[发明专利]基于激光光源的分段检测圆顶视宁度的检测装置及其方法

说明书

基于激光光源的分段检测圆顶视宁度的检测装置及其方法，本装置放置于望远镜圆顶内，特征是本装置由两个激光光源将两束平行的激光发射到CCD相机，该CCD相机的输出接图像处理电脑，组成探测器。所述的“两个激光光源”是两个产生平行激光的激光器，或所述的“两个激光光源”是一个半反半透镜和一个激光器。本发明可以在任意一段光路上实现圆顶视宁度的高精度实时测量，并能进一步实现多段光路上的串行和多段并行圆顶视宁度精细测量，对于圆顶视宁度的评价和圆顶内光学系统的光学性能的评价分析具有极其重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种基于激光光源和图像处理技术的圆顶视宁度检测仪器，非常适用于各 种大口径望远镜和各种光路上的圆顶视宁度检测，并且本发明的装置可以方便灵活的对复杂 的光学系统光路进行分段检测。本发明还涉及这种检测装置的工作方法。

背景技术

视宁度是指地球大气对光学成像的影响，产生的原因就是光路中温度分布不均匀所导 致，也就说光路中会存在大量的冷暖气团，与周围的空气有微小的温度差别，冷气团与暖气 团相比具有较高的密度和折射率，使得光线经过气团边界的时候因为折射率常数的局部变化 而发生偏折，从而引起像斑的扰动，成像越清晰，视宁度越好。

视宁度一般分为台址大气视宁度，圆顶视宁度和镜面视宁度。

其中大气视宁度是指地球地表大气层的扰动引起的光线的色散、畸变、吸收、红移以 及折射效应，使得原本的一个点光源在望远镜中成像为一个不停抖动的面光源，大气视宁度 对空间对地观测和地基对天观测成像的影响很大，所以拥有好的台址对望远镜的使用十分重 要，甚至为了避免台址视宁度，花费了极大代价建设了空间天文望远镜。

圆顶视宁度(DOME SEEING)主要由望远镜自身和观测室引起，在望远镜附近由于气压，湿度变化都不大，主要有温度和温度梯度引起。望远镜控制需要的机械设备，电子设备附近会产生很多的热量。这些热量加热空气，如果进入光路，将会引起折射率的波动，从而降低分辨率，这种分辨率的降低的物理量，我们称为圆顶视宁度。圆顶视宁度对于一个优秀的台址是一种巨大的浪费，极大地影响了该光学路径上的光学性能，亟需进行人工测量和 改善。因此对于圆顶视宁度的检测十分的重要，尤其是对于越来越大的大型天文望远镜。

镜面视宁度是由于望远镜具有大口径的主镜，主镜受热不均匀导致镜面附近的空气密 度不均匀，从而降低分辨率引起的，随着望远镜的主镜越来越大，镜面视宁度越来越重要。

其中大气视宁度一般使用差分图像监视器(DIMM)进行检测，差分图像监视器的原理就是测量一个星体经过望远镜入瞳处两个分开放置的小孔光阑后形成的像的重心差分运动 的方差。差分的图像运动可以避免望远镜震动或者小的失焦误差引起的跟踪误差，因此能得 到仅仅因为自由大气而导致像质下降的一个无偏的估计。

由Tatarski和Fried建立起来的大气视宁度的标准模型，主要建立在Kolmogorov的关 于大气湍流的工作的基础之上。DIMM就是根据视宁度的标准模型，测量大气湍流引起的误 差的强度，然后预测出望远镜的视宁度的Fried参数r0和半极大全宽(Full WidthHalf Maximum，简称FWHM)，在这里，视宁度的Fried参数r0和FWHM都是表达光波传播经过湍流大气的改变量的最重要的参数。r0越小(FWHM越大)，则湍流越厉害，视宁度则越差。

传统的将DIMM置于望远镜的附近，仅能用于检测从星体到圆顶外的台址大气视宁度， 而当前国内外均无法对圆顶内视宁度进行单独的精确评估测量，目前常见的圆顶视宁度评价 结果都是通过光学系统的最终的性能和台址视宁度来间接估计和推断圆顶视宁度，其具有不 精确、不实时、测量物理量表达也不一致等多种缺点。而大型望远镜越来越需要对圆顶视宁 度进行单独的检测，以监测圆顶内温度梯度和气流的扰动情况，并在圆顶视宁度的基础之上 开展进一步的通风、制冷等圆顶视宁度改进措施。而且在望远镜圆顶内没有常见台址视宁度 检测用DIMM所必需的类似无穷远天体的光源目标，无法继续应用我们常见的DIMM装置。 在这里我们首先提出了基于激光光源的分段式圆顶视宁度检测装置。