大口徑、長焦距平行光管焦點實時監測系統技術方案

本發明專利技術涉及一種大口徑、長焦距平行光管焦點實時監測系統，該系統的激光器發射的激光光束通過激光分束鏡分成兩束激光，兩束激光經半反半透鏡反射后通過狹縫，然后經反射鏡反射后射向平行光管的主鏡；從主鏡反射出去的兩束激光經過兩個五棱鏡、的四次折轉后再次通過主鏡返回，經反射鏡反射后通過狹縫，然后通過半反半透鏡后面的兩組分離透鏡、會聚在CCD上；處理器根據CCD接收的圖像數據計算出兩個光斑之間的距離，進而得到離焦量的大小和方向。本發明專利技術發射光路和接收光路位于同一平面內，安裝時各個元件的相對位置容易保證，降低了整個系統的裝調難度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種大口徑、長焦距平行光管焦點實時監測系統。
技術介紹
隨著人類不斷向太空深處探索，空間光學得到了長足的發展，各種大型空間望遠鏡、空間相機層出不窮，其口徑也是越做越大，如口徑為2.4 m的Hubble望遠鏡、單個口徑為8. 4 m的LBT望遠鏡、口徑6. 5 m的James天基望遠鏡和總拼接口徑為25 m的GMT地基望遠鏡等。因此，大口徑檢測系統在標定與檢測的科研工作中應用越來越廣泛，其核心設備是大口徑的平行光管。可是隨著平行光管的口徑越來越大、焦距越來越長，調整與標定平行光管的過程也變得很繁瑣，其像質也較難保證，并且容易受到周圍環境的影響。比如溫度、空氣擾動、震動或抽真空后光管內外壓強差等環境參數的變化引起的離焦問題，不但降 低了大口徑平行光管的像質，而且使平行光管出射光的發散度增大，進而影響了對于大口徑光學設備標定與檢測的精度。目前應用比較廣泛的檢焦方法主要有測距法、程序補償法、圖像處理法、光電自準直法四種。I)測距法主要是通過成像系統向成像目標發出激光或是超聲波，利用接收器件接收反射波，最后按照一定的算法通過激光或是超聲波往返的時間算出物距以及像距。該方法主要用于經緯儀等成像設備，雖然成本較低、可靠性好，但是需要增加雷達或測距機等相應裝置。2)程序補償法利用現有的實驗室數據來訓練人工神經網絡等智能程序，程序經過大量數據的訓練便可以找出離焦量與溫度、氣壓、震動等參數的關系，在實際的應用中只要輸入現場的幾種環境參數，訓練好的程序就會給出相應的離焦量。這種方法雖然簡單，但是不能完全模擬現實環境的復雜程度，精度不夠。3)圖像處理法是通過評價和處理離焦時系統所成的模糊圖像，計算出系統當時的離焦量，這種方法雖然實時性較高，精度較好，但只適用于傳輸型空間相機或顯微鏡等成像系統。4)光電自準直法相比前幾種方法，更適于在實驗室中應用，而且此方法也正是現階段實驗室調校平行光管的主要方法。但是由于自準直法所用的大口徑平面鏡會占用整個光管的通光口徑，所以平行光管一旦調整好，是無法在使用期間再次調整或檢測離焦量的。而且由于被檢設備的口徑越做越大，調校時所用平面鏡的口徑也從原來的幾百毫米增加到現在的幾米甚至十幾米，其重量也以百公斤計，所以每次移動平面鏡都會對周圍的環境參數造成嚴重的影響，因此無法立即開始檢測或調試，這不但會拖慢整個科研項目進程而且還會影響到測量結果的可信程度。儀器儀表學報第23卷第2期(2002年4月)公開了 “空間相機相關法實時檢焦技術研究” 一文。該文章提出了一種自準直光路，利用兩塊五棱鏡代替大平面反射鏡，將像面發出的狹縫目標經五棱鏡反射后成像到其共扼位置上，采用CCD作為光電轉換器件，經驅動電路、A/D轉換后輸入微機進行信號處理求出離焦大小和方向。該系統發射光路和接收光路不在同一平面內，系統光源和作為光電轉換器件的CCD將會同時占用空間相機焦面的兩個位置，而考慮到空間相機的結構較為緊湊且各種測量傳感器較多，所以在保證不遮擋或不阻礙空間相機自有結構的基礎上進行安裝和調校較為困難，在軌實時檢焦難度較大。