基于离焦星点图的RC式望远镜装调技术

　　1　引　言

　　由于光学系统的装调精度对整个系统的成像质量具有关键作用，因此关于装调技术的研究有着极其重要的意义[1-3]。对较大口径的卡塞格林式地基望远镜来说，其装调过程主要包含两个方面的内容，即主次镜光轴重合和主次镜的间隔调整到望远镜的轴上点像差最小。假设主镜固定不动且无像差，则只需考虑次镜的位置调整。其中光轴不重合的情况主要包含两种横向误差：次镜和主镜不同心，次镜和主镜倾斜，一般上述两种情况统称为次镜偏心;而纵向误差一般为主次镜顶点距离偏离像差最小的最优值。由于主次镜加工误差的存在，该最优间隔一般根据主次镜元件参数的测量结果再次优化得到，它和设计值略有偏差。

　　国外的大口径望远镜研究较早，针对望远镜的装调技术的研究较多。地基大口径望远镜系统一般采用 RC式结构，其主镜和次镜均采用双曲面，该望远镜可通过二次常数的选择消除球差和彗差的干扰作用，是目前望远镜系统最常采用的形式。这类望远镜的装调过程需和检测方法紧密结合，故对应不同的检测手段，装调技术的实现有较大不同。比较普遍的检测方法为应用干涉仪自准检验，该方法对应的装调技术具有调整精度高，调整过程快，且可以结合计算机技术来实现等优点，其中比较突出的方法为计算机辅助装调[4]它不仅可以实现较高精度的自动调整，而且能用于离轴系统的装调，有着较高的应用价值。此外，应用Shack-Hartmann波前传感器进行检验和装调也是较常用的方法[5]。该装调技术摆脱了自准反射镜的限制，同样具有着较高的精度。除以上两种方法外，应用看星观察离焦星点图调整也是比较常用的方法，该方法一般需借助于CCD记录和分析图像。文献[6-7]中的方法通过曲率测量重建波前，其原理为基于同样大小的焦前焦后离焦图像，分析两者的光照度关系进行波前重构进而分析系统像差。文献[8-9]的方法为通过离焦图像的几何形状分析其系统的误差。文献[10]则通过控制离焦量，分析出像差中的像散和离焦量之间的关系找出系统的偏心误差。本文的分析即基于离焦星点图来得到有关主次镜偏心倾斜和间隔误差，实现望远镜系统的装调的相关研究。

　　2　理论分析

　　参照文献[8]的分析过程和相关公式，并在此基础上考虑像散的影响作用。设W(x，y)表示偏心望远镜出瞳处的近轴波前，当只考虑横向位置出现误差时:

　　其中 D 为系统离焦，C 为偏心彗差，A 为偏心和残余像散。

　　为了寻找离焦图像的边缘，参照文献[8]使用横向像差(T)来计算：