專利名稱：一種全天空大氣重力波成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于觀測大氣重力波的光學(xué)成像儀器，尤其涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)對 全天空的大氣重力波活動水平二維成像的全天空大氣重力波成像儀。
背景技術(shù)：
大氣重力波在上傳過程中會對氣輝輻射層產(chǎn)生擾動，以大氣氣輝輻射為示蹤物， 可以實現(xiàn)對大氣重力波活動的觀測。在中高層大氣氣輝輻射帶中，位于可見光到近紅外波 段輻射較強(qiáng)的是寬帶的OH和窄帶的02氣輝層，其波段分別約為750-850nm，865士2. 5nm，這 兩種氣輝輻射都可用于重力波活動成像觀測。圖1是現(xiàn)有的全天空大氣重力波成像儀的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，現(xiàn)有的全天空 大氣重力波成像儀的構(gòu)成包括特定的魚眼鏡頭、濾光鏡片組、較大尺寸的濾光片以及其他 特定的光學(xué)器件。其缺點在于，特定型號的魚眼鏡頭購買相對困難，較大尺寸的濾光片成本 高，而且增加了成像儀的直徑，特定光學(xué)鏡片的設(shè)計加工較復(fù)雜等，從而在大氣重力波多點 觀測，成像儀小型化便攜化等方面有所限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不僅可以同樣實現(xiàn)較高精度的重 力波活動觀測，也可以降低成本和尺寸，簡潔又不失高精度地實現(xiàn)全天空大氣重力波成像 的全天空大氣重力波成像儀。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的全天空大氣重力波成像儀，包括魚眼鏡頭、由第 一鏡片、第二鏡片和第三鏡片構(gòu)成的三片式光路調(diào)整鏡片組、濾光片、成像鏡頭以及科學(xué)級 CXD相機(jī)，以O(shè)H和02氣輝輻射為示蹤物，實現(xiàn)對全天空大氣重力波成像。其中，所述第一鏡片采用正透鏡，并將其放置在所述魚眼鏡頭的焦平面附近，接著 在該第一鏡片的后方放置采用正透鏡的所述第二鏡片和采用負(fù)透鏡的所述第三鏡片，該三 片透鏡與所述魚眼鏡頭相互配合，使得從所述第三鏡片出射的光線滿足所述濾光片帶寬對 入射光線角度要求，然后再使光線通過圓形的所述濾光片，再經(jīng)過所述成像鏡頭，最后到達(dá) 與所述成像鏡頭連接的所述科學(xué)級C⑶相機(jī)，從而實現(xiàn)全天空180°大氣重力波成像。其中，所述魚眼鏡頭可以采用商業(yè)通用的的魚眼鏡頭，例如焦距10. 5mm #tF2. 8、 焦距16mm#F3. 5、以及焦距8mm#F2. 8等等。所述濾光片可以采用直徑2英寸或3英寸等的濾光片。所述成像鏡頭以及科學(xué)級CXD相機(jī)采用商用的成像鏡頭和科學(xué)級CXD即可。另外，作為進(jìn)一步改進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明還提供一種全天空大氣重力波成像儀， 其特征在于，包括魚眼鏡頭、由第一鏡片、第二鏡片和第三鏡片構(gòu)成的三片式光路調(diào)整鏡 片組、多片不同波段的濾光片、濾光輪、成像鏡頭以及科學(xué)級CCD相機(jī)，以O(shè)H和02氣輝輻射 為示蹤物，實現(xiàn)對全天空大氣重力波成像。其中，所述第一鏡片采用正透鏡，并將其放置在所述魚眼鏡頭的焦平面附近，接著
