地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及針對地平式望遠鏡瞳面旋轉與像面旋轉的消旋裝置的技術領域，特別 是一種地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置。
【背景技術】
[0002] 由于地平式機架具有優(yōu)越的力學性能，因此隨著人類對望遠鏡圖像分辨率要求的 不斷提高，望遠鏡口徑也越來越大，只有地平式機架結構才能滿足使用需求。地平式機架結 構的望遠鏡安裝地點與地理煒度無關，目前世界大口徑望遠鏡多采用此種結構。
[0003] 然而，地平式望遠鏡也存在一些缺陷，比較典型的如瞳面旋轉和像面旋轉。
[0004] 瞳面旋轉將使得自適應光學無法準確探測大氣波前相位信息，進而無法準確校正 大氣擾動對成像質量的影響，使得望遠鏡無法達到或接近理論衍射極限分辨能力，無法達 到高分辨力觀測的目的。像面旋轉將使得望遠鏡無法對觀測目標進行長時間曝光成像，從 而喪失對暗弱目標探測的能力；同時也無法對同一目標進行長時間連續(xù)、穩(wěn)定觀測成像，從 而喪失監(jiān)測同一目標連續(xù)變化或不斷演變過程的能力。
[0005] 采用轉臺消除瞳面旋轉，具有兩個主要優(yōu)點：一是其相較于光學消旋，不引入額外 儀器偏振，同時不會增加光路反射角，導致綜合反射率降低。二是轉臺可作為支撐望遠鏡、 成像光學系統(tǒng)等的平臺，轉臺之下可以放置一系列后端儀器，如安放精密測光、光譜、偏振 等很多體積大、重量大的儀器以及自適應光學系統(tǒng)。
[0006] 目前國外大部分大口徑望遠鏡項目，均采用轉臺消旋。
[0007] 但在地平式望遠鏡中，轉臺可以消除瞳面旋轉，但是無法消除由此帶來的額外像 面旋轉，以及由于望遠鏡跟蹤目標產生的像面旋轉；或者將轉臺用于消除像面旋轉，但其無 法消除瞳面旋轉。
[0008] 相機消旋是直接控制成像器件沿其軸線轉動來旋正圖像。目前在一些機載跟蹤系 統(tǒng)和電視跟蹤系統(tǒng)中普遍采相機消旋，例如王霆博士成功設計了一種機載電視設備消旋結 構，用于補償由于光電框架結構運動導致的電視圖像旋轉，方便飛行員進行觀察（王霆.機 載CCD圖像消旋控制技術研宄[D].中國科學院研宄生院（長春光學精密機械與物理研宄 所），2005.)，相機消旋具有響應快速、系統(tǒng)簡單、成像質量穩(wěn)定、花費低等優(yōu)點。但是相機消 旋只能消除像面旋轉，無法消除瞳面旋轉。
[0009] 根據(jù)以上背景描述可知，為了實現(xiàn)地平式望遠鏡瞳面旋轉和像面旋轉的消除，無 法采用單一的消旋方式，既消除瞳面旋轉又消除像面旋轉，因此至少需要兩套獨立的光學 機構和控制機構，并改變望遠鏡系統(tǒng)光路設計，增加光學結構復雜性；而光學結構的復雜性 一定程度上降低了系統(tǒng)性能，并增加了具體實施難度。基于以上背景，本發(fā)明提出一種地平 式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置，將轉臺消旋與相機消旋結合，通過轉臺對瞳 面消旋進行消除，并計算由此帶來的額外像面旋轉，最后采用旋轉相機的方式對由于望遠 鏡跟蹤產生的像旋量以及瞳面消旋產生的額外像旋量進行消除。
[0010] 本發(fā)明采用較簡單的方法實現(xiàn)了地平式望遠鏡瞳面和像面同時消旋，且不增加額 外儀器偏振和降低光路綜合反射率，能夠最大程度上保證系統(tǒng)光學性能，控制關系簡單，創(chuàng) 新性和實用性明顯。

【發(fā)明內容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術問題是：針對地平式望遠鏡瞳面旋轉，使得自適應光學無法 準確探測大氣波前相位信息，進而無法準確校正大氣擾動對成像質量的影響，使得望遠鏡 無法達到或接近理論衍射極限分辨能力，無法達到高分辨力觀測的目的問題。以及像面旋 轉，使得望遠鏡無法對觀測目標進行長時間曝光成像，從而喪失對暗弱目標探測的能力；同 時也無法對同一目標進行長時間連續(xù)、穩(wěn)定觀測成像，從而喪失監(jiān)測同一目標連續(xù)變化或 不斷演變過程的能力的問題，提出一種地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置， 試圖以最少光學元器件、最緊湊光學結構、最簡單控制方案等同時實現(xiàn)地平式望遠鏡瞳面 和像面同時消旋的功能。