由于試驗環境對空間相機的影響較大，而該文章又未提及試驗時的環境參數和對兩狹縫像距離測量重復性的闡述，所以文章中的測量數據和測量精度可能因為系統誤差或環境因素的影響而不夠準確和完善。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種安裝和調校較方便，并且不會遮擋或阻礙平行光管自有光學結構的大口徑、長焦距平行光管焦點實時監測系統。為了解決上述技術問題，本專利技術的大口徑、長焦距平行光管焦點實時監測系統包括激光器，激光分束鏡，半反半透鏡，狹縫，兩組分離透鏡，反射鏡，兩個五棱鏡，處理器；激光器發射的激光光束通過激光分束鏡分成兩束激光，兩束激光經半反半透鏡反射后通過狹縫，然后經反射鏡反射后射向平行光管的主鏡；從主鏡反射出去的兩束激光經過兩個五棱鏡的四次折轉后再次通過主鏡返回，經反射鏡反射后通過狹縫，然后通過半反半透鏡后面的兩組分離透鏡會聚在CCD上；處理器根據CCD接收的圖像數據計算出兩個光斑之間的距離，進而得到離焦量的大小和方向。本專利技術利用激光分束鏡將激光器發出的一束激光分為兩束激光，兩束激光的能量分布基本相同，經光學系統后在CCD上得到的兩個光斑形狀也是十分相近，即兩個光斑經過CCD轉換成的電信號相關。兩個五棱鏡固定于遠離平行光管主鏡的鏡筒內，代替大口徑平面鏡，能夠減小對光路的影響，并且不會影響其他的實驗工作。由激光器、激光分束鏡、半反半透鏡、狹縫和兩個五棱鏡構成發射光路，由半反半透鏡、狹縫、兩組分離透鏡構成接收光路；發射光路和接收光路位于同一平面內，安裝時各個元件的相對位置容易保證，降低了整個系統的裝調難度。所述處理器包括系統參數存儲模塊存儲有參數Ud ’、M、h，L0為平行光管的焦點與分離透鏡的前焦點重合時兩光斑之間的距離，f丨為平行光管的焦距，M為兩組分離透鏡的放大倍數，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大口徑、長焦距平行光管焦點實時監測系統，其特征在于包括激光器（2？1），激光分束鏡（2？2），狹縫（2？3），半反半透鏡（2？7），反射鏡（2？11)，兩個五棱鏡（2？5、2？6），兩組分離透鏡（2？8、2？9），處理器；激光器(2？1)發射的激光光束通過激光分束鏡(2？2)分成兩束激光，兩束激光經半反半透鏡(2？7)反射后通過狹縫(2？3)，然后經反射鏡(2？11)反射后射向平行光管的主鏡(2？4)；從主鏡(2？4)反射出去的兩束激光經過兩個五棱鏡(2？5、2？6)的四次折轉后再次通過主鏡(2？4)返回，經反射鏡(2？11)反射后通過狹縫(2？3)，然后通過半反半透鏡(2？7)后面的兩組分離透鏡(2？8、2？9)會聚在CCD(2？10)上；處理器根據CCD(2？10)接收的圖像數據計算出兩個光斑之間的距離，進而得到離焦量的大小和方向。

【技術特征摘要】
1.一種大口徑、長焦距平行光管焦點實時監測系統，其特征在于包括激光器(2-1)，激光分束鏡(2-2)，狹縫(2-3)，半反半透鏡(2-7)，反射鏡(2-11)，兩個五棱鏡(2-5、2-6)，兩組分離透鏡(2-8、2-9)，處理器；激光器(2-1)發射的激光光束通過激光分束鏡(2-2)分成兩束激光，兩束激光經半反半透鏡(2-7)反射后通過狹縫(2-3)，然后經反射鏡(2-11)反射后射向平行光管的主鏡(2-4);從主鏡(2-4)反射出去的兩束激光經過兩個五棱鏡(2-5、2-6)的四次折轉后再次通過主鏡(2-4)返回，經反射鏡(2-11)反射后通過狹縫(2-3)，然后通過半反半透鏡(2-7)后面的兩組分離透鏡(2-8、2-9)會聚在(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李響，張曉輝，
申請(專利權)人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，
類型：發明
國別省市：