专利名称：用于望远镜的简化检验平台及自检验望远镜的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域是包括大尺寸光学元件的望远镜类型的光学仪器的光学质量的检验和測量。
背景技术：
光学性能的測量是望远镜在组装后的测试程序的关键点。更确切地说，光学性能的測量必须在震动或热环境下的一定数量的试验之前或之后进行ー组测量，从而检验当仪器经历不同约束条件时 该仪器的光学性能的变化。仪器的光学质量的特征在于波前相位误差，也称为“WFE”，S卩“波前相位误差(Wave-Front Eiror) ”的首字母縮写。WFE考虑了望远镜的反射镜像差，也考虑了组成望远镜的反射镜的各种准直缺陷或者针对该望远镜的探測器的各种缺陷。知道了 WFE之后，可以从其推导出望远镜的光学传递函数，也称为0TF。该函数通过常规的自相关关系关联到前者(WFE)。知道了光学传递函数0TF，就能够通过转换到光学传递函数的模(modulus)来计算仪器的调制传递函数MTF。仪器的各个部件之间的准直缺陷是不可预计的，因此对于表征仪器来说，測量MTF是不可缺少的。目前，对望远镜的MTF的測量需要使用非常精确校准的具有高光学质量的光学部件，所述光学部件的尺寸至少等于望远镜的尺寸，并且布置在热稳定且机械稳定的真空外壳中，从而滤除震动。因此，这种測量是非常昂贵的，所需要的硬件包括至少ー个大尺寸的光学准直器以及稳定的真空外罩，共计几百万欧元。当涉及到检验在制造単元之外处于操作使用当中的大望远镜时，这样的成本是不能接受的。事实上，传统MTF測量在测试程序期间采用了专用于这ー个望远镜的检验平台，消费者一方不可能承受这样的传统MTF測量，因此，寻求一种有别干“传统”光学检验平台的技术方案来保持跟踪仪器的光学性能是十分重要的。理想地，该方案对于除了望远镜的光学装置之外的其他光学装置的借助必须是有限的，同时保证性能测量的质量。可能存在各种技术方案。这些技术方案可分为三种主要类型。第一类技术方案在于分析已知外部源的光学图像，即在望远镜的焦点获得的图像，从而确定望远镜的光学性能。这类方案包括各种选择。可以采用准直器和传统MTF测量方法。也可以采用波前分析器。也可以获取位于无限远处的对照物的图像，例如某些星体或月亮。第二类技术方案在于在仪器上应用波前分析器。例如可利用Shack-Hartmann方法，包括进行入射光瞳的采样从而在局部測量WFE。第三类技术方案在于测量仪器的几何特征。例如可采用测量主反射镜和次反射镜分开的距离、视频測量技术、基于激光器或“激光跟踪器”的測量技术或干涉测量探针。这些测量都存在一定的缺点，这些缺点或者是在要实施的測量手段的成本层面，或者是在测量方法的复杂度层面，这些缺点是获得的性能的缺点，或者仪器设计约束的缺点。专利FR2722571描述了ー种能够通过自准直来表征光学仪器的方法，该仪器包括位于光学组件和测试平台的焦平面内的探测组件，在该仪器的入射光瞳的前端布置有大尺寸的平面反射镜。这种简单的系统仍然有缺点。该系统必须使用与仪器的光瞳的尺寸相同的平面反射镜。
发明内容
