[发明专利]一种基于瞳孔离散选通的光学波前误差改善系统

说明书

技术领域

    本发明涉及一种基于瞳孔离散选通的光学波前误差改善系统，属于主动光学、自适应光学等高性能成像领域，具体地说是由离散选通系统控制波前的光学波前误差改善系统。

 

背景技术

    随着激光、微电子和计算机的出现和发展，光学仪器的功能和质量都有了明显的发展与提高。但这种努力仅限于提高仪器内部质量。但实际的天文观测中，会受到重力变形、热变形、甚至大气湍流的非常严重的影响。最大限度地提高地基天文光学系统的空间分辨能力以便更好地观测天体的形状和结构细节上天文学家的梦想和天文仪器专家追求的目标。

  光学系统，在实际的加工、安装、调试的过程中，其温度变形、重力变形、加工误差、安装误差、光学设计残差、环境影响等传统光学误差来源始终存在。望远镜作为常见的天文光学系统中，根据瑞利判据，其角分辨率α=1.22λ/D，其中λ为入射光波的波长，D为入瞳直径。但在实际的观测中，望远镜的分辨率与当地的视宁度以及上述各种光学像差来源有关。对于地基光学仪器，光波在传播的过程之中，遭遇湍流大气，会使其波前产生高时间空间频率畸变。对于大口径望远镜来说，影响其分辨率的因素从入瞳的口径转化为了大气想干长度和相关时间。因为大气团内外尺度变化具有复杂的非平稳随机过程的性质，天体发出的光经过大气层时受到畸变，最终使得望远镜实际角分辨率无法突破大气宁静度和各种光学像差的限制。

  到20世纪70年代由于基础技术的发展成熟，也由于在高分辨力成像观测和高集中度激光能量传输等方面对克服动态干扰的需求更趋迫切, 主动光学和自适应光学的设想得以实现。

  主动光学和自适应光学技术均是以瞳孔面上的波前为研究对象的自动控制系统，区别只在于校正频率和像差变化的时空频率。目前最为通用、发展最为成熟的主动光学和自适应光学系统为校正式光学系统，其最为重要的元件为波前校正器以及波前检测器。用来校正大气湍流的校正式自适应光学系统为一个闭环系统，来自观测目标的经过大气湍流等干扰形成的模糊的图像，由波前检测器测出波前相位畸变，其波前校正器通常为变形镜，变形镜是一个背面有规律排布若干电动驱动器的薄镜面，变形镜的面形决定由变形镜射出的光束的波前相位，而变形镜的面形由驱动器的电压控制，电压的变化则来自于波前检测器的信号。

  当前主动光学和自适应光学系统，在变形镜上需要投入非常多，而且因为国外的限制，越来越大口径和分辨率的变形镜也有困难，而基于瞳孔离散选通的光学波前误差改善系统，通过离散选通系统来实现波前瞳孔的离散选通，在尽量保持空间频率完备的基础上，能有效地节省造价成本，降低系统复杂程度，提高了波前误差的统计性能，改善了光学系统的原有的波前误差，是波前误差改善方法除了主动光学和自适应光学之外的另外一条捷径。

发明内容

  本方案所要解决的问题：克服现有的自适应光学中波前校正器过于复杂、成本过高、难以获得的不足，提出一种于瞳孔离散选通的光学波前误差改善系统，通过离散选通系统来实现波前瞳孔的离散选通，在尽量保持空间频率完备的基础上，有效地提高了波前误差的统计性能，改善了光学系统的原有的波前误差。

  本技术发明的解决方案是：一种基于瞳孔离散选通的光学波前误差改善系统，由依光路排列的光学系统主镜、分光镜、波前检测器、离散选通系统以及科学成像相机组成；所述光学波前误差改善系统还设有计算机，所述波前检测器以及离散选通系统均与计算机相连，所述计算机用于根据来自波前检测器的波前畸变信息来控制离散选通系统对瞳孔离散波前选通；进入主镜的光由分光镜分为两部分，一部分经由波前检测器，作为检测波前，并将波前信号输入到计算机中，反馈到离散选通系统中；另一部分直接进入离散选通系统，所述离散选通系统用于根据波前信号及控制逻辑进行控制，进行瞳孔离散波前的选通，然后最终获得科学成像。

波前检测器检测出瞳孔离散波前的畸变，然后计算机来处理波前，判断出波前是否符合要求，再控制快门或DMD微反射镜片的开关，最终实现系统性能的改善和科学成像分辨率的提高。

作为本发明的一种具体实现：所述离散选通系统由沿光路排列的第一透镜、快门阵列和第二透镜组成。

作为本发明的另一种具体实现：所述离散选通系统沿光路排列的第一透镜、DMD系统和第二透镜组成。

作为本发明的进一步改进，所述计算机通过波前拟合及提前设定好的阈值的离散波前优劣判断逻辑或算法，判断出符合要求的波前以及不符合要求的波前。