[发明专利]一种用于天文光纤瞄准的像切分装置

说明书

本发明涉及天文光纤瞄准技术领域，具体而言，涉及一种用于天文光纤瞄准的像切分装置。本发明包括异型微透镜阵列和光纤束两部分。其中，所述的异型微透镜阵列由一块中心圆形平板和周围多块扇形微透镜构成。本发明采用中心为圆形平板结构周围为多个扇形微透镜的异型微透镜阵列，在不改变科学主光纤入射光焦比的同时，实现光场能量100％覆盖，即偏离科学主光纤的光将被扇形微透镜耦合到侧光纤中，不存在探测盲区。

技术领域

本发明涉及天文光纤瞄准技术领域，具体而言，涉及一种用于天文光纤瞄准的像切分装置。

背景技术

天文光谱的获取和分析，是天文学中研究天体的重要手段。利用天体的光谱，天文学家可以得到天体化学组成、天体密度、压力、温度、磁场和运动速度等特征参数，对人类探索太空，认识未知天体，寻找适宜人类居住的新家园具有重大意义。

自1981年光纤首次被应用于望远镜的光信号传输网络以来，因其可远距离传输光、灵活轻便、抗电磁干扰等特性引起天文观测技术领域的革命性发展，尤其是多目标光纤光谱技术、光纤积分视场光谱技术和恒星干涉测量技术。多目标光纤光谱技术是指通过在天文望远镜焦面上布置大量光纤，将望远镜焦面上的星像传输到后端光谱仪，即可同时获取大量天体目标的光谱信息，这极大地提高了天文光谱获取效率，使得大规模天文光谱巡天技术得到高速发展。我国大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(The Large Sky AreaMulti-Object Fiber Spectroscopic Telescope,LAMOST)是一架完全由我国科学家自主创新设计和研制的多目标光纤光谱望远镜，LAMSOT在5°视场的焦面上部署了4000根光纤，连接到16台光谱仪上，可以同时获得4000个天体的光谱，是目前世界上光谱获取率最高的望远镜。

在多目标光纤光谱望远镜观测中，焦面板处的科学主光纤需要精确的瞄准目标星体，同时由于大气湍流和望远镜机械振动等外界因素，目标星体像斑也会发生微小位移。偏离光纤纤芯的像斑会造成传输效率大大下降，进入光纤包层的光线还会造成出射环形光斑等降低光谱分辨率的负面影响。因此，保证光纤快速瞄准目标天体，并实时监测像斑与科学主光纤纤芯的相对位置，根据获取的相对位置信息反馈调整光纤位置，确保像斑精确耦合进入科学主光纤纤芯对观测效率和光谱分辨率有重大意义。

目前光纤瞄准定位技术主要有三种：星虫结构、倾斜脊柱结构和双转轴结构。我国LAMOST望远镜目前采用的是双转轴结构定位法，每根光纤定位单元包含两个非同轴电机，拥有两个自由度。每个单元可以将光纤定位在33毫米直径的圆形巡逻区域内的任何位置。该定位系统利用前向照明，对光纤端进行成像、定位的技术。定位单元的测量系统由一个CCD传感器、一个图像采集卡和一个镜头组成。光源从前向照射到光纤上，焦板上的光纤的末端通过透镜成像在区域CCD传感器上。通过对CCD传感器采集到的光纤端面图像进行处理可以得到像斑与光纤的相对位置，进而调整光纤位置完成瞄准。但这种定位方法需要多次位置迭代，在定位的同时不能进行观测，也无法实时监测像斑与光纤纤芯的相对位置，跟踪精度无法保证，观测效率较低。中国专利CN104898214A所述的嵌入式多芯光纤瞄准器及定位装置，利用多芯光纤进行光斑与科学主光纤纤芯相对位置的实时监测和光纤瞄准，该装置直接用光纤接收星体像斑，光纤耦合效率不高，同时当像斑落在科学主光纤和侧光纤之间时，无法探测出信号响应，存在探测盲区。

发明内容

为了克服现有天文光纤瞄准定位装置的上述不足，本发明的目的在于提供一种用于天文光纤瞄准的像切分装置。在无需中断天文观测的情况下，实现多目标光纤光谱望远镜中光纤的快速定位、无盲区探测和目标星像的精准跟踪。