[发明专利]集太阳观测与恒星观测功能于一体的多功能天文望远镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种集太阳观测与恒星观测功能于一体的多功能天文望远镜, 属于光学系统设计领域。本发明受到2.5米多功能望远镜研制项目和国家自然科学基金（11273040）的资助。

背景技术

太阳观测和恒星及星系观测是天文学研究的主要内容，科学家对两种望远镜有着很大的需求。经过不断的探索，人们总结出了一些较为通用的望远镜光学系统，适用于若干领域的天文观测，如施密特反射望远镜系统适用于恒星星系探测、天体光谱收集和巡天多功能运用，格里高利系统则普遍运用于太阳观测，格里高利系统的主镜焦点可以用于安装视场光阑和反射镜，不仅能够有效降热量对成像的影响，而且满足多种太阳观测的要求。

建造更大口径的望远镜是天文学发展的趋势。考虑到大口径望远镜的建造成本高、建造周期长等原因，如果一台望远镜能够实现太阳观测与恒星观测的统一，将大大提高望远镜的费效比。由于太阳观测的特点是高热量、高照度、高精度，恒星星系观测的特点是低照度、大视场、宽波段，其技术参数的存在很大差异，两种功能合一存在很大的难度。目前2米以上的太阳望远镜和恒星及星系望远镜多为单一功能的望远镜，比如印度NLST(口径2米)，德国GREGOR（口径1.5米）都是比较著名的太阳望远镜，而多功能望远镜尚属空白。

通过光学设计的创新，将两种功能合理地集中到一台望远镜中，不仅能够以较低的建造成本实现多个科研目标，而且可以让望远镜的选址、使用与维护变得简单，能够有效降低观测维护成本，对天文光学发展具有重要的意义。但是现有技术尚未有这类技术方案出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种集太阳观测与恒星观测功能为一体的大口径、反射式多功能望远镜的光学系统。本发明解决了目前太阳观测和恒星观测难以在一个天文望远镜实现的难题，实现了太阳和恒星观测条件下宽光谱、大视场、高质量成像与高分辨率光谱测量功能的统一。

完成上述发明任务的技术方案是，一种集太阳观测与恒星观测功能于一体的多功能天文望远镜，采用格里高利光学系统作为主反射镜、副镜与目镜系统（三镜光学系统）的基础，其特征在于，

太阳观测光路中设置有一个折轴反射镜，通过该折轴反射镜将主镜、副镜反射过来的光线转折到高度轴上，通过高度轴上的扁球镜进行系统焦比转换；

该主反射镜、副镜与目镜系统一共设计有三个焦点：主焦点、系统焦点与科学焦点；其中，

主焦点放置视场光阑，反射镜及其制冷装置，与恒星观测光路共用；

系统焦点，放置磁分析仪标定装置；

科学焦点，该焦点是全反射镜成像（可以满足较宽的光谱工作范围。该焦点也可用于恒星观测中需要较小视场的光谱测量等科学目的）；

在主镜焦点位置设置有转换装置，通过视场光阑和像场改正镜的切换实现太阳观测光路和恒星观测光路的切换。

太阳观测光路中设置的折轴反射镜，要选择较小折轴反射镜，其大小以不造成对恒星观测光路的光线遮挡为准。

更具体和更优化地说，本发明的方案如下：

设计一种光学系统方案，根据太阳观测光路、恒星观测光路和导星镜的设计，进行望远镜总体布局。下面就针对这些设计进行详细的描述并给出多功能望远镜的布局。

一、太阳观测光路：

大型太阳望远镜采用开放式结构。选用格里高利光学系统作为三镜系统的基础。太阳望远镜在高度轴附近提供一个小焦比系统焦点，在此处放置磁分析定标装置。通过折轴镜将扁球镜放置在高度轴上。像点引入到望远镜下方的光谱仪室加大焦比来保证足够长的后工作距。三镜系统一共设计了三个焦点：

主焦点，焦比F2.5，放置视场光阑，反射镜及其制冷装置，与恒星观测光路共用；

系统焦点，焦比F7.5，放置磁分析仪标定装置；

科学焦点，焦比F46，可以提供3′× 3′的衍射极限成像，该焦点是全反射镜成像，可以满足较宽的光谱工作范围。该焦点也可用于恒星观测中需要较小视场的光谱测量等科学目的。