根据本发明的装置不存在上述缺点。本发明的装置采用了尺寸小于光瞳的尺寸的自准直反射镜。清楚地是这种反射镜仅能够只对仪器进行部分表征。然而对于大量的应用来说这已经足够了，在这些应用中，表征的目的并非是要获得望远镜的绝对性能，而是要测量望远镜随着时间的变化、或耐久性或环境试验后的变化。这种情况下，可通过部分表征来探测性能中的变化。更确切地说，本发明的第一主题是ー种用于望远镜类型的光学仪器的光学检验平台，所述仪器包括光学物镜、布置在所述光学物镜的焦点上的光电探测壳体、以及布置在所述光电探测壳体附近 的至少ー个光源，所述光学物镜的光瞳具有第一直径，其特征在于，所述平台包括具有小于所述第一直径的第二直径的至少ー个平面反射镜，以及能够将所述平面反射镜布置为使得由所述光学物镜产生的和由所述平面反射镜反射的所述光源的图像聚焦在所述光电探测壳体上的装置，所述平台包括用于分析接收到的所述图像从而能够确定所述望远镜的光学质量的分析装置。有利地，所述分析装置包括用于接收到的所述图像的波前分析器，从而估计所述仪器的“ WFE”。有利地，所述第二直径与所述第一直径的比在30%和80%之间，更确切地说，所述第二直径与所述第一直径的比等于大约60%。有利地，所述光源包括至少ー个照明源以及ー个光纤，所述光纤的其中一个端部布置在所述光电探测壳体的感光表面附近。在一个变形中，所述光源包括至少两个照明光纤，所述光学物镜在预定波长上工作，第一光纤布置在垂直于所述物镜的光轴的第一平面内，第二光纤布置在平行于所述第一平面且相对于所述第一平面偏移的第二平面内。本发明的第二主题是ー种光学望远镜，包括光学物镜、布置在所述光学物镜的焦点上的光电探测壳体、以及布置在所述光电探测壳体附近的至少ー个光源，所述光学物镜的光瞳具有第一直径，所述望远镜还包括可移动遮罩，该可移动遮罩具有两个位置，第一个打开或使用位置使得该可移动遮罩能够不覆盖所述物镜的整个光瞳，第二个关闭或测试位置使得该可移动遮罩能够保护所述物镜的整个光瞳，其特征在于，所述可移动遮罩包括具有小于所述第一直径的第二直径的平面反射镜，所述平面反射镜布置为当所述可移动遮罩处于关闭位置时使得由所述光学物镜产生的和由所述平面反射镜反射的光源的图像聚焦在所述光电探测壳体上，所述望远镜包括用于分析接收到的所述图像从而能够确定所述望远镜的光学质量的分析装置。有利地，所述第二直径与所述第一直径的比在30%和80%之间。优选地，所述第ニ直径与所述第一直径的比等于大约60%。有利地，所述光源包括至少ー个照明源以及ー个光纤，所述光纤的其中一个端部布置在所述光电探测壳体的感光表面附近。在一个变形实施例中，所述光源包括至少两个照明光纤，所述光学物镜在预定波长上工作，第一光纤布置在垂直于所述物镜的光轴的第一平面内，第二光纤布置在平行于所述第一平面且相对于所述第一平面偏移的第二平面内。有利地，所述分析装置包括用于接收到的所述图像的至少ー个波前分析器，从而估计所述仪器的“ WFE”。
通过阅读以下给出的非限制性的參照附图的说明书，可更好的理解本发明，且本 发明的其他优点将更加明显，其中图I描述了根据本发明的光学检验平台；图2描述了根据本发明的光电探测壳体；图3描述了根据本发明的自检验望远镜。
具体实施例方式图I仅描述了望远镜及其检验所必须的自准直反射镜，这构成了本发明的关键。没有描述能够保持望远镜和该反射镜对准的机械装置。其没有表现任何实现上的技术困难。也没有描述利用来自望远镜的光电探测壳体的图像所需要的电子分析装置。如图I所示，望远镜100包括光学物镜110和布置在所述光学物镜的焦点上的光电探测壳体120。通常，大尺寸的望远镜包括具有反射镜的反射物镜。因此，图I和3中的望远镜的物镜包括具有第一直径的大的主反射镜111、次反射镜112、折回反射镜113和第三反射镜114。根据本发明的测试平台要求望远镜包括特定的设备。光电探测模块120必须包括布置在所述光电探测壳体附近的至少ー个光源121。光源的这种放置导致的约束较小，以至于没必要触及望远镜的光学体系结构或机械结构。为了进行对望远镜性能的測量，在望远镜的光轴上自准直地布置了平面反射镜130。