Дизајн оптичког система и мерење слободне површине

Зханг, Хуикинг, Ву, Стајанство, Фан, Јунлиу, Цхен, Баохуа, Танг, Иунхаи и др.

Хуикинг Зханг, Куаниинг Ву, Јунлиу Фан, Баохуа Цхен, Иунхаи Танг, Иувеи

Хоу, Бин Цхен, "Оптички системски дизајн и мерење слободне површине," Проц. СПИЕ 11552, оптичка метрологија и инспекција за индустријско

Апликације ВИИ, 115520Е (10. октобар 2020.); Дои: 10.1117 \/ 12.2573873

Догађај: СПИЕ \/ ЦОС ПХОТОНИЦС Азија, 2020, Онлине

Дизајн оптичког система и мерење слободне површине

Зханг Хуикинг¹, Ву је најмањајуће¹*, Фан Јунлиу_¹, Цхен Баохуа¹, Танг Иунхаи1, Хоу Иувеи², Цхен бин³

¹Школа физичке науке и технологије, Сузхоу Универзитет науке и технологије,

Сузхоу, Јиангсу 215009, Кина²

Сузхоу Фоиф Цо, Лтд, Сузхоу, Јиангсу 215006, Кина

³Школа оптоелектронске науке и инжењеринг, Сооцхов Университи

Сузхоу, Јиангсу 215006, Кина

Сажетак

Употреба ријетког отвора може смањити величину и тежину великог телескопа у отвору бленде. Сфера или асферична површина која се обично користи је тешко повећати поље погледом на систем и побољшати квалитет слике. У поређењу са сферичним или асферијским површинама, оптичка површина слободне форме има више слобода дизајнирања. Овај рад дизајнира дворцелни телескоп рарног бленде. Примарно огледало је направљено од три под-огледала распоређена у конфигурацији ГОЛАИ3 док је примарна површина слободног облика дефинисана од стране Зернике полиномала. Резултати показују да се целокупно видно поље повећава до 0. 32 степен оптичког система када примарно огледало користи површину слободног облика. Квалитет слике испуњава захтеве формирају своју функцију преноса модулације.

Кључне речи: ријетко отвор бленде; слободне површине; Зернике полиноми; Функција преноса модулације

1. Увод

Да би се побољшала резолуција телескопа, отвор оптичког система треба повећати. Међутим, развој великих оптичких система отвора је ограничен оптичким материјалима, трошковима производње, запремине, тежине и тако даље. Спарно отвор бленде [1] Телескопи су врста оптичког система за обраду слике који користи просторно дистрибуцију и међусобно уплитање вишеструких отвора за замену великог отвора [2,3]. Светлосно подручје целог система је мањи од оне од једног великог отвора бленде. Јачина система и масовно смањење система. Али добијене информације су у основи еквивалентне оној самог великог система отвора бленде.

Постоје две врсте метода за телескопе за ретким отворима бленде. Један је вишеструко огледало телескоп (ММТ) да је основно огледало од неколико малих огледала и задржава заједничко секундарно огледало. ГОЛАИ6 ФОТЕСЦОПЕ ФОТЕСЦОПЕ БОЕИНГ СВС ЦОМПАНИ [4] је типичан вишеструко огледало телескоп. Други је телескопи више телескопа (МТТ) да неколико телескопа чини системски систем отвора бленде користећи више асокалних телескопа, по сваком са сопственим секундарним системима. Његов типичан пример је адаптивно извиђачки голаи3 оптички сателит (аргос) Института за Массацхусеттс оф Тецхнологи (МИТ) [5]. Међутим, ови системи обично користе сферичну или асферичну површину, који имају ограничења у добијању веће поље гледишта и бољи квалитет слике.

У поређењу са традиционалном типом површине, посебно за оптичке системе са великим пољем погледом. Површина слободе има више слобода дизајна [6]. Има снажну способност да исправи аберацију. Стога употреба слободне површине може да обезбеди квалитет слике система и добије веће поље [7].

У овом раду, представљен је нови ГОЛАИ3 раштјени блерт вишеструки телескоп који је дизајниран са површином слободне форме. Примарно огледало Систем је површина слободног облика, а секундарно огледало је дизајнирано са хиперболоидима.

