[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

说明书

技术领域

本发明涉及针对地平式望远镜瞳面旋转与像面旋转的消旋装置的技术领域，特别是一种地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置。

背景技术

由于地平式机架具有优越的力学性能，因此随着人类对望远镜图像分辨率要求的不断提高，望远镜口径也越来越大，只有地平式机架结构才能满足使用需求。地平式机架结构的望远镜安装地点与地理纬度无关，目前世界大口径望远镜多采用此种结构。

然而，地平式望远镜也存在一些缺陷，比较典型的如瞳面旋转和像面旋转。

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。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。

采用转台消除瞳面旋转，具有两个主要优点：一是其相较于光学消旋，不引入额外仪器偏振，同时不会增加光路反射角，导致综合反射率降低。二是转台可作为支撑望远镜、成像光学系统等的平台，转台之下可以放置一系列后端仪器，如安放精密测光、光谱、偏振等很多体积大、重量大的仪器以及自适应光学系统。

目前国外大部分大口径望远镜项目，均采用转台消旋。

但在地平式望远镜中，转台可以消除瞳面旋转，但是无法消除由此带来的额外像面旋转，以及由于望远镜跟踪目标产生的像面旋转；或者将转台用于消除像面旋转，但其无法消除瞳面旋转。

相机消旋是直接控制成像器件沿其轴线转动来旋正图像。目前在一些机载跟踪系统和电视跟踪系统中普遍采相机消旋，例如王霆博士成功设计了一种机载电视设备消旋结构，用于补偿由于光电框架结构运动导致的电视图像旋转，方便飞行员进行观察(王霆.机载CCD图像消旋控制技术研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2005.)，相机消旋具有响应快速、系统简单、成像质量稳定、花费低等优点。但是相机消旋只能消除像面旋转，无法消除瞳面旋转。

根据以上背景描述可知，为了实现地平式望远镜瞳面旋转和像面旋转的消除，无法采用单一的消旋方式，既消除瞳面旋转又消除像面旋转，因此至少需要两套独立的光学机构和控制机构，并改变望远镜系统光路设计，增加光学结构复杂性；而光学结构的复杂性一定程度上降低了系统性能，并增加了具体实施难度。基于以上背景，本发明提出一种地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置，将转台消旋与相机消旋结合，通过转台对瞳面消旋进行消除，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。

本发明采用较简单的方法实现了地平式望远镜瞳面和像面同时消旋，且不增加额外仪器偏振和降低光路综合反射率，能够最大程度上保证系统光学性能，控制关系简单，创新性和实用性明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对地平式望远镜瞳面旋转，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问题。以及像面旋转，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的问题，提出一种地平式望远镜瞳面和像面机械消旋的一体化装置，试图以最少光学元器件、最紧凑光学结构、最简单控制方案等同时实现地平式望远镜瞳面和像面同时消旋的功能。