[0012] 本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案是：地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋 的一體化裝置，其特征在于該裝置包括：地平式望遠鏡1、轉臺2、電控驅動器3、中繼光路4、 變形鏡DM 5、相機6、相機旋轉臺7、控制器8、數(shù)據(jù)處理及控制計算機9。轉臺2位于方位軸 下方，電控驅動器3控制轉臺2整體旋轉，其主要負責消除由地平式望遠鏡跟蹤目標過程中 引起的瞳面旋轉。轉臺2轉動中心有一塊固定于轉臺2的反射鏡，其作用是將來自方位軸 的光路反射到中繼光路4。中繼光路4之間具有變形鏡DM 5,瞳面位于其反射面上，變形鏡 DM 5的作用是矯正大氣波前像差。相機旋轉臺7與相機6相連接，并控制相機6旋轉，其主 要負責消除地平式望遠鏡跟蹤目標過程中引起的像面旋轉。在整個過程中，轉臺2消除瞳 面旋轉時，會引起額外的像面旋轉，因此，相機旋轉臺7控制相機6消除像面旋轉時，也需要 消除由于瞳面消旋引起的額外像面旋轉。瞳面消旋量和像面消旋量與望遠鏡光學系統(tǒng)、機 械結構、安裝位置、觀測目標運動特性等有關，其需要由數(shù)據(jù)處理及控制計算機9根據(jù)相關 參數(shù)進行計算，并最終控制控制器8實現(xiàn)對電控驅動器3和相機旋轉臺7的準確控制，從而 實現(xiàn)同時消除瞳面旋轉和像面旋轉。
[0013] 其中，地平式望遠鏡瞳面和像面機械消旋的一體化裝置工作過程如下：
[0014] 地平式望遠鏡在跟蹤觀測目標過程中，需要根據(jù)觀測目標的位置不斷調整望遠鏡 高度軸和方位軸參數(shù)。然而，望遠鏡高度軸和方位軸的不斷調整，會引起望遠鏡內部各光 學元件相對旋轉位置發(fā)生變化，使得望遠鏡觀測像面與觀測目標之間產生旋轉，同時也會 引起望遠鏡內部入瞳和出瞳發(fā)生相對旋轉，且旋轉量隨著高度軸和方位軸運動不斷發(fā)生改 變。像面旋轉將使得望遠鏡無法對觀測目標進行長時間曝光成像，從而喪失對暗弱目標探 測的能力；同時也無法對同一目標進行長時間連續(xù)、穩(wěn)定觀測成像，從而喪失監(jiān)測同一目標 連續(xù)變化或不斷演變過程的能力。瞳面旋轉將使得自適應光學無法準確探測大氣波前相位 信息，進而無法準確校正大氣擾動對成像質量的影響，使得望遠鏡無法達到或接近理論衍 射極限分辨能力，無法達到高分辨力觀測的目的。
[0015] 由于瞳面一般位于成像面之前，因此，本發(fā)明提出的地平式望遠鏡瞳面和像面機 械消旋的一體化裝置，采用轉臺消除瞳面旋轉，并計算由此帶來的額外像面旋轉，最后采用 旋轉相機的方式對由于望遠鏡跟蹤產生的像旋量以及瞳面消旋產生的額外像旋量進行消 除。
[0016] 對地平式望遠鏡而言，自適應光學是望遠鏡克服大氣擾動進行衍射極限成像的必 要手段。自適應光學系統(tǒng)一般放置在望遠鏡coud6焦點之后，一些望遠鏡為了提高整體光 通量也將自適應光學系統(tǒng)集成于望遠鏡之上，如使用波前校正器替代望遠鏡系統(tǒng)中的某一 個反射鏡，甚至是有焦反射鏡，如主鏡和次鏡等。但無論哪種方式，自適應光學系統(tǒng)中的波 前校正器和波前探測器均需要放置于望遠鏡內部的某個光學出瞳上，用以進行波前校正和 波前探測。當發(fā)生瞳面旋轉時，就會導致望遠鏡自身靜態(tài)像差與位于某一出瞳位置的波前 探測器發(fā)生相對位置旋轉；同時，波前校正器與波前探測器的相對旋轉位置也會隨之發(fā)生 動態(tài)改變，從而使得自適應光學系統(tǒng)波前校正效果降低甚至無效。
[0017] 設瞳面旋轉角度為θ p2，則瞳面旋轉角速度為d Θ p2/dt，在瞳面消旋時，電控驅動 器（3)控制轉臺（2)以瞳面旋轉角速度d0p2/dt進行旋轉，即可