3在該第一鏡片的后方放置采用正透鏡的所述第二鏡片和采用負(fù)透鏡的所述第三鏡片，該三 片透鏡與所述魚眼鏡頭相互配合，使得從所述第三鏡片出射的光線滿足所述濾光片帶寬對 入射光線角度要求，然后再使光線通過裝有所述多片不同波段的濾光片的所述濾光輪，再 經(jīng)過所述成像鏡頭，最后到達(dá)與所述成像鏡頭連接的所述科學(xué)級CCD相機(jī)，由計算機(jī)控制 實現(xiàn)多通道輪流觀測，從而實現(xiàn)全天空180°大氣重力波成像。本發(fā)明的全天空大氣重力波成像儀的有益效果在于本發(fā)明采用魚眼鏡頭實現(xiàn)全 天空成像，采用前置鏡片組配合小直徑的濾光片濾光。因為窄帶濾光片對入射光線角度敏 感，這里采用前置三片式鏡片組，使入射到濾光片的光線角度能同時滿足寬帶濾光片和窄 帶濾光片的角度要求，同時方便調(diào)整光學(xué)像差。再通過一個商用的成像鏡頭，與科學(xué)級CCD 相機(jī)配合，最終實現(xiàn)以大氣氣輝輻射為示蹤物，實現(xiàn)對大氣重力波的成像觀測。由此，采用 商業(yè)通用的魚眼鏡頭，例如焦距10. 5mm#F2. 8，和小直徑的濾光片，例如2英寸，結(jié)合三片式 濾光鏡片組，以及商用成像鏡頭和科學(xué)級(XD，簡潔又不失高精度地實現(xiàn)全天空大氣重力波 成像。


圖1是現(xiàn)有的全天空大氣重力波成像儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的全天空大氣重力波成像儀的結(jié)構(gòu)及光路示意圖，以焦距 10. 5mm#F2. 8魚眼鏡頭和直徑2英寸濾光片為例。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的全天空大氣重力波成像儀進(jìn)行詳細(xì)的說 明。圖2是本發(fā)明的全天空大氣重力波成像儀的結(jié)構(gòu)及光路示意圖，以焦距 10. 5mm#F2. 8魚眼鏡頭和直徑2英寸濾光片為例。如圖2所示，本發(fā)明的全天空大氣重力波 成像儀，包括魚眼鏡頭1、由第一鏡片2、第二鏡片3和第三鏡片4構(gòu)成的三片式光路調(diào)整 鏡片組、濾光片5、成像鏡頭6以及科學(xué)級CCD相機(jī)7，以O(shè)H和02氣輝輻射為示蹤物，實現(xiàn) 對全天空大氣重力波成像，其中，第一鏡片2采用正透鏡，并將其放置在魚眼鏡頭1的焦平面附近，接著在該 第一鏡片2的后方放置采用正透鏡的第二鏡片3和采用負(fù)透鏡的第三鏡片4，該三片透鏡與 魚眼鏡頭1相互配合，使得從第三鏡片4出射的光線滿足濾光片5帶寬對入射光線角度要 求，然后再使光線通過圓形的濾光片5，再經(jīng)過成像鏡頭6，最后到達(dá)與成像鏡頭6連接的科 學(xué)級CXD相機(jī)7，從而實現(xiàn)全天空180°大氣重力波成像。其中，魚眼鏡頭1可以采用商業(yè)通用的的魚眼鏡頭，例如焦距10. 5mm #F2. 8、焦 距16mm #F3.5、以及焦距8mm #F2.8等等。濾光片5可以采用小直徑的圓形濾光片，濾光片 尺寸如2英寸、3英寸等。另外，本發(fā)明中成像鏡頭6以及科學(xué)級CCD相機(jī)7采用普通商用 的成像鏡頭和科學(xué)級CCD即可。另外，如圖2所示，圖中的實線和虛線分別表示的是0°和90°入射的光線，即可 以實現(xiàn)全天空大氣重力波二維成像。光線自左向右貫穿整個光路，最左端光線是從魚眼鏡 頭1出射的光線，到達(dá)魚眼鏡頭1的焦平面后，穿過三片式鏡片組的第一鏡片2，然后穿過第二鏡片3和第三鏡片4，從而使光線角度達(dá)到濾光片5的帶寬要求，然后經(jīng)過一個成像鏡頭 6，之后到達(dá)科學(xué)級CXD相機(jī)7的平面。