2 Теоретска позадина

ГОЛАИ3 СПАРСЕ ​​БЛАГЕ је приказан на слици 2.1. Центри три суб-апертуре су на три врхова редовног троугла. Најмањи описани круг под-апертава назива се отвор бленде у близини. Фактор пуњења [8] СПАРСЕ ​​система бленде је дефинисан као однос свих секундарних ретровизора до оног околног отвора. ГОЛАИ3 СПАРСЕ ​​АПЕРТУРА ОПТИЧКИ СИСТЕМ ПАЧУНИ СИСТЕМА [9] је

Сл. 2.1 Изглед ГОЛАИ3 СПАРСЕ ​​АПЕРТУРЕ ОПТИЧКИ СИСТЕМ СИСТЕМА

Овде Д представља пречник подврста, а Д представља пречник описаног круга. Фактор пуњења указује на способност отвора за прикупљање светлости.

Функција ученика Оптички систем за оптички снимак бленде може се изразити као сазив функције ученика под-аперкула и апарата за функцију:

Са знања о оптици за информације, функција ученика, функција ширења тачка (ПСФ) и функција преноса имају следећу везу, као што је приказано на слици 2.2:

Сл.2.2 Однос између функције ученика, функција функције дифузије и преноса тачке

Функција преноса модулације (МТФ) ГОЛАИ3 СПАРСЕ ​​Оптички систем за обраду отвора је^[10] :

Овде МТФ_субДа ли је функција преноса модулације под-отвора, а израз је:

Може се видети из формуле да комбинација вишеструког подвозника МТФ у фреквенцијском домену представља МТФ целог система ретких отвора бленде. МТФ криве је такође један од важних метода за процену квалитета слике система.

У практичним апликацијама, се обично користи двомерни систем за дизајн телескопа. ГОЛАИ3 СПАРСЕ ​​АПЕРТУРТ МОНТУЛТ АРРИЦЕ ТЕЛЕСКОПЕ дизајниран у овом раду изведено је из система два огледала. Примарно огледало двокреветног система замењује се ГОЛАИ3 раштркањем отвора. Конфигурација двосмерног система је приказана на Сл.2.3.

Сл.2.3 Конфигурација система на два огледала

Двомерни огледало средњег огледала и увећање секундарног огледала:

Може се добити коришћењем формуле Гауссове оптике:

Овде р₁и р₂су радијус закривљености примарног огледала м₁и секундарно огледало м₂редом.

Од знања геометрије, можемо знати:

Прво, оптичко отвор бленде, релативно отвор бленде, релативно отвор основног огледала и пројекције фокусне тачке у систему се одређује да израчунају и. Тада се Л2, Д, Р1 и Р2 могу израчунати према формули (5), (8) и (9). Коначно, према теорији аберације трећег реда, израчунавају се коефицијенти облика 𝑒𝑒 {{7} и 𝑒𝑒 2 2 примарних и секундарних огледала.

Међутим, видно поље ЦАССЕГРИН система је мали због утицаја коми и астигматизма. Коришћење на слободној површини опремљена Зернике полиномом за дизајн ГОЛАИ3 ријетко отворено може ефикасно повећати видно поље система и побољшати квалитет слике. Облик површине слободних облика је следећи:

Тамо з^l_nје Зернике полиномиал:

Стога се полиноми Зернике могу написати као:

Зернике полиноми имају две предности. Један је континуиран и ортогонално у домену јединице, а коефицијенти полинома су независни. Друго, има добар одговарајући однос са таласним аберацијама, што је прикладно да успостави однос између слободног облика површине и таласне аберације.

3. Симулације

Овај рад дизајнира систем два огледала. Пречник улазног ученика је 25 0 мм и Ф број је 6. Видно поље је ± 0,6 степени. Распон таласне дужине је 486 ~ 656 нм. Пречник горњег отвора бленде је 52 мм. Дакле, фактор испуњавања система је 51,92%. Након израчунавања почетне структуре и оптимизације са Земаком. Коначни параметри система су приказани на табулатору.3.1:

Секундарно огледало система је хиперболоид. Његов коефицијент копитара је -3. 838. Примарно огледало је површина слободног облика која је дефинисала стандард Зернике Стандард САГ. Вриједности првих 14 ставки приказане су на картици.3.2:

Тримензионална структура система телескопа ГОЛАИ3 приказана је на Сл.3.1:

Сл.3.1 Тримензионална структура ГОЛАИ3 телескопа система

За систем телескопа, функција оптичког преноса и пре дијаграма се обично користе за процену квалитета слике. Сл.3.2 је лични дијаграм система. Максимални крупни квадратни полумјер слике је 3,514 уМ. Аири диск је 3.308 уМ. Квалитет слике система је добар.

