差进行补偿；

S3、利用相机获取的两幅离焦图像强度分布，根据近场电磁波的传输方程，通过曲率传感解算出波前相位信息

S4、利用灵敏度矩阵构建系统主镜面形误差ΔZ与执行元件的运动量ΔD之间的关系，并求取执行元件的运动量ΔD，完成对系统的面形误差校正。

优选地，已有校正镜组包括：带力矩透镜和普通透镜组。

优选地，系统主镜面形误差ΔZ包括：利用液体透镜校正的面形误差δZ₁、利用空间光调制器校正的面形误差δZ₂以及通过曲率传感解算出波前相位信息

优选地，系统主镜面形误差ΔZ还包括：利用带力矩的透镜校正的面形误差δZ₄。

优选地，波前相位信息由下式计算获得：

其中，

Δz为焦面的移动距离；