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基于Shack-Hartmann的子孔径拼接波前检测技术研究
作 者: 吴晶
导 师: 王建立
学 校: 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
专 业: 光学工程
关键词: 大口径望远镜 成像质量 夏克-哈特曼 子孔径拼接 波前重构
分类号: TH743
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
望远镜的成像质量是望远镜的关键参数,良好的望远镜成像质量是望远镜设计制造的目标。为了追求对更远更暗的目标的探测,当代地基望远镜的口径越做越大,并应用主动光学和自适应光学等新技术来提高其探测能力,对传统的望远镜成像质量检测技术提出了挑战;并且,随着科学技术的发展和进步,认知水平的扩展和加深,出现了新的检测工具和检测技术。在这种情况下,需要改进或使用新的检测方法来完成对大口径望远镜成像质量的检测。本文研究归纳了望远镜成像质量的评价方法和检测手段,总结对比了各自的优缺点和可实现性。提出基于Shack-Hartmann的子孔径拼接波前检验技术来实现大口径望远镜像质的室内检验。为此,一方面研究了Shack-Hartmann波前探测器制造技术,包括其组成器件选择方法,延续光路的设计和波前重构的方法及软件实现;另一方面介绍了子孔径拼接检测理论,研究在使用Shack-Hartmann波前探测器时实现子孔径拼接检测方法,其中包括子孔径的定位方法,子孔径上波前精确测量方法及拼接算法。在此基础上,采用32单元的Shack-Hartmann波前探测器实现了口径扩展比为1.8的子孔径拼接实验验证。这些工作为实现地基大口径望远镜的成像质量室内检测奠定了基础。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-11 第一章 绪论 11-18 1.1 课题背景及研究意义 11-12 1.2 国内外发展现状 12-16 1.2.1 光学望远镜的设计与制造 12-13 1.2.2 Shack-Hartmann 波前探测器的建造与应用 13-14 1.2.3 子孔径拼接检测(SAT, Sub-Aperture Test)技术 14-16 1.3 论文主要研究内容 16-18 第二章 望远镜的成像质量 18-34 2.1 成像质量检测与望远镜系统工程 19-23 2.1.1 望远镜系统工程 19-20 2.1.2 望远镜产生的图像 20-22 2.1.3 波前差的估计与分配 22-23 2.2 望远镜的成像质量判据 23-31 2.2.1 衍射极限 23-24 2.2.2 成像质量的判据 24-27 2.2.3 望远镜成像质量检测方法 27-31 2.3 最适宜的检测技术 31-34 2.3.1 基于拼接的室内检测技术 31-32 2.3.2 Shack-Hartmann 对星像质检验 32 2.3.3 PD(Phase Diversity)波前探测技术 32-34 第三章:Shack-Hartmann 的设计与实现 34-58 3.1 Shack-Hartmann 波前探测器的原理 35-38 3.2 设计方法与硬件选择 38-45 3.2.1 Shack-Hartmann 波前探测器的设计步骤 39-42 3.2.2 CCD 相机的选择 42-43 3.2.3 微透镜阵列的选择 43-45 3.3 中继光路 45-46 3.3.1 准直光路 45 3.3.2 延续光路 45-46 3.4 算法实现 46-55 3.4.1 波前重构方法 46-52 3.4.2 实现步骤 52-54 3.4.3 Shack-Hartmann 波前重构软件 54-55 3.5 误差来源分析 55-58 3.5.1 微透镜阵列制造误差 55 3.5.2 CCD 像素尺寸制造误差 55 3.5.3 CCD 和微透镜阵列的装调误差 55-56 3.5.4 微透镜阵列有限采样误差 56 3.5.5 中继光路引入的误差 56 3.5.6 波前重构误差 56-58 第四章 基于 Shack-Hartmann 的子孔径拼接波前检验技术 58-66 4.1 子孔径拼接检测理论 59-61 4.2 拼接图的设计 61-62 4.2.1 相邻子孔径的重叠面积 61 4.2.2 子孔径排列 61-62 4.3 子孔径的定位及波前测量 62-63 4.4 子孔径拼接算法 63-66 4.4.1 两两拼接算法 64-65 4.4.2 均化误差算法 65-66 第五章 实验与分析 66-72 5.1 实验配置 66-67 5.2 子孔径分布图和波前测量 67-68 5.3 波前检测的结果 68-71 5.3.1 全口径波前检测结果 68-69 5.3.2 两两拼接的结果 69-70 5.3.3 均化误差的拼接结果 70-71 5.4 结论 71-72 第六章 总结和展望 72-75 6.1 本论文完成的主要工作 72-73 6.2 有待进一步解决和研究的问题 73-75 参考文献 75-78 在学期间学术成果情况 78-79 指导教师及作者简介 79-80 致谢 80
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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 望远镜
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