[發(fā)明專利]地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510176827.2
• 申請日: 2015-04-15
• 公開（公告）號: CN104730704B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設計）人: 饒長輝;王志勇;顧乃庭;饒學軍;朱磊;李程;黃金龍;程云濤;劉洋毅;姚本溪;鄭聯(lián)慧;張?zhí)m強
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B23/16
• 分類號: G02B23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置，其特征在于：該裝置包括：地平式望遠鏡(1)、轉臺(2)、電控驅動器(3)、中繼光路(4)、變形鏡DM(5)、相機(6)、相機旋轉臺(7)、控制器(8)、數(shù)據(jù)處理及控制計算機(9)；轉臺(2)位于方位軸下方，電控驅動器(3)控制轉臺(2)整體旋轉，其用于消除由地平式望遠鏡跟蹤目標過程中引起的瞳面旋轉；轉臺(2)轉動中心有一塊固定于轉臺(2)的反射鏡，其作用是將來自方位軸的光路反射到中繼光路(4)；中繼光路(4)之間具有變形鏡DM(5)，瞳面位于其反射面上，變形鏡DM(5)的作用是矯正大氣波前像差；相機旋轉臺(7)與相機(6)相連接，并控制相機(6)旋轉，其用于消除地平式望遠鏡跟蹤目標過程中引起的像面旋轉；在整個過程中，轉臺(2)消除瞳面旋轉時，會引起額外的像面旋轉，因此，相機旋轉臺(7)控制相機(6)消除像面旋轉時，也需要消除由于瞳面消旋引起的額外像面旋轉；瞳面消旋量和像面消旋量與望遠鏡光學系統(tǒng)、機械結構、安裝位置、觀測目標運動特性有關，其需要由數(shù)據(jù)處理及控制計算機(9)根據(jù)相關參數(shù)進行計算，并最終控制控制器(8)實現(xiàn)對電控驅動器(3)和相機旋轉臺(7)的準確控制，從而實現(xiàn)同時消除瞳面旋轉和像面旋轉。

2.根據(jù)權利要求1所述的地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置，其特征在于：地平式望遠鏡在跟蹤觀測目標過程中，需要根據(jù)觀測目標的位置不斷調整望遠鏡高度軸和方位軸參數(shù)；然而，望遠鏡高度軸和方位軸的不斷調整，會引起望遠鏡內部各光學元件相對旋轉位置發(fā)生變化，使得望遠鏡觀測像面與觀測目標之間產(chǎn)生旋轉，同時也會引起望遠鏡內部入瞳和出瞳發(fā)生相對旋轉，且旋轉量隨著高度軸和方位軸運動不斷發(fā)生改變；像面旋轉將使得望遠鏡無法對觀測目標進行長時間曝光成像，從而喪失對暗弱目標探測的能力；同時也無法對同一目標進行長時間連續(xù)、穩(wěn)定觀測成像，從而喪失監(jiān)測同一目標連續(xù)變化或不斷演變過程的能力；瞳面旋轉將使得自適應光學無法準確探測大氣波前相位信息，進而無法準確校正大氣擾動對成像質量的影響，使得望遠鏡無法達到或接近理論衍射極限分辨能力，無法達到高分辨力觀測的目的；

由于瞳面一般位于成像面之前，因此，該地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置，采用轉臺消除瞳面旋轉，并計算由此帶來的額外像面旋轉，最后采用旋轉相機的方式對由于望遠鏡跟蹤產(chǎn)生的像旋量以及瞳面消旋產(chǎn)生的額外像旋量進行消除；

對地平式望遠鏡而言，自適應光學是望遠鏡克服大氣擾動進行衍射極限成像的必要手段；自適應光學系統(tǒng)中的波前校正器和波前探測器均需要放置于望遠鏡內部的某個光學出瞳上，用以進行波前校正和波前探測；當發(fā)生瞳面旋轉時，就會導致望遠鏡自身靜態(tài)像差與位于某一出瞳位置的波前探測器發(fā)生相對位置旋轉；同時，波前校正器與波前探測器的相對旋轉位置也會隨之發(fā)生動態(tài)改變，從而使得自適應光學系統(tǒng)波前校正效果降低甚至無效；

設瞳面旋轉角度為θ_p2，則瞳面旋轉角速度為dθ_P2/dt，在瞳面消旋時，電控驅動器(3)控制轉臺(2)以瞳面旋轉角速度dθ_P2/dt進行旋轉，即可補償?shù)敉嫘D；

對地平式望遠鏡而言，像面可用于對觀測目標進行長時間曝光成像，以及對同一目標進行長時間連續(xù)、穩(wěn)定觀測成像，但是轉臺消除瞳面旋轉產(chǎn)生的額外像旋量，以及由于望遠鏡跟蹤產(chǎn)生的像旋量導致的像面旋轉，將引起相機所采集的圖像模糊不清，從而喪失對暗弱目標探測的能力；以及喪失監(jiān)測同一目標連續(xù)變化或不斷演變過程的能力；

設像面旋轉角度為θ_F4，則像面旋轉角速度為dθ_F4/dt，但是轉臺(2)在消除瞳面旋轉時，會導致額外的像面旋轉，設額外的像面旋轉量為△θ_p2，額外的像面旋轉角速度為d△θ_p2/dt；因此在像面消旋時，相機旋轉臺(8)控制相機(7)以實際像面旋轉角速度(dθ_F4/dt+d△θ_p2/dt)進行旋轉，補償?shù)粝裥?，此時相機(7)實際轉動的角度為(θ_F4+△θ_p2)；

因此，該地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置，采用轉臺消除瞳面旋轉，并計算由此帶來的額外像面旋轉，最后采用旋轉相機的方式對由于望遠鏡跟蹤產(chǎn)生的像旋量以及瞳面消旋產(chǎn)生的額外像旋量進行消除。