该反射镜130具有小于大反射镜111的直径的第二直径。如果使布置在光电探测模块120附近的ー个或多个光源121照明，通过望远镜的光学组件和平面反射镜130反射产生的光源的图像聚焦在所述模块的感光表面122上。图I和图3中的细线表示通过望远镜的光学组件110射出的光路。之后，处理该图像以从中推导望远镜的光学质量。例如，可以采用波前分析器来估 计仪器的“WFE”。可以记录多个连续的“WEF”然后对估计的“WEF”进行后处理，从而通过数值模型来计算仪器的光学性能，例如可以是其MTF。在测试阶段多次检验仪器的WFE的可能性对于确定光学性能的下降或损失的起因来说是十分有益的。相比于基于仪器的MTF来说，基于该WFE来返回到关于反射镜位移的信息的确是很简单的。该检验方法的优点是，其不需要使用直径至少与仪器的主反射镜直径相等的自准直反射镜，就大量的应用来说，特别是在耐久性或环境试验期间，更重要的是监控仪器的光 学质量中的可能的偏移，而不是其绝对性能。实际上，该方法的正确操作依赖于这样的假设，即仅仪器的WFE的低频有在测试阶段被影响的风险，在縮小的光瞳中的估计被外推到整个光瞳，从而提取关于完整的仪器的光学性能的信息，或者如果局部信息已经足够用了，则保留该估计。当处理热或机械测试时，这种假设是完全有效的，因为反射镜或支撑反射镜的结构的移动准确涵盖了低频处WFE中的变化。更确切地说，自准直反射镜的第二直径与望远镜的第一直径的比在30%和80%之间。优选地，第二直径和第一直径的比等于大约60%。可以采用纤维状源，从而完全控制源的几何特征。光电探测模块可包括多个源，例如两个光纤，位于需要进行光学性能测量的场的每个点的水平。源可在光轴上偏移，从而使其彼此散焦。 如上文所示，根据本发明的平台特别地能够在非受控环境中执行这些性能測量，非受控环境包括放置在空中的望远镜且没有通过防震动装置来削弱微小振动。当然，也可以在稳定的真空外壳中进行光学性能的传统测量。那么通过波前分析器进行的WFE的估计是更精确的。根据本发明的平台也可用在观测卫星上，该观测卫星位于轨道中且包括空间望远镜100，如图3所示。该望远镜则是自检验的。用可回收平面反射镜130来进行补充就够了，该可回收平面反射镜130布置在可移动遮罩140上，在仪器不工作时，可移动遮罩140用来保护仪器。在校准阶段，该遮罩位于望远镜100之前，如上文所述，使焦平面的ー个或多个源照明。在图3中，用黑线表示位于关闭或测试位置的遮罩140，用白色轮廓线表示位于打开位置的遮罩。遮罩140的方向必须是这样的在校准阶段，相对于望远镜的光学组件110，相关联的反射镜130处于自准直位置。在这种配置中，平面反射镜、源和分析装置所具有的特征与在地面测试平台上使用时十分相似。因此，第二直径与第一直径的比在30%和80%之间。优选地，第二直径与第一直径的比等于大约60%。
权利要求
1.一种用于望远镜类型的光学仪器的光学检验平台，所述仪器(100)包括光学物镜(110)、布置在所述光学物镜的焦点上的光电探测壳体(120)、以及布置在所述光电探测壳体附近的至少一个光源(121)，所述光学物镜的光瞳具有第一直径， 其特征在于，所述平台包括具有小于所述第一直径的第二直径的平面反射镜(130)，以及能够将所述平面反射镜布置为使得由所述光学物镜产生的和由所述平面反射镜反射的所述光源的图像聚焦在所述光电探测壳体上的装置，所述平台包括用于分析接收到的所述图像从而能够确定所述望远镜的光学质量的分析装置。
2.根据权利要求I所述的用于望远镜类型的光学仪器的光学检验平台，其特征在于，所述分析装置包括用于接收到的所述图像的波前分析器，从而估计所述仪器的“WFE”。
