[发明专利]一种可共用于太阳活动区观测和夜天文观测的全天时多功能望远镜装置

摘要

一种可共用于太阳活动区和夜天文观测的全天时多功能望远镜装置，包括光学望远镜系统、轻质蜂窝主镜及温控系统、热视场光阑及温控系统、热视场光阑调整结构、消色差成像系统、滤光器及旋转架和数据处理及控制系统。本装置能够共用于白天太阳活动区和夜间夜天文观测，在没有明显增加成本和系统复杂性，将望远镜装置的有效观测时间从仅用作白天或夜间观测增加为白天和夜间连续观测，延长了有效观测时间，提高了观测效率，对望远镜发展，尤其是大口径望远镜的发展提供重要参考，创新性和实用性强。

主权项

一种可共用于太阳活动区和夜天文观测的全天时多功能望远镜装置，其特征在于：包括光学望远镜系统、主镜温控系统、热视场光阑及温控系统、热视场光阑调整结构、消色差成像系统、数据处理及控制系统；光学望远镜系统包括轻质蜂窝主镜(1)、次镜(2)、中继反射镜组(3)、主镜室(4)、镜筒结构和机架结构，其中轻质蜂窝主镜(1)被安装于主镜室(4)上，并作为整体，与次镜(2)、中继反射镜组(3)共同依附于镜筒结构和机架结构上，通过镜筒结构与机架结构连接为一体，机架结构为镜筒结构及其依附结构提供支撑、跟踪和旋转；入射光束首先经过轻质蜂窝主镜(1)反射后在主镜焦点位置形成实焦点，并继续向前传播至次镜(2)反射面，次镜(2)为有焦反射镜，再次将光束反射，并形成观测焦点；中继反射镜组(3)对次镜(2)反射光进行合理编排，使得观测焦点能够进入观测室，便于在光学望远镜观测室；主镜温控系统(5)位于主镜室(4)中，并通过主镜室(4)的支撑结构将轻质蜂窝主镜(1)支撑在上方；主镜温控系统(5)通过向轻质蜂窝主镜(1)面板背板吹较低温度冷媒，使轻质蜂窝主镜(1)背板温度降低，并进一步降低轻质蜂窝主镜(1)面板温度，达到缩小轻质蜂窝主镜(1)镜面与周围环境空气之间温度差，并最终实现对轻质蜂窝主镜(1)镜面视宁度效应的控制；同时，主镜温控系统(5)对轻质蜂窝主镜(1)的温度控制，也能够实现轻质蜂窝主镜(1)镜体的温度均匀分布，从而抑制由于温度分布不均匀导致的热变形效应；热视场光阑及温控系统位于光学望远镜系统主焦点位置处，包括热视场光阑(6)、热视场光阑温控系统(7)；热视场光阑限制光学望远镜系统成像视场，并通过对光学望远镜系统成像视场的限制，限制进入望光学望远镜系统的能量，避免次镜(2)及中继反射镜组(3)变形甚至损坏，也保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑(6)仅在光学望远镜系统在白天对太阳活动区进行观测时需要使用，通过热视场光阑(6)对成像视场的限制，限制进入次镜(2)和中继反射镜组(3)的太阳光辐射强度，从而保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑温控系统(7)对热视场光阑(6)进行冷却，冷却途径为通过将低温液体冷媒注入热视场光阑(6)腔体内，对热视场光阑(6)进行降温，并回收冷却废液，形成循环系统，最终实现热视场光阑(6)与周围环境空气温度平衡，控制光学望远镜内部视宁度效应，保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑(6)位于光学望远镜主焦点处，固定于光学望远镜镜筒结构上；热视场光阑温控系统(7)通过冷媒输送管道和冷媒回收管道与热视场光阑(6)进行连接，实现对热视场光阑(6)的温度控制，热视场光阑温控系统(7)自身则固定于镜筒结构上；热视场光阑调整机构(8)通过对热视场光阑(6)位置调整，使热视场光阑(6)移出和移入光学望远镜系统，实现望远镜装置白天对太阳活动区观测模式和夜间夜天文观测模式之间的切换；热视场光阑调整机构(8)与热视场光阑(6)采用刚体连接，并固定于光学望远镜镜筒结构上，通过带有数控电机的直线导轨、直线电机运动部件控制热视场光阑(6)在主镜筒内外的移出和移入；通过对热视场光阑(6)的移出和复位；消色差成像系统包括消色差成像装置(9)、成像相机(10)、可切换滤光器(11)；消色差成像系统用于对光学望远镜系统引入观测室的光束进行成像观测，位于光学望远镜系统的后端的独立观测室内，与光学望远镜系统相互独立；消色差成像装置(10)保证光学望远镜系统对多个波长进行无色差成像观测；可切换滤光器(11)位于消色差成像装置(9)的前端，用于滤除不需要的光谱成分，选择需要的成像波长和成像带宽，且对不同观测目标可通过控制可切换滤光器(11)实现不同的成像波长以及成像带宽切换，满足白天对太阳活动区和夜间对夜天文目标不同的观测需求；成像相机(10)位于消色差成像系统的尾端，消色差成像装置(9)的成像面上，用于记录成像数据；数据处理及控制系统包括数据处理模块(12)和全系统控制模块(13)；数据处理模块(12)接收来自主镜温控系统(5)、热视场光阑温控系统(7)和成像相机(10)的状态监测数据、温控传感器数据，所述状态监测数据包括主镜温控系统(5)和热视场光阑温控系统(7)的运行状态信息以及成像相机(10)的参数设置信息，包括曝光时间；所述温控传感器数据包括主镜温控系统(5)和热视场光阑温控系统(7)中的温度传感器、冷媒流量传感器测量反馈的数据信息，这些数据信息为全系统控制模块(13)提供控制依据；数据处理模块(12)接收所述温控传感器测量数据，并结合实时空气温度，通过对比形成冷媒温度控制命令，最终通过控制主镜温控系统(5)和热光阑温控系统(7)进行制冷或加热，使主镜镜面及热视场光阑(6)表面温度与周围环境空气温度一致；当望远镜装置需要在白天观测模式和夜间观测模式之间切换时，全系统控制模块(13)将控制热光阑调整结构(8)，使之进入望远镜装置内部或移除望远镜装置，同时转动可切换滤光器(11)，使可切换滤光器(11)能够与观测目标光谱相匹配。