Сл.3.2 Тачка дијаграма система

Сл.3.3 Да ли је МТФ кривина система добијеног Земак софтвером. Као што видите са слике, коју МТФ криве могу постићи добру линеарност у ниском фреквенцијском опсегу (0 ~ 100ЛП \/ мм). Квалитет слике испуњава захтеве.

Сл.3.3 МТФ Кривуље оптичког система ГОЛАИ3 СПАРСЕ ​​АПЕРТУРЕ са слободном објектом

4. Закључак

Овај чланак прво уводи дефиницију раштрканог отвора и начин процене његовог квалитета слике. Затим помоћу Земак софтвера за дизајн ГОЛАИ3 АПЕРСЕ АПЕРТУРЕ вишеструко огледало телескоп. Примарно огледало које је дизајнирало са ријетким отвором доноси површину слободног облика. Систем може постићи пуно поље ± 0. 16 степени и фактор испуњења готово 51,92%. Од великог је значаја за развој великог астрономског телескопа.

Захвалнице Овај рад финансира Национална природних основа Кине (НСФЦ) (61875145, 11804243); ЈИАНГСУ провинција Кључна дисциплина кинеског 13. петогодишњег плана (20168765); Фондација природних наука Јиангсу високошколских установа Кине (17кја140001); Јиангсу провинција Кључ лабораторија (КЈС1710).

Референца

[1] Кевин Д Белл, Рицхард Х Боуцхер. "Процена великих концепата за лагане палене отвора бленде". Проц. Спие, 187- 203 (1996).

[2] ФИЕТЕ, РОБЕРТ Д, "Квалитет слике Слика рарје дизајне бленде за даљинско осјетљиво", оптичко инжењерство. Радови 41 (8), 1957-1969 (2002).

[3] АБ Меинел. "Синтеза бленде која користи независне телескопе", примењена оптика 9.11: 2501 (1970).

[4] Јохнс М, МцЦартхи П, Раибоулд К и др. "Гиант Магеллан Телескоп: Преглед", Проц. СПИЕ, 2012.

[5] Ксие, Зонглианг и др. "Експериментална демонстрација побољшане резолуције ГОЛАИ3 ФЕЛЕСКОПЕ РАСПЕРСЕ-АПЕРУРТ", ПРОЦ. од Спие Вол. 11552 115520 Е -8 Преузето од: хттпс: \/\/ввв.спиедигиталлибрари.орг\/цонференце-проеетингс-оф-спие он 11 Оцт 2020 Услови коришћења: хттпс: \/\/ввв.спиедигиталлибрари.орг\/термс-оф-оу 15.004: {{1417).

[6] Еугенио Гарбуши, Горан Баер и Волфганг Остен. "Напредне студије о мерењу асфера и слободних површина са интерферометом нагнутих таласа", Проц. СПИЕ 8082: 80821Ф -80821 ф -11 (2011).

[7] Јианг, Кс., П. Сцотт и Д. Вхитехоусе. "Карактеризација на слободној површини - свежа стратегија", ЦИРП Аннали - технологија производње 56,1: 553-556 (2007).

[8] Флорес, Јорге Л и др. "Ефекти погрешних грешака на оптичким функцијама преноса синтетичког бленде Телескопи", Аппл Опт 43.32: 5926-5932 (2004).

[9] Фенг В, најважнији В, ЛИН К. "Анализа карактеристика ГОЛАИ3 вишеструко огледало Телескоп", Аппл Опт ,, 48 (3): 643-652 (2009).

[10] Нолл и Ј. Роберт. "Зернике полиноми и атмосферска турбуленција *", Ј.ОПТ.СОЦ.АМ 66.3: 207-211 (1976). Проц. од Спие Вол. 11552 115520 Е -9 Преузето са: хттпс: \/\/ввв.спиедигиталлибрари.орг\/цонференце-проеетингс-оф-спие 11. октобра 2020. Услови коришћења: хттпс: \/\/ввв.спиедигиталлибрари.орг\/термс-оф-усе