[发明专利]基于瞳孔遮挡的离焦的太阳望远镜导星镜

说明书

技术领域

本发明属于光电仪器领域，具体设计一种基于遮挡瞳孔并在导星光路的离焦像面上成像的太阳望远镜导星镜。

背景技术

太阳望远镜是一种专门观测太阳的天文望远镜，这与夜晚恒星望远镜的区别根本上在于观测目标源分别是低对比度扩展源的太阳和夜间天文高对比度的目标，而为了实现望远镜跟踪稳像，天文望远镜的导星必不可少。太阳作为高亮度的扩展观测目标源，其角直径约为32角分，而且是太阳像上的扩展目标特征呈现低对比度，比如体现太阳活动的光球上的太阳黑子直径大约是太阳的1/194（直径可达80000公里），亮度约3000至4500K，比光球温度5780K稍低，看上去呈现一些深暗的斑点，而且太阳黑子是一种太阳活动，并不稳定呈现在太阳某个位置，分布也很不均匀规律，在太阳表面横越移动时，其大小也会膨胀和收缩，而是成群出现活动。因此通过人工或者计算机来实现对太阳的闭环导星，使得太阳望远镜高精度地指向并跟踪太阳，需要检测太阳像在望远镜的位置变化，相比于其它天文观测目标而言，更困难。通常在太阳望远镜机架上安装一个口径较小的导星镜或者主镜焦前折射，利用这导星镜或折射镜后的全日面太阳成像的位置测量，并反馈给计算机执行望远镜指向跟踪的校正，从而实现太阳导星和稳像的目的。

目前的太阳望远镜的自动导星，大约有如下几种方法：

1、光电管自动导星，非常不稳定，对太阳的亮度、云量、天光等十分敏感，从而精度很低，基本被淘汰；

2、线阵CCD或者条形CCD自动导星，接受的太阳信息太少，精度也低，抗干扰能力低；

3、利用大靶面面形CCD或者CMOS等相机，对太阳全日面成像，自动导星精度高，但需要大相机，成本很高；

4、拼接导星方，通过分割导星物镜，把太阳像分成四个，并偏折后拼接成像，比如中国发明专利2007 1 0020041.7：一种天文望远镜视频CCD自动导星方法，步骤如下：在导星镜筒或主镜筒上安装视频CCD，通过CCD图像处理，得到天体的图像，旋转CCD，使天体像的移动在X方向与赤经或赤纬平行，用视频CCD对天体成像，计算机用视频捕捉卡得到视频图像，根据该图像及其变化进行导星；计算机通过视频捕捉卡得到视频图像后，进行导星的处理流程。循环执行上述过程直至导星结束。CCD对准中央区域，采集的图像中包含了太阳的四个方向的运动量，计算机分析图像的偏移量，即能实现用小靶面CCD，实现高分辨得太阳的太阳导星，但物镜分割及偏折的装配很复杂。

5、利用光楔为折光元件的太阳望远镜导星镜，中国专利号：CN102928972A:：以光楔为折光元件的太阳望远镜导星镜，在导星镜筒或主镜筒上安装有视频CCD，在导行物镜前面，安装有四只光楔，四只光楔的楔角和形状相同；四只光楔的安装位置是：围绕导行物镜的中轴，成90度均匀分布；四只光楔的彼此的方向是：各成90度设置。四个光楔的参数是：光楔楔角α为32角分-40角分，光线偏转角度β为16角分-20角分，玻璃折射率n为1.4-1.6。通过上述光楔折光，即可在CCD上实现高精度地太阳导星，但是光楔的选材、加工、检测、安装定位和粗细调整均比较困难和复杂；

6、其它基于相关跟踪器的太阳导星，利用小靶面相机对太阳的局部进行低对比度成像，通过太阳上低对比度目标特征图像在时间序列方向上的相关处理，获得低对比度特征的偏移，从而实现太阳的导星，本方法因为特征图像对比度很低，甚至没有特征，无法实现高精度的导星测量和校正。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对现有技术的各种不足，本发明提出了一种新型的太阳望远镜导星镜，能克服现有技术精度低、抗干扰能力低、成本高昂、物镜分割以及偏折的装配比较复杂、安装和加工调整困难等不足，利用遮挡瞳孔并在导星光路的离焦像面上使用小靶面相机和计算机，即可实现太阳成像和导星检测及其反馈校正，免除了分割镜面和光楔元件的选材加工、安装和调整，除了瞳孔遮挡和一个可以增加的调节焦点的镜头元件外，不再对导星镜筒或者主镜镜筒的折射镜之后续的导星光路上添加任何其它元件，结构非常简单、使用非常方便、成本也非常低、便于批量生产。

完成上述发明任务的技术方案是，基于瞳孔遮挡的离焦的太阳望远镜导星镜，在导星镜聚焦镜头前或后的导星光轴中心处安装瞳孔遮挡，以在离焦的成像像面上获得外围亮、亮暗过渡区和暗核（相对于常规望远镜焦面上的亮核），其中暗核用于导星测量及校正的反馈，即可实现导星。

作为本发明的进一步改进，所述导星镜还包括导星镜筒，所述导星聚焦镜头和瞳孔遮挡设置在导星镜筒内。