3.根据权利要求I所述的用于望远镜类型的光学仪器的光学检验平台，其特征在于，所述第二直径与所述第一直径的比在30%和80%之间。
4.根据权利要求3所述的用于望远镜类型的光学仪器的光学检验平台，其特征在于，所述第二直径与所述第一直径的比等于大约60%。
5.根据权利要求I所述的用于望远镜类型的光学仪器的光学检验平台，其特征在于，所述光源包括至少一个照明源以及一个光纤，所述光纤的其中一个端部布置在所述光电探测壳体的感光表面附近。
6.根据权利要求5所述的用于望远镜类型的光学仪器的光学检验平台，其特征在于，所述光源包括至少两个照明光纤，所述光学物镜在预定波长上工作，第一光纤布置在垂直于所述物镜的光轴的第一平面内，第二光纤布置在平行于所述第一平面且相对于所述第一平面偏移的第二平面内。
7.一种光学望远镜(100)，包括光学物镜(110)、布置在所述光学物镜的焦点上的光电探测壳体(120)、以及布置在所述光电探测壳体附近的至少一个光源(121)，所述光学物镜的光瞳具有第一直径，所述望远镜还包括可移动遮罩(140)，该可移动遮罩(140)具有两个位置，第一个打开或使用位置使得该可移动遮罩能够不覆盖所述物镜的整个光瞳，第二个关闭或测试位置使得该可移动遮罩能够保护所述物镜的整个光瞳， 其特征在于，所述可移动遮罩(140)包括具有小于所述第一直径的第二直径的平面反射镜(130)，所述平面反射镜布置为当所述可移动遮罩处于关闭位置时使得由所述光学物镜产生的和由所述平面反射镜反射的光源的图像聚焦在所述光电探测壳体上，所述望远镜包括用于分析接收到的所述图像从而能够确定所述望远镜的光学质量的分析装置。
8.根据权利要求7所述的光学望远镜，其特征在于，所述第二直径与所述第一直径的比在30%和80%之间。
9.根据权利要求8所述的光学望远镜，其特征在于，所述第二直径与所述第一直径的比等于大约60%。
10.根据权利要求7所述的光学望远镜，其特征在于，所述光源包括至少一个照明源以及一个光纤，所述光纤的其中一个端部布置在所述光电探测壳体的感光表面附近。
11.根据权利要求10所述的光学望远镜，其特征在于，所述光源包括至少两个照明光纤，所述光学物镜在预定波长上工作，第一光纤布置在垂直于所述物镜的光轴的第一平面内，第二光纤布置在平行于所述第一平面且相对于所述第一平面偏移的第二平面内。
12.根据权利要求7所述的光学望远镜，其特征在于，所述分析装置包括用于接收到的所述图像的至少一个波前分析器，从而估计所述仪器的“WFE” 。
全文摘要
本发明涉及一种用于望远镜的简化检验平台及自检验望远镜。本发明的一般领域是望远镜类型的光学仪器的光学检验。仪器(100)包括光学物镜(110)、布置在光学物镜的焦点上的光电探测壳体(120)以及布置在所述光电探测壳体附近的至少一个光源(121)，光学物镜的光瞳具有第一直径。检验装置主要包括具有小于第一直径的第二直径的平面反射镜(130)以及能够将平面反射镜布置为使得由光学物镜产生的和由所述平面反射镜反射的光源的图像聚焦在光电探测壳体上的装置以及用于分析接收到的所述图像从而能够确定望远镜的光学质量的分析装置。平面反射镜可与自检验平台相关联。其也可构成望远镜的一部分并组合到用于光学组件的保护遮罩(140)中。
文档编号G01M11/02GK102680209SQ20121004439
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月23日 优先权日2011年2月24日
发明者A·利奥塔尔, G·佩兰, H·贝纳尔 申请人:泰勒斯公司