基于环境温度反馈的卡塞格林望远镜自动调焦

管雯璐; 谭逢富; 靖旭; 侯再红; 吴毅

doi:10.37188/OPE.20212908.1832

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于环境温度反馈的卡塞格林望远镜自动调焦

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-12

- 基于环境温度反馈的卡塞格林望远镜自动调焦
- Automatic focusing of Cassegrain telescope based on environmental temperature feedback
- 光学精密工程 2021年29卷第8期页码：1832-1838
- 作者机构：
  
  1.中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽合肥 230031
  2.中国科学技术大学，安徽合肥 230026
  3.先进激光技术安徽省实验室，安徽合肥 230037
- 作者简介：
  
  管雯璐（1994-），女，安徽合肥人，博士研究生，2017年于合肥工业大学获得学士学位，主要从事激光大气传输及参数测量技术的研究。E-mail：GWL1234@mail. ustc.edu.cn
  侯再红（1968-），男，山西河津人，博士生导师，研究员，1990年于华中理工大学获得学士学位，主要从事大气参数测量以及仪器设计方面的研究。E-mail：zhhou@aiofm.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(41405014)
- DOI：10.37188/OPE.20212908.1832
  中图分类号： TP391
- 收稿：2021-01-10，
  
  修回：2021-03-13，
  
  纸质出版：2021-08-15
- 稿件说明：
移动端阅览
管雯璐,谭逢富,靖旭等.基于环境温度反馈的卡塞格林望远镜自动调焦[J].光学精密工程,2021,29(08):1832-1838.

GUAN Wen-lu,TAN Feng-fu,JING Xu,et al.Automatic focusing of Cassegrain telescope based on environmental temperature feedback[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(08):1832-1838.
管雯璐,谭逢富,靖旭等.基于环境温度反馈的卡塞格林望远镜自动调焦[J].光学精密工程,2021,29(08):1832-1838. DOI： 10.37188/OPE.20212908.1832.

GUAN Wen-lu,TAN Feng-fu,JING Xu,et al.Automatic focusing of Cassegrain telescope based on environmental temperature feedback[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(08):1832-1838. DOI： 10.37188/OPE.20212908.1832.

摘要

为了在望远镜设备探测过程中实时调节由环境温度变化引起的光学系统组合焦距偏离，建立了温度与成像焦点位置调节的对应关系。通过理论计算得出卡塞格林望远镜系统组合焦距变化与温度变化的关系，利用步入式可编程高低温箱设计了温度实验，得出系统单位温度焦点位置的变化量，并在实际工作环境下进行了二次标定，得出望远镜设备的离焦量为

0.14 mm/℃。最后，结合理论实验设计了一种基于环境温度反馈的望远镜自动调焦装置，应用于设备外场观测实验，得出自动调焦装置使用前后望远镜系统的成像信噪比。实验结果表明，离焦量与温度变化量具有相关性，调焦装置使用后所成图像的均方根误差由5.056降低为0.729，成像信噪比由41.09提高到49.50。环境温度反馈的自动调焦技术有利于望远镜设备更好地捕捉观测目标，抑制背景噪声，提高信号采集的精确度与参数测量的准确度，增强了外场探测对环境温度变化的适应能力。

Abstract

To adjust the combined focal length deviation of an optical system caused by the changes in environmental temperature in real time during telescope equipment detection， this study established the relationship between the temperature and variation in the imaging focus position. Through theoretical calculations， the relationship between the focal length change of a Cassegrain telescope system and temperature change was obtained. Then， a temperature experiment was conducted using a walk-in programmable high and low temperature box. The change in the focal position per unit temperature of the system was obtained. A second calibration was conducted in the actual working environment. The defocus of the telescope equipment considered in this study was -0.14 mm/℃. By combining theoretical and experimental results， a telescope automatic focusing device based on environmental temperature feedback was designed. Finally， the device was applied to an equipment field observation experiment. We obtained the imaging signal-to-noise ratio of the telescope system before and after the automatic focusing device was applied. The results demonstrated that the defocus corresponded to the temperature change. After the focusing device was incorporated， the mean square error of the resulting image was reduced from 5.056 to 0.729， and the imaging signal-to-noise ratio was increased from 41.09 to 49.50. The automatic focusing technology of environmental temperature feedback helps the telescope system to better capture the observation target， suppress background noise， improve the accuracy of signal acquisition and parameter measurement， and enhance the adaptability of external field detection to environmental temperature changes.

