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一种基于杨氏双缝干涉理论检测望远镜成像质量的方法
常亮; 王建国; 王传军; 辛玉新; 范玉峰; 白金明; 伦宝利
申请(专利权)人中国科学院云南天文台
专利号ZL201611007630.7
申请号CN201611007630.7
申请日期2016-11-16
公开(公告)号CN106500968A
公开日期2017-03-15
分类号G01M11/02
IPC 分类号G01M11/02
授权国家中国
专利类型发明
专利状态公开
2016-11-16
产权排序1
摘要本发明涉及一种基于杨氏双缝干涉理论检测望远镜成像质量的方法,具体步骤如下:首先根据已知的望远镜参数计算该系统中准直,成像系统及离焦透镜的通光口径和个系统焦距等相关参数,并根据当地大气视宁度情况计算出Hartman屏每个小空的直径及小孔间距。在数据处理时,首先探测到的小孔及干涉像,并记录它们的位置。硬件设计加工和软件研发完成后,要对整个系统进行联合调试,检验系统软硬件的匹配情况,以便及时修改错误与不足,使整个系统的工作尽善尽美。联调结束后,就要通过观测来进行望远镜像质的检测。该发明方法能有效地针对望远镜成像质量进行检测,使用效果好,便于根据需要使用。
主权项1.一种基于杨氏双缝干涉理论检测望远镜成像质量的方法,其特征在于:具体步骤如 下: 首先根据已知的望远镜参数计算该系统中准直,成像系统及离焦透镜的通光口径,并 根据当地大气视宁度情况计算出Hartman屏每个小空的直径及小孔间距;软件开发是根据 杨氏双缝干涉理论,测量离散相差;对于Hartman屏上的众多小孔,如果CCD在远离成像镜焦 面的位置,在CCD上各个小孔的像就会彼此交叠,发生干涉;那么在合适的位置上,干涉图像 的极大值就会被记录,离开成像镜焦点的位置由下式给出: S = λ ( f d ) 2 式中,S为离焦量,λ为中心波长,f为系统焦距,d为小孔间距; 在数据处理时,首先探测到的小孔及干涉像,并记录它们的位置;干涉像的精确位置取 决于小孔之间的相差;用杨氏双缝干涉公式来解决极大值干涉像在CCD上的位置,但是注意 到这里有4个相位孔径参加干涉,把小孔的相位差和干涉像质心位置与4个小孔的中心位置 偏差Δx,Δy关联起来,有公式: Δφ x = ( φ 3 + φ 4 ) - ( φ 1 + φ 2 ) = 2 d Δ x f Δφ y = ( φ 1 + φ 3 ) - ( φ 4 + φ 2 ) = 2 d Δ y f 上式中,Δφ是小孔的相差,φ是相位,d是相邻小孔间距; 假设在Hartman屏上取M个采样点,对于每个采样点i来说,在瞳上都有无量纲的坐标 (xi,yi),通过测量m=0时干涉斑图像位移,得到采样点的波前倾斜推算 小孔干涉的相位差为: 上式中ap和sp是Hartman屏孔径间距投射到无量纲瞳上的位置;已知取样点i的波前Wi 由带振幅系数Cj的N项泽尼克多项式Zj来描述: W ( x i , y i ) = Σ i - 1 n Z j ( x i , y i ) C j = W i 用矩阵来描述在CCD上探测到的离散的波前误差为: ∂ Z 1 ∂ x ( x 1 , y 1 ) ... ∂ Z 1 ∂ x ( x 1 , y 1 ) ... ... ... ∂ Z 1 ∂ x ( x M , y M ) ... ∂ Z N ∂ x ( x M , y M ) ∂ Z 1 ∂ y ( x 1 , y 1 ) ... ∂ Z N ∂ y ( x 1 , y 1 ) ... ... ... ∂ Z 1 ∂ y ( x M , y M ) ... ∂ Z N ∂ y ( x M , y M ) C 1 ... C N ∂ W 1 ∂ x ... ∂ W M ∂ x ∂ W 1 ∂ y ... ∂ W M ∂ y 上面矩阵的纵列表述了在CCD上每个波前倾斜多项式在整个波前测量中的影响,多项 式是一个[A](x)=b的形式,[A]是一个2M×N的多项式; 在瞳面上,取M个相差点和K个相位孔,每一个相位都由下式来描述: 根据上面的描述,1)要在计算机里建模,模拟不同像差情况下望远镜的像质,用于和实 测值进行比较;2)编写图像采集程序,数据处理程序;记录光斑和干涉像位置的这个过程用 天文数据处理程序完成,采用IRAF和IDL软件来实现;3)编写程序模拟大气湍流信息,由 Kolmogorov湍流产生的均方根相位差为δ(φ),它取决于Hartman屏上小孔采样的空间分布 x: 上式中,大气相干长度r0对应于0.4175个中心波长λ的相位误差;r0与长曝光冻结大气 后干涉斑所对应的天空角θ的关系为: θ ( a r c sec ) ≅ 20.2 λ r 0 Hartman屏上小孔间隔d作为视宁度的函数,它的上限通过当均方根相差δ(φ)~1/2λ 时进行估计,得到: 由上式看出,波长λ,天空角θ和小孔的空间分布x,决定了大气湍流的限制,匹配视宁度 和干涉图的角间距(θ~λ/d)确定这种限制的等级;4)用IDL程序调用图像采集,数据处理和 大气湍流信息,输入到泽尼克多项式的计算程序中,分析处理得到远镜像质情况;首先处理 定标单元所产生的波前误差,接着,程序会直接给出测量图像正确的泽尼克系数,用户根据 实际情况给出系数的数量;程序执行下列步骤:a:沿着规则的栅格排列干涉像;b:根据屏的 精度确定主极大干涉像;c:计算定标值和测量值的差异,给出波前的局部倾斜的分析结果; d:满足适合泽尼克多项式的最小二乘方中的波前倾斜计算;5)把软件开发成交互式友好界 面,提高观测效率; 硬件设计加工和软件研发完成后,要对整个系统进行联合调试,检验系统软硬件的匹 配情况,以便及时修改错误与不足,使整个系统的工作尽善尽美;联调结束后,就要通过观 测来进行望远镜像质的检测; 首先让望远镜指向目标星曝光,系统包含如下的波前信息: {大气湍流}+{望远镜}+{YFOSC}+{波前探测器} 然后把定标灯移到望远镜焦面上,进行曝光,这时系统的波前信息应该为: {YFOSC}+{波前探测器} 这两次曝光后,就把YFOSC和波前探测器的波前误差减掉,剩下: {大气湍流}+{望远镜}的波前信息,在上面的介绍中知道,大气湍流信息是用Zemax的 编写的宏文件模拟的,并被IDL调用,去除,这时就只剩下{望远镜} 的波前信息,再用泽尼克多项式进行分析,得到望远镜的像质情况; 在检测望远镜像质时,要进行多方位,多次测量:1)同一个目标曝光几幅的成像质量测 试,2)同一个目标长时间观测,曝光几百幅的成像质量测试;3)不同目标,不同望远镜位置 (方位,高度)的观测测试;这些步骤的目的是为了在望远镜的像质已经被恰当的分析后,在 一段时间里观察任何可能的像差变化,并观察像质和望远镜在不同位置时的内在联系,以 及温度,风速变化等环境因素对望远镜像质的影响。
语种中文
专利代理人李宏伟
代理机构北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙)
文献类型专利
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/12046
专题丽江天文观测站(南方基地)
作者单位中国科学院云南天文台,云南省昆明市官渡区羊方旺396号
第一作者单位中国科学院云南天文台
推荐引用方式
GB/T 7714
常亮,王建国,王传军,等. 一种基于杨氏双缝干涉理论检测望远镜成像质量的方法. ZL201611007630.7[P]. 2016-11-16.
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