一种适用于天文望远镜的tip‑tilt校正系统及校正方法与流程

本发明属于光学工程技术领域，具体地说涉及一种适用于天文望远镜的tip-tilt校正系统及校正方法。

背景技术：

天文望远镜是支撑天文学发展的重要基础，是人类认识宇宙的重要技术手段。目前的天文望远镜以地基为主，由于太阳辐射等因素引发的大气湍流造成大气折射率的随机起伏，影响着地基天文望远镜的光学系统性能。自适应光学可以对目标光波前进行对应的校正。但是，用于实时校正大气湍流的天文自适应光学系统通常需要一颗或多颗足够亮的信标用于进行实时的波前探测。

对大气湍流扰动导致的波前畸变进行模式分解，可以分为高阶项和倾斜项(tip-tilt)两大部分。由于大气湍流具有随时间快速变化的特性，因此，tip-tilt的影响具体表现为星象的抖动，在长时积分条件下表现为星象的弥散，降低天文望远镜的能量利用效率及成像分辨率。

技术实现要素：

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，发明人对天文望远镜的原有光路结构进行改进，既便于进行tip-tilt校正，又能保证观测星仍聚焦于天文望远镜的卡焦焦点位置，同时，观测星光束的发散角不变，避免影响其它探测设备的位置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于天文望远镜的tip-tilt校正系统，包括观测星光路和伴星取样光路，还包括：

第一平移台，位于观测星光路上，其能够沿着水平方向移动，所述第一平移台上设有同光轴的第一全反镜和反射镜，且天文望远镜的卡焦焦点位于第一全反镜的光轴上，所述反射镜包括全反、透射率为10％且反射率为90％的两种切换状态；

第二平移台，位于伴星取样光路上，其能够沿着水平方向移动，所述第二平移台上设有中心带孔且位于观测星焦点的取样镜，所述取样镜处设有第一透镜；

与取样镜同光轴设置的快反镜和第二全反镜，所述快反镜位于第二平移台的上方，且其与第一全反镜平行设置，所述第二全反镜位于第二平移台的下方，且其分别与反射镜、取样镜平行设置，所述第二全反镜处设有第二透镜；

与快反镜通讯连接的CCD传感器，用于采集伴星取样光束的光能信息，并将所述信息反馈给快反镜进行tip-tilt校正。

进一步，所述取样镜上的孔位于观测星焦点处，所述孔的圆心角为0.8′-1.2′。

进一步，所述第二透镜的焦面位于其前、后焦点的等效中心处，以保证经过第二透镜前、后的观测星光束的发散角相等。

进一步，所述第一平移台推出观测星光路后，观测星光束直接聚焦至天文望远镜的卡焦焦点处。

进一步，所述第一平移台推入观测星光路且第二平移台推入伴星取样光路后，所述反射镜处于全反的切换状态，伴星取样光束依次经第一全反镜、快反镜、取样镜、第一透镜成像至CCD传感器，观测星光束依次经第一全反镜、快反镜、取样镜、第二全反镜、第二透镜和反射镜成像至天文望远镜的卡焦焦点处。

进一步，所述第一平移台推入观测星光路且第二平移台推出伴星取样光路后，所述反射镜处于透射率为10％且反射率为90％的切换状态，伴星取样光束依次经第一全反镜、快反镜、第二全反镜、第二透镜和反射镜成像至CCD传感器，观测星光束依次经第一全反镜、快反镜、第二全反镜、第二透镜和反射镜成像至天文望远镜的卡焦焦点处。

另，本发明还提供一种适用于天文望远镜的tip-tilt校正系统的校正方法，包括如下步骤：

S1：观察第一视场内是否存在伴星，若存在伴星，继续步骤S2，否则，继续步骤S3，所述第一视场的视场角为θ，且

S2：将第一平移台推入观测星光路且第二平移台推出伴星取样光路，调整反射镜使其处于透射率为10％且反射率为90％的切换状态，CCD传感器采集伴星的10％的光能信息，并将所述信息反馈给快反镜进行tip-tilt校正；

S3：观察第二视场内是否存在伴星，若存在伴星，继续步骤S4，否则，继续步骤S5，所述第二视场的视场角为θ，且

S4：将第一平移台推入观测星光路且第二平移台推入伴星取样光路，调整反射镜使其处于全反的切换状态，CCD传感器采集伴星的全部光能信息，并将所述信息反馈给快反镜进行tip-tilt校正；

S5：将第一平移台推出观测星光路，观测星光束直接聚焦至天文望远镜的卡焦焦点处，不损耗观测星的能量。

进一步，当天文望远镜需要进行导星操作时，将第一平移台推入观测星光路且第二平移台推入伴星取样光路，调整反射镜使其处于全反的切换状态，CCD传感器进行导星采集。

本发明的有益效果是：

1、在观测星焦点处设置中心带孔的取样镜，并对孔的圆心角进行优选，以漏过圆心角以内的光束，且能够全部反射圆心角以外的光束，第一平移台和第二平台能够沿着水平方向移动，同时，反射镜可以进行状态切换，促使校正系统存在两条相互独立的伴星取样光路，灵活度高，且只需一个CCD传感器便可以兼顾采集两条伴星取样光路的光能信息，便于快反镜进行tip-tilt校正，结构紧凑，保证不同应用状态下光能的有效利用，提高成像分辨率。

2、第二透镜的焦面位于其前、后焦点的等效中心处，保证观测星光束的发散角相等，另外，天文望远镜的卡焦焦点位置不变，避免影响其它探测设备的位置。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是原天文望远镜的光路结构示意图。