关键词

Keywords

references

PAN K X ， LIU Y R ， PAN Z M . Study on the single-lens telescope and its imaging parameters ［J］. American Journal of Physics and Applications ， 2019 ， 7 （ 6 ）： 136 - 143 .

VALENÇA J ， PUENTE I ， JÚLIO E ， et al . Assessment of cracks on concrete bridges using image processing supported by laser scanning survey ［J］. Construction and Building Materials ， 2017 ， 146 ： 668 - 678 .

SALISBURY M A ， KOLB U C ， NORTON A J ， et al . Monitoring of transiting exoplanets and their host stars with small aperture telescopes ［J］. New Astronomy ， 2021 ， 83 ： 101477 .

朱冉，顾伯忠，徐洁倩，等 . 2.5 m级太阳望远镜主镜热控技术研究［J］. 光学学报， 2018 ， 38 （ 11 ）： 1112001 .

ZHU R ， GU B ZH ， XU J Q ， et al . Thermal control technology of primary mirror of 2.5 m class solar telescope ［J］. Acta Optica Sinica ， 2018 ， 38 （ 11 ）： 1112001 . （in Chinese）

谭伟，齐文雯，何红艳，等 . 一种推扫型敏捷遥感卫星星上自动调焦技术［J］. 光学学报， 2020 ， 40 （ 5 ）： 197 - 204 .

TAN W ， QI W W ， HE H Y ， et al . An on-board autofocusing method for scanning agile remote sensing satellite ［J］. Acta Optica Sinica ， 2020 ， 40 （ 5 ）： 197 - 204 . （in Chinese）

陈荣军，谭洪舟，谭伟清，等 . 一种基于模糊图像处理的透镜快速测焦方法［J］. 光学学报， 2015 ， 35 （ 2 ）： 115 - 123 .

CHEN R J ， TAN H ZH ， TAN W Q ， et al . A fast lens focus measurement method based on blurred image processing ［J］. Acta Optica Sinica ， 2015 ， 35 （ 2 ）： 115 - 123 . （in Chinese）

SUBBARAO M ， WEI T C ， SURYA G . Focused image recovery from two defocused images recorded with different camera settings ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 1995 ， 4 （ 12 ）： 1613 - 1628 .

FERRARO P ， COPPOLA G ， DE NICOLA S ， et al . Digital holographic microscope with automatic focus tracking by detecting sample displacement in real time ［J］. Optics Letters ， 2003 ， 28 （ 14 ）： 1257 - 1259 .

HAIGH D . Referencing the infinity focus of achromatic telescope objectives ［J］. Physics Education ， 2019 ， 54 （ 5 ）： 055013 .

黄垒，辛立平，韩旭辉，等 . 广角天文望远镜的自动调焦［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 1 ）： 174 - 183 .

HUANG L ， XIN L P ， HAN X H ， et al . Auto-focusing of wide-angle astronomical telescope ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 1 ）： 174 - 183 . （in Chinese）

曹玉岩，王建立，陈涛，等 . 基于Hexapod平台的地基大型光学望远镜失调误差主动补偿［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 11 ）： 2452 - 2465 .

CAO Y Y ， WANG J L ， CHEN T ， et al . Active compensation of aberration for large ground-based telescope based on Hexapod platform ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 11 ）： 2452 - 2465 . （in Chinese）

杨飞，明名，王富国，等 . 温度变化对1.23m望远镜光机系统的影响［J］. 光子学报， 2012 ， 41 （ 1 ）： 26 - 30 .

YANG F ， MING M ， WANG F G ， et al . Influences of thermal diversification to opto-mechanical system of 1.23 m telescope ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2012 ， 41 （ 1 ）： 26 - 30 . （in Chinese）

葛佳琪，秦应雄，刘晓东，等 . 变斑变焦激光切割光学系统的设计［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 343 - 351 .

GE J Q ， QIN Y X ， LIU X D ， et al . Design of variable spot and zoom optical system for laser cutting ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 343 - 351 . （in Chinese）

浏览量

1006

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

地基大口径光学望远镜圆顶钢结构设计

地基大口径望远镜圆顶设计

千单元自适应压电变形镜的高压放大器设计

地平主焦点式大视场望远镜的双电机消旋系统

拼接镜新型粗共相检测方法