СПОСОБ АТТЕСТАЦИИ ТЕЛЕСКОПА Российский патент 1997 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к астрономии, предпочтительным является его использование для аттестации телескопа в атмосферных условиях его работы.

Известен способ аттестации телескопа [1] основанный на регистрации гартманограммы пропускаемого через аттестуемый телескоп светового излучения искусственного точечного источника и восстановления по ней карты абеppационных искажений телескопа.

Основным недостатком этого способа является то, что он применим только в цеховых условиях при изготовлении телескопа, когда искажения светового излучения в турбулентной атмосфере практически отсутствуют.

Для устранения абеppаций атмосферы и восстановления карты абеppаций телескопа в атмосферных условиях его работы предложен способ аттестации телескопа [2] основанный на получении длинно-экспозиционной гартманограммы пропускаемого через аттестуемый телескоп светового излучения естественного точечного источника (звезды) и восстановления по ней карты аберрационных искажений телескопа, который является ближайшим аналогом к изобретению.

Существенным недостатком способа является то, что при длинной экспозиции, используемой для записи гартманограммы, за счет атмосферных искажений происходит размытие пятен гарманограммы, что ухудшает точность создаваемой по ней карты аберрационных искажений.

Задачей изобретения является повышение точности аттестации телескопа в атмосферных условиях его работы путем повышения точности восстановления карты абеppационных искажений телескопа.

Указанный технический результат достигается тем, что перед регистрацией изображений дополнительно выделяют в плоскости расположения приемной апертуры аттестуемого телескопа часть светового потока излучения от точечного источника, соизмеримую с пространственным радиусом корреляции атмосферных искажений светового излучения, на расстоянии от приемной апертуры аттестуемого телескопа, равном ее размеру, суммируют выделенную часть светового излучения, прошедшим через приемную апертуру аттестуемого телескопа, и, фокусируя суммарный световой поток, формируют суммарное изображение точечного источника для его последующей спектральной фильтрации и коротко экспозиционной регистрации, затем просвечивают каждое из N зарегистрированных суммарных изображений параллельным пучком когерентного излучения, фокусируют каждый пучок и формируют его голограмму, после чего одновременно просвечивают N сформированных голограмм параллельным пучком когерентного излучения, формируют голограмму просвечивающего излучения и восстанавливают по ней аберрационные искажения телескопа.

На фиг. 1 представлена возможная схема регистрации излучения источника; на фиг. 2 схема обработки зарегистрированного фотопластинками излучения; на фиг. 3 восстановление карты абеppационных искажений.

На чертежах приняты следующие обозначения: точечный источник 1 излучения; турбулентная атмосфера 2; аттестуемый телескоп 3; линза 4, переводящая сфокусированное телескопом излучение в параллельное излучение; дополнительный эталонный телескоп 5, выделяющий часть светового излучения, соизмеримую с пространственным радиусом корреляции атмосферных флюктуаций, на расстоянии от аттестуемого телескопа, равном ее размеру; линза 6, переводящая фокусированное телескопом 5 излучение в параллельное излучение; устройство 7 сложения световых пучков; светофильтр 8; линза 9, формирующая суммарное изображение точечного источника; фотопластинки 10, на которых осуществляют короткоэкспозиционную регистрацию N изображений источника; лазер 11; коллиматор 12, (лазерного) излучения; фокусирующая линза 13; устройство 14 и 16 формирования голограммы излучения; голограмма 15; устройство 17 определения по зарегистрированной голограмме карты абеppационных искажений аттестации телескопа.

После сфокусированного суммарного светового потока является суммой двух полей

где поле сфокусированного светового излучения, прошедшего через аттестуемый телескоп; а поле сфокусированного дополнительного светового потока, причем

Здесь неискаженное атмосферное поле от источника 1 в плоскости приемной апертуры аттестуемого телескопа; амплитудные искажения светового излучения, обусловленные турбулентной атмосферой 2 (эту составляющую будем обозначать через фазовые искажения, обусловленные турбулентной атмосферой 2 и абеppациями аттестуемого телескопа; λ средняя длина волны в узком спектральном диапазоне регистрации; F фокусное расстояние.

Так как размер дополнительно выделяемой части потока светового излучения соизмеримы с пространственным радиусом корреляции атмосферных искажений светового излучения, то его амплитудные и фазовые искажения постоянны (обозначены они соответственно через A_g и F_д.

Через обозначены апертурные функции соответственно выделенной части светового потока аттестуемого телескопа и дополнительно выделенной части светового потока равны 1 в пределах этих частей и нулю вне их).

Из (1) (3) следует, что распределение интенсивности короткоэкспозиционного изображения точечного источника равно

Здесь индекс j обозначает порядковый номер зарегистрированного изображения, так как регистрацию изображений осуществляют в течение времени "замороженности" атмосферы (короткоэкспозиционная регистрация,), то в каждом j-ом изображении распределение атмосферных искажений не менялось, в то же время от изображения к изображению оно менялось.

При просвечивании j-го зарегистрированного изображения параллельным пучком когерентного излучения и его последующей фокусировке получают поле когерентного излучения , равное Фурье-спектру распределения интенсивности просвечиваемого изображения:

где λ₁ длина волны просвечивающего когерентного излучения, F₁ - фокусное расстояние фокусирующей системы.

