基于色散条纹传感技术的拼接镜共相方法研究

	基于色散条纹传感技术的拼接镜共相方法研究
	孟玉凰
	2016-10-01
发表期刊	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
期号	6
摘要	为追求更高的分辨率,空间成像光学系统的发展趋势就是长焦距和大口径。但是以现有的技术水平,单块望远镜口径的增大会给镜面的加工检测、望远镜支撑以及后续的使用维护带来很大困难。拼接主镜概念的提出,突破了传统的全口径光学系统设计理念,将完整的光学系统“化整为零”,在有效地减小望远镜的质量和造价的同时,保证了系统成像质量,为制造大口径及超大口径空间望远镜指出了一个新方向。但是,采用拼接式主镜的望远镜系统,也伴随着许多新的技术问题,其中最具挑战性的、也最为关键的,就是拼接子镜之间的共相误差探测。对于拼接型望远镜,为使望远镜系统达到或接近衍射极限的成像质量,要求各个子镜达到光学上的共焦共相。实际上,共焦易于实现,难点在于共相。传统的波前探测方法如剪切干涉法,夏克-哈特曼波前传感法以及曲率传感法等,由于自身结构复杂并且对拼接镜的平移误差不敏感,很难用于拼接镜系统的平移误差检测。相位差法虽然能以较高的精度对平移误差进行探测,但其检测范围十分有限,所以很难用于较大平移误差的探测。不同于这些常规的波前探测方法,色散条纹检测技术通过从非单色光源照射相邻子镜拼接区域得到的明暗条纹中提取光强信息,实现拼接镜平移误差的非接触式测量。具有操作方便、自动化程度高、体积小、成本低、量程大、抗干扰能力强等优点,尤其适用于空间望远镜在轨检测。本文对基于色散条纹传感技术的拼接镜共相方法展开了研究。根据色散条纹传感技术的检测原理,构建了色散条纹传感器的光学成像模型,并利用计算机对整个检测流程进行了仿真研究。为解决色散条纹检测技术对波长以内平移误差失效的问题,提出了两种辅助检测方法——色散哈特曼检测法、色散模板匹配法,并通过仿真验证了这两种方法的可行性。结合这几种方法,色散条纹传感器在可见光范围内能准确检测±60μm量程范围内的平移误差,检测精度可达l10,实现了粗共相和精共相的无缝衔接。同时,详细定量分析了影响色散条纹传感器性能的误差因素:哈特曼子透镜定位误差、棱栅定位误差、提取信号列位置误差。通过模拟不同误差下的色散条纹,分别采用色散条纹检测法、色散哈特曼检测法、色散模板匹配法对不同程度的误差进行测试,根据测试结果确定这几种检测方法对系统误差的容许程度和抵抗能力。特别地,对采集信号列相对中心列位置的偏移造成的检测误差,提出了多路采集和提高波长标定精度等相应的解决方法,并且针对色散条纹检测算法提出了新的改进方案,利用相位项解算平移误差的拟合残余量,降低其对微小标定误差的敏感程度。最后,设计了色散条纹传感器检测系统,搭建了光学实验平台,对色散条纹检测法探测拼接镜平移误差进行了实验验证。实验结果表明,该方法可以有效地完成对平移误差的大量程、无盲区、高精度检测,在空间和地基拼接型望远镜的粗共相标定和控制领域有广阔的应用前景。
关键词	色散条纹传感器拼接镜共相检测平移误差主动光学
语种	中文
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/58142
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	孟玉凰. 基于色散条纹传感技术的拼接镜共相方法研究[J]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2016(6).
APA	孟玉凰.(2016).基于色散条纹传感技术的拼接镜共相方法研究.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(6).
MLA	孟玉凰."基于色散条纹传感技术的拼接镜共相方法研究".中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 .6(2016).