[发明专利]地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置

权利要求书

1.一种地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置，其特征在于：该装置包括：地平式望远镜(1)、转台(2)、电控驱动器(3)、中继光路(4)、变形镜DM(5)、相机(6)、相机旋转台(7)、控制器(8)、数据处理及控制计算机(9)；转台(2)位于方位轴下方，电控驱动器(3)控制转台(2)整体旋转，其用于消除由地平式望远镜跟踪目标过程中引起的瞳面旋转；转台(2)转动中心有一块固定于转台(2)的反射镜，其作用是将来自方位轴的光路反射到中继光路(4)；中继光路(4)之间具有变形镜DM(5)，瞳面位于其反射面上，变形镜DM(5)的作用是矫正大气波前像差；相机旋转台(7)与相机(6)相连接，并控制相机(6)旋转，其用于消除地平式望远镜跟踪目标过程中引起的像面旋转；在整个过程中，转台(2)消除瞳面旋转时，会引起额外的像面旋转，因此，相机旋转台(7)控制相机(6)消除像面旋转时，也需要消除由于瞳面消旋引起的额外像面旋转；瞳面消旋量和像面消旋量与望远镜光学系统、机械结构、安装位置、观测目标运动特性有关，其需要由数据处理及控制计算机(9)根据相关参数进行计算，并最终控制控制器(8)实现对电控驱动器(3)和相机旋转台(7)的准确控制，从而实现同时消除瞳面旋转和像面旋转。

2.根据权利要求1所述的地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置，其特征在于：地平式望远镜在跟踪观测目标过程中，需要根据观测目标的位置不断调整望远镜高度轴和方位轴参数；然而，望远镜高度轴和方位轴的不断调整，会引起望远镜内部各光学元件相对旋转位置发生变化，使得望远镜观测像面与观测目标之间产生旋转，同时也会引起望远镜内部入瞳和出瞳发生相对旋转，且旋转量随着高度轴和方位轴运动不断发生改变；像面旋转将使得望远镜无法对观测目标进行长时间曝光成像，从而丧失对暗弱目标探测的能力；同时也无法对同一目标进行长时间连续、稳定观测成像，从而丧失监测同一目标连续变化或不断演变过程的能力；瞳面旋转将使得自适应光学无法准确探测大气波前相位信息，进而无法准确校正大气扰动对成像质量的影响，使得望远镜无法达到或接近理论衍射极限分辨能力，无法达到高分辨力观测的目的；

由于瞳面一般位于成像面之前，因此，该地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置，采用转台消除瞳面旋转，并计算由此带来的额外像面旋转，最后采用旋转相机的方式对由于望远镜跟踪产生的像旋量以及瞳面消旋产生的额外像旋量进行消除；

对地平式望远镜而言，自适应光学是望远镜克服大气扰动进行衍射极限成像的必要手段；自适应光学系统中的波前校正器和波前探测器均需要放置于望远镜内部的某个光学出瞳上，用以进行波前校正和波前探测；当发生瞳面旋转时，就会导致望远镜自身静态像差与位于某一出瞳位置的波前探测器发生相对位置旋转；同时，波前校正器与波前探测器的相对旋转位置也会随之发生动态改变，从而使得自适应光学系统波前校正效果降低甚至无效；

设瞳面旋转角度为θ_p2，则瞳面旋转角速度为dθ_P2/dt，在瞳面消旋时，电控驱动器(3)控制转台(2)以瞳面旋转角速度dθ_P2/dt进行旋转，即可补偿掉瞳面旋转；

对地平式望远镜而言，像面可用于对观测目标进行长时间曝光成像，以及对同一目标进行长时间连续、稳定观测成像，但是转台消除瞳面旋转产生的额外像旋量，以及由于望远镜跟踪产生的像旋量导致的像面旋转，将引起相机所采集的图像模糊不清，从而丧失对暗弱目标探测的能力；以及丧失监测同一目标连续变化或不断演变过程的能力；

设像面旋转角度为θ_F4，则像面旋转角速度为dθ_F4/dt，但是转台(2)在消除瞳面旋转时，会导致额外的像面旋转，设额外的像面旋转量为△θ_p2，额外的像面旋转角速度为d△θ_p2/dt；因此在像面消旋时，相机旋转台(8)控制相机(7)以实际像面旋转角速度(dθ_F4/dt+d△θ_p2/dt)进行旋转，补偿掉像旋，此时相机(7)实际转动的角度为(θ_F4+△θ_p2)；

因此，该地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置，采用转台消除瞳面旋转，并计算由此带来的额外像面旋转，最后采用旋转相机的方式对由于望远镜跟踪产生的像旋量以及瞳面消旋产生的额外像旋量进行消除。