Для простоты, не ограничивая общности будем далее считать, что λ₁F₁=λF (если это не так, то в дальнейшем анализе перед λF необходимо вводить коэффициент пропорциональности K= K= λ₁F₁/λF, который не влияет на способ, а лишь определяет некоторые параметры его реализации).

Из (4) и (5) видно, что

где верхним индексом " ~ " обозначены Фурье-спектры соответствующих функций.

Из (2) и (3), (5) несложно получить, что



где c несущественная для математического обоснования константа.

Следует заметить, что в интервале (7) интегрирование идет по области пересечения апертурных функций и , в силу чего равны нулю при , по аналогичной причине равен нулю при (поскольку дополнительную часть светового излучения выделяют на расстоянии от части, выделяемой аттестуемым телескопом, равным размеру последней).

Кроме того, если , то (и наоборот).

Таким образом, в одной из полуплоскостей

(в другой полуплоскости)

Далее будем рассматривать именно в этой области.

Так как область пересечения апертурных функций подобна (но смещена на , то в пределах этой области и постоянны, и тогда

где вектор центра
При одновременном просвечивании N голограмм, сформированных по , происходит перемножение полей , и поле когерентного излучения после такого просвечивания есть

Таким образом при перемножении происходит усреднение амплитудных и фазовых атмосферных искажений, причем


и с точностью до несущественной константы

Несложно видеть, что (15) есть свертка в силу того, что известна, по этой свертке однозначно восстанавливают т. е. карту абеppационных искажений аттестуемого телескопа.

Таким образом по полю , зарегистрированному на голограмме, путем несложной обработки (в устройстве 17) получают , т. е. осуществляют аттестацию телескопа.

Рассмотрим реализацию предложенного способа по схеме, представленной на фиг. 1.

Выделяют в потоке светового излучения от точечного источника 1, искаженном турбулентной атмосферой 2, две части с помощью аттестуемого телескопа 3 и телескопа 5 и осуществляют их коллимацию телескопическими системами 3 4, 6 5. С помощью оптической системы 7 суммируют коллимированные точки и, спектрально фильтруя суммарный пучок фильтром 8 и фокусируя его линзой 9, осуществляют на N фотопластинах 10 короткоэкспозиционную регистрацию N изображений точечного источника. После этого просвечивают каждую из N фотопластинок 10 параллельным пучком когерентного излучения, полученным при пропускании когерентного излучения лазера 11 через коллиматор 12, фокусируют это излучение линзой 13 и формируют по нему голограмму 15 с помощью устройства 14. Затем N сформированных голограмм 15 одновременно просвечивают параллельным пучком когерентного излучения и формируют его голограмму с помощью устройства 16, по которой с помощью устройства 17 восстанавливают карту абеppационных искажений аттестуемого телескопа.

Интенсивность таких мелкомасштабных аберраций по отношению ко всем имеющимся аберрациям 12%
Предложенный способ позволяет восстанавливать аберрационные искажения всех масштабов и повышает точность аттестации в 1, 2 раза. Восстановление мелкомасштабных аберраций позволяет выявлять неровности, шероховатости поверхности телескопа и в последующем их устранять.

Использование: в астрономии, преимущественно для аттестации телескопа в атмосферных условиях его работы. Сущность изобретения: способ аттестации телескопа заключается в том, что излучение от точечного источника 1, пройдя турбулентную атмосферу 2, попадает на аттестуемый телескоп 3 и телескоп 5, суммируют излучение от них с помощью оптической системы 7, спектрально фильтруют фильтром 8 и фокусируют линзой 9. На N фотопластинках 10 осуществляют коротко экспозиционную регистрацию N изображений точечного источника. Просвечивают каждую из N фотопластинок 10 параллельным пучком когерентного излучения, фокусируют это излучение линзой и формируют по нему голограмму. Голограмму просвечивают параллельным пучком, формируют его голограмму и восстанавливают карту аберрационных искажений аттестуемого телескопа. 3 ил.

1 Способ аттестации телескопа, включающий экспозиционную регистрацию изображения источника излучения и восстановление по нему карты анаберрационных искажений телескопа, отличающийся тем, что перед регистрацией изображения выделяют в плоскости расположения приемной апертуры аттестуемого телескопа часть светового потока излучения от точечного источника, соизмеримую с пространственным радиусом корреляции атмосферных искажений светового излучения, на расстоянии от приемной апертуры аттестуемого телескопа, равном ее размеру, суммируют выделенную часть светового излучения с излучением, прошедшим через приемную апертуру аттестуемого телескопа, и, фокусируя суммарный световой поток, формируют суммарное изображение точечного источника, осуществляют коротко-экспозиционную регистрацию в узком спектральном диапазоне N, где N <$E>>=> 100, изображений точечного источника излучения, просвечивают каждое из N зарегистрированных суммарных изображений параллельным пучком когерентного излучения, фокусируют каждый световой пучок и формируют его голограмму, после чего одновременно просвечивают N сформированных голограмм параллельным пучком когерентного излучения, формируют его голограмму и восстанавливают по ней аберрационное искажение телескопа.