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大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标法

逯诗桐,张天一,张晓辉

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逯诗桐, 张天一, 张晓辉. 大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标法[J]. , 2020, 13(5): 1094-1102. doi: 10.37188/CO.2019-0252
引用本文: 逯诗桐, 张天一, 张晓辉. 大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标法[J]. , 2020, 13(5): 1094-1102.doi:10.37188/CO.2019-0252
LU Shi-tong, ZHANG Tian-yi, ZHANG Xiao-hui. Flat-field calibration method for large diameter survey mirror aperture splicing[J]. Chinese Optics, 2020, 13(5): 1094-1102. doi: 10.37188/CO.2019-0252
Citation: LU Shi-tong, ZHANG Tian-yi, ZHANG Xiao-hui. Flat-field calibration method for large diameter survey mirror aperture splicing[J].Chinese Optics, 2020, 13(5): 1094-1102.doi:10.37188/CO.2019-0252

大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标法

doi:10.37188/CO.2019-0252
基金项目:国家自然科学基金:(No. 61875190)。
详细信息
    作者简介:

    逯诗桐(1994—),女,吉林长春人,博士研究生,2017年于吉林大学获得学士学位,现就读于中国科学院大学长春光学精密机械与物理研究所,主要从事大口径天文空间光学检测与定标技术研究。E-mail:lushitong123@sina.cn

    张天一(1989—),男,吉林长春人,2018年于中国科学院大学获得博士学位,主要从事光学检测方面的研究。E-mail:tyzhang@niaot.ac.cn

    张晓辉(1967—),女,吉林长春人,研究员,博士生导师,1991年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得硕士学位,主要从事光学检测、像质评价技术等方面的研究。E-mail:zhangxiaohui0123@163.com

  • 中图分类号:TP394.1;TH691.9

Flat-field calibration method for large diameter survey mirror aperture splicing

Funds:Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61875190).
More Information
  • 摘要:大口径空间巡天望远镜的精确平场定标是实现既定科学目标的重要前提。目前普遍是通过平场屏幕或大口径积分球提供均匀平场基准来检验像面响应一致性。针对平场屏幕照明均匀性差,超大口径积分球制备困难等问题,本文提出了一种基于子孔径扫描的平场定标方法,以改善平场基准的均匀性及杂散光导致的定标不确定度。首先,完成子孔径平场定标理论分析,建立子孔径平场定标数学模型,规划子孔径扫描路线及扫描孔径大小,进行标定用准直系统参数的初设计。其次,完成像面照度仿真验证实验。最后,搭建实验平台,对规划的子孔径进行扫描,构建全口径照度数据,验证上述大口径空间巡天望远镜子孔径拼接平场定标方案的可行性。实验结果表明:以全口径为基准,用子孔径拼接法扫描待测系统像面能量叠加对比全口径像面照度,能够恢复全口径的照度信息,全口径像面灰度值为231.085,单个子孔径叠加灰度值为233.350,误差为1%,本文研究表明子孔径拼接法可用于大口径巡天望远镜的平场定标,具有实际应用价值。

  • 图 1平场定标系统原理图

    Figure 1.Schematic diagram of flat field calibration system

    图 2子孔径扫描路径规划示意图

    Figure 2.Schematic diagram of subaperture scanning route planning

    图 3准直系统示意图

    Figure 3.Schematic diagram of collimation system

    图 4波前分布图

    Figure 4.Wavefront distribution map

    图 5点列图

    Figure 5.Spot Diagram

    图 6准直系统出射光照度分布示意图

    Figure 6.Schematic diagram of luminance distribution of collimating system

    图 7全视场照度均匀分布示意图

    Figure 7.Schematic diagram of uniform distribution of full field illumination

    图 8仿真建模图

    Figure 8.Diagram of simulated model

    图 9全口径扫描像面照度仿真分析

    Figure 9.Simulation diagram of illumination of full-aperture scanning image surface

    图 11实验室平场定标实验装置图

    Figure 11.Experimental equipment diagram of flat field calibration

    图 12子孔径扫描分布关系示意图

    Figure 12.Schematic diagram of distribution relation of subaperture scanning

    图 13全口径像面CCD采集原始图像

    Figure 13.Original image captured by full aperture image plane CCD

    图 14子孔径像面CCD采集原始图像

    Figure 14.Original image captured by the sub-aperture image plane CCD

    图 15灰度值均值计算流程图

    Figure 15.Flow chart for calculating mean value of gray value

    表 1准直系统的设计参数

    Table 1.Design parameters of collimation system

    序号 设计参数 具体参数值
    1 焦距/mm 2500
    2 口径/mm 250
    3 F数 10
    4 视场大小/mm 2.2
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    表 2实验设备及性能参数

    Table 2.Experimental equipment and performance parameters

    序号 设备名称 性能参数
    1 光源(白光LED) 功率 5 W
    2 积分球 开口直径2 mm
    3 平行光管 口径150 mm;焦距1600 mm
    4 分划板 孔大小为2 mm
    5 光阑 尺寸 150 mm
    透光口直径 50 mm
    6 待测光学系统 尼康镜头:口径 150 mm
    焦距 800 mm
    像面尺寸 8.8 mm×6.6 mm
    7 探测器 感光芯片尺寸8.5 mm×7.1 mm
    像元尺寸3.45 μm
    8 便携式计算机 安装采集软件
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    表 3实验结果

    Table 3.Experimental results

    DN值 第一次 第二次 第三次 灰度值均值
    ${x_1}$ 26.3921 26.3988 26.1971 $\overline {\sum\limits_{ {{i} } = 1}^{n = 9} { {x_{{i} } } } } = 224.375$
    ${x_2}$ 26.3783 26.2942 26.3126
    ${x_3}$ 25.8061 25.7738 25.8077
    ${x_4}$ 26.3755 26.3671 26.380
    ${x_5}$ 24.4763 24.4263 24.4239
    ${x_6}$ 26.4038 26.3946 26.3548
    ${x_7}$ 23.9231 23.9123 23.8842
    ${x_8}$ 25.8316 25.8114 25.8091
    ${x_9}$ 25.7138 25.7318 25.6758
    ${x_0}$ 231.301 233.110 230.845 $\overline {{x_{\simfont\text{全}}}} {\rm{ = 231}}{\rm{.085}}$
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出版历程
  • 收稿日期:2020-01-03
  • 修回日期:2020-02-18
  • 网络出版日期:2020-09-01
  • 刊出日期:2020-10-05

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