附图中：1-第一平移台、2-第二平移台、3-第一全反镜、4-反射镜、5-取样镜、6-快反镜、7-第二全反镜、8-CCD传感器、9-第一透镜、10-第二透镜、11-天文望远镜的卡焦焦点；

其中，图中带箭头的实线表示观测星光路，带箭头的虚线表示伴星取样光路。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1所示，一种适用于天文望远镜的tip-tilt校正系统，包括第一平移台1、第二平移台2、快反镜6、第二全反镜7和CCD传感器8，其中，所述第一平移台1、第二平移台2均能够沿着水平方向移动，以实现推入或推出光路。

所述第一平移台1位于观测星光路上，其表面设有同光轴的第一全反镜3和反射镜4，且天文望远镜的卡焦焦点12位于第一全反镜3的光轴上，所述反射镜4包括全反、透射率为10％且反射率为90％的两种切换状态，观测星光束和伴星光束经第一全反镜3进入校正系统中，经校正系统出射的观测星光束经反射镜4成像至天文望远镜的卡焦焦点11，如图2所示，观测星光束最终成像至天文望远镜的卡焦焦点11，也就是说，对原有光路结构进行改进后，观测星仍能聚焦于天文望远镜的卡焦焦点11，避免影响其它探测设备的位置。

所述第二平移台2位于伴星取样光路上，其表面设有中心带孔且位于观测星焦点的取样镜5，所述取样镜5处设有第一透镜9，取样镜5可以漏过圆心角以内的光束，且能够将圆心角以外的光束全部反射至CCD传感器8成像，所述取样镜5上的孔位于观测星焦点处，所述孔的圆心角为0.8′-1.2′，优选为1′。

所述快反镜6位于第二平移台2的上方，且其与第一全反镜3平行设置，所述第二全反镜7位于第二平移台2的下方，且其分别与反射镜4、取样镜5平行设置，另外，所述取样镜5、快反镜6和第二全反镜7同光轴设置，所述第二全反镜7处设有第二透镜10，所述第二透镜10的焦面位于其前、后焦点的等效中心处，以保证经过第二透镜10前、后的观测星光束的发散角相等。另外，CCD传感器8与快反镜6通讯连接，CCD传感器8用于采集伴星取样光束的光能信息，并将所述信息反馈给快反镜6进行tip-tilt校正。

实施例二：

如图1所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：

针对国内大多数的天文望远镜而言，观测星焦点处大小为1.5′-2.5′，抖动量在4′-5′，考虑存在一定离焦误差和对准误差，将取样镜5上的孔的圆心角设为1′，既保证了不卡观测星光，又增加了第二视场内伴星的选择数量。

第一视场内存在足够亮、能够被CCD传感器8探测的伴星，第一视场的视场角为θ，且采用所述校正系统进行tip-tilt校正的步骤为：

将第一平移台1推入观测星光路，同时，将第二平移台2推出伴星取样光路，调整反射镜4使其处于透射率为10％且反射率为90％的切换状态，伴星取样光束依次经第一全反镜2、快反镜6、第二全反镜7、第二透镜10并透射过反射镜4，CCD传感器8采集到伴星的10％的光能信息，并将所述信息反馈给快反镜6进行tip-tilt校正，与此同时，观测星光束依次经第一全反镜2、快反镜6、第二全反镜7、第二透镜10并经反射镜4反射后，成像至天文望远镜的卡焦焦点12处。利用第一视场内伴星的漏光作为信标光，进行tip-tilt校正，此种情况下，观测星会相应的损失超过10％的能量，但是，校正效果最佳。

实施例三：

如图1所示，本实施例与实施例二相同的部分不再赘述，不同的是：

第一视场内不存在伴星，而第二视场内存在伴星，所述第二视场的视场角为θ，且θ＝2′，采用所述校正系统进行tip-tilt校正的步骤为：

将第一平移台1推入观测星光路，同时，将第二平移台2推入伴星取样光路，调整反射镜4使其处于全反的切换状态，伴星取样光束依次经第一全反镜2、快反镜6并经取样镜5反射，后经第一透镜9成像至CCD传感器8，CCD传感器8采集伴星的全部光能信息，并将所述信息反馈给快反镜6进行tip-tilt校正。与此同时，观测星光束依次经第一全反镜2、快反镜6并穿过取样镜5上的孔，到达第二全反镜7、第二透镜10，最终经反射镜4反射后，成像至天文望远镜的卡焦焦点11处。利用第二视场内伴星的全部光能作为信标光，进行tip-tilt校正，此种情况下，观测星不损失光能，且能够获得一定的校正效果。

实施例四：

如图1所示，本实施例与实施例三相同的部分不再赘述，不同的是：

所述第一、二视场内均不存在伴星，tip-tilt校正一般采用伴星作为信标光，由于伴星与观测星经历了不同的光束通道，两者的抖动量存在一定差异，而采用第一、二视场内的伴星抖动做为校正目标，可以同时实现对观测星抖动的有效校正。若第一、二视场内均不存在伴星，也就是说，观测星与伴星间的距离较远，两者的抖动量存在较大的差异，因此，在此种情况下，不再进行tip-tilt校正。将第一平移台1推出观测星光路，观测星光束直接聚焦至天文望远镜的卡焦焦点11处，不损耗观测星的能量。

实施例五：

如图1所示，本实施例与实施例四相同的部分不再赘述，不同的是：

当天文望远镜需要进行导星操作时，不再进行tip-tilt校正，将第一平移台1推入观测星光路，同时，将第二平移台2推入伴星取样光路，调整反射镜4使其处于全反的切换状态，CCD传感器8进行导星采集即可。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。