1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室,吉林 长春 130033
对于空间相机来说,高分辨率要求相机的焦距要长,长焦距则会导致主次镜间距变大,从而导致空间相机的体积增大,空间利用率降低。为了充分减小空间相机发射时的包络尺寸,降低空间相机的发射成本,针对同轴三反式光学系统设计了一种基于空间四连杆的高精度可重复式次镜展开机构。对该次镜展开机构进行误差分析,对次镜展开机构的模型进行有限元分析以评估机构的可靠性,并设计了机构可重复性实验验证次镜展开机构的可重复性。次镜展开机构折叠后空间相机光轴方向长度由875 mm压缩为324 mm,体积压缩63%,展开状态下的基频为96.64 Hz,重复展开位移极限误差最大为15.61 μm,倾斜极限误差最大为16.89″。结果表明,该机构实现了空间相机体积的压缩,且锁紧状态下的基频符合在轨使用要求,重复精度满足光学系统要求,能够适应微纳卫星的运载条件,可以应用于航天实践中。
空间相机 次镜展开机构 有限元分析 可重复性实验 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522003
Youming Guo 1,2,3,4Kele Chen 1,2,3,4,5Jiahui Zhou 1,2,3,4Zhengdai Li 1,2,3,4[ ... ]Changhui Rao 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 School of Electronic, Electrical and Commutation Engineering, University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China
5 National Key Laboratory of Optical Field Manipulation Science and Technology, Chengdu 610209, China
Integrating deformable mirrors within the optical train of an adaptive telescope was one of the major innovations in astronomical observation technology, distinguished by its high optical throughput, reduced optical surfaces, and the incorporation of the deformable mirror. Typically, voice-coil actuators are used, which require additional position sensors, internal control electronics, and cooling systems, leading to a very complex structure. Piezoelectric deformable secondary mirror technologies were proposed to overcome these problems. Recently, a high-order piezoelectric deformable secondary mirror has been developed and installed on the 1.8-m telescope at Lijiang Observatory in China to make it an adaptive telescope. The system consists of a 241-actuator piezoelectric deformable secondary mirror, a 192-sub-aperture Shack-Hartmann wavefront sensor, and a multi-core-based real-time controller. The actuator spacing of the PDSM measures 19.3 mm, equivalent to approximately 12.6 cm when mapped onto the primary mirror, significantly less than the voice-coil-based adaptive telescopes such as LBT, Magellan and VLT. As a result, stellar images with Strehl ratios above 0.49 in the R band have been obtained. To our knowledge, these are the highest R band images captured by an adaptive telescope with deformable secondary mirrors. Here, we report the system description and on-sky performance of this adaptive telescope.
adaptive optics deformable secondary mirror visible imaging Opto-Electronic Advances
2023, 6(12): 230039
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220887
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220635
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
对于大型光学望远镜来说,主次镜之间的相对位姿有着非常严格的要求,由于主镜质量较大,因此常常将次镜系统设计为有多个自由度的可调整机构,其调整效果对望远镜成像有着重要的影响。随着望远镜的口径不断增大,应用场景的不断发展,次镜调整机构不止要保证高精度,还要有高负载,其设计也越来越具有挑战性。为了寻找大口径望远镜次镜调整机构的可行方案,针对大型光学望远镜的次镜调整机构的发展需求和不同的应用情况,对不同的次镜调整机构进行了整理,分类和对比,最后对各种次镜调整机构的优势与不足进行了总结,对大口径望远镜未来的发展进行了展望。
大型光学望远镜 次镜系统 调整机构 large optical telescope secondary mirror system adjustment mechanism
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033
大型望远镜的次镜支撑系统受重力影响,在不同俯仰角状态下会引入不同幅度的姿态误差,导致系统光路偏移,最终影响终端成像设备。如果不进行次镜姿态校正,在望远镜俯仰运动过程中,像点偏移过大,会导致精跟系统超限失效问题,基于望远镜主次镜光学设计参数,利用次镜的曲率中心点和主次镜光路的无彗差点以及次镜六自由度平台,建立了一种次镜姿态校正方法,基于望远镜俯仰角进行次镜姿态校正。通过次镜姿态校正,使望远镜仰角变化时精密跟踪系统前端光路的最大偏移角度由12.85″优化至1.80″。该次镜姿态校正方法易于实现,效果明显,能够满足精密跟踪系统前端的光路粗对准需求,保证高分辨成像系统性能。
主动光学 大型望远镜 次镜 无彗差点 active optics large telescope secondary mirror coma free point 光学 精密工程
2022, 30(23): 3090
1 中国科学院云南天文台 天文技术实验室,昆明 650216
2 中国科学院大学,北京 100049
重力和温度作用会导致结构变形从而引起副镜姿态失调、像质变差等问题,如何获取副镜相对主镜的失调量是进行副镜姿态校正的关键环节。以2 m环形太阳望远镜副镜姿态校正系统为例,研究了基于小视场波前像差测量的副镜姿态校正方法。针对偏心和倾斜存在耦合,而在小视场中无法通过多视场的波前像差探测实现解耦的问题,分析了采用正则因子约束低灵敏度失调量和直接约束低灵敏度失调量两种方法的校正效果。提出了正则因子对失调量约束的两种实施方案:基于稳定0点位置的失调量调整和相对位置的失调量调整。根据失调量校正的灵敏度矩阵模型、波前探测系统的测量精度以及六杆机构的执行误差,分别从像质补偿效果、失调量求解精度和累积误差三个方面对不同的校正方法进行了仿真研究。仿真结果表明,以一定的正则因子对失调量基于稳定0点位置进行整体约束的校正方案,失调量的求解和系统的像质改善均能取得较好效果,该方法能够将波面均方根误差从0.495 9λ改善到0.006 2λ,且不会在连续的调整过程中引入较大的累积误差,该方案更适用于基于小视场像差测量的副镜姿态校正系统。
太阳望远镜 副镜校正 像差探测 失调量 耦合 Solar telescope Secondary mirror alignment Aberration detection Misalignment Coupling