圖像由CXD相機(jī)記錄后，可由與之連接計算機(jī)導(dǎo)出數(shù)據(jù)。另外，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，可以將多個不同波段的濾光片5放 置于一個濾光輪內(nèi)，即在圖2中濾光片5的位置設(shè)置裝有多個不同波段濾光片5的濾光輪 (未圖示)。從魚眼鏡頭1出射的光線，到達(dá)魚眼鏡頭1的焦平面后，穿過三片式鏡片組的 第一鏡片2，然后穿過第二鏡片3和第三鏡片4，從而使光線角度達(dá)到多個不同波段的濾光 片5的帶寬要求，并使光線通過裝有多片不同波段的濾光片5的濾光輪(未圖示)，然后經(jīng) 過成像鏡頭6，之后到達(dá)科學(xué)級CXD相機(jī)7的平面。由此，與CXD相機(jī)一起，由計算機(jī)控制， 可以實現(xiàn)多通道輪流觀測。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，包括魚眼鏡頭、由第一鏡片、第二鏡片和第三鏡片構(gòu)成的三片式光路調(diào)整鏡片組、濾光片、成像鏡頭以及科學(xué)級CCD相機(jī)，以O(shè)H和O2氣輝輻射為示蹤物，實現(xiàn)對全天空大氣重力波成像，其中，所述第一鏡片采用正透鏡，并將其放置在所述魚眼鏡頭的焦平面附近，接著在該第一鏡片的后方放置采用正透鏡的所述第二鏡片和采用負(fù)透鏡的所述第三鏡片，該三片透鏡與所述魚眼鏡頭相互配合，使得從所述第三鏡片出射的光線滿足所述濾光片帶寬對入射光線角度要求，然后再使光線通過所述濾光片，再經(jīng)過所述成像鏡頭，最后到達(dá)與所述成像鏡頭連接的所述科學(xué)級CCD相機(jī)，從而實現(xiàn)全天空180°大氣重力波成像。
2.如權(quán)利要求1所述的全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，所述魚眼鏡頭采用焦 距 10. 5mm #F2. 8、焦距 16mm #F3. 5、或者焦距 8mm #F2. 8 的鏡頭。
3.如權(quán)利要求1所述的全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，所述濾光片采用2英寸 或者3英寸的小直徑圓形濾光片。
4.如權(quán)利要求1所述的全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，所述成像鏡頭以及科 學(xué)級CCD相機(jī)采用普通商用成像鏡頭和科學(xué)級CCD。
5.一種全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，包括魚眼鏡頭、由第一鏡片、第二鏡 片和第三鏡片構(gòu)成的三片式光路調(diào)整鏡片組、多片不同波段的濾光片、濾光輪、成像鏡頭以 及科學(xué)級CXD相機(jī)，以O(shè)H和02氣輝輻射為示蹤物，實現(xiàn)對全天空大氣重力波成像，其中，所述第一鏡片采用正透鏡，并將其放置在所述魚眼鏡頭的焦平面附近，接著在該 第一鏡片的后方放置采用正透鏡的所述第二鏡片和采用負(fù)透鏡的所述第三鏡片，該三片透 鏡與所述魚眼鏡頭相互配合，使得從所述第三鏡片出射的光線滿足所述濾光片帶寬對入射 光線角度要求，然后再使光線通過裝有所述多片不同波段的濾光片的所述濾光輪，再經(jīng)過 所述成像鏡頭，最后到達(dá)與所述成像鏡頭連接的所述科學(xué)級CCD相機(jī)，由計算機(jī)控制實現(xiàn) 多通道輪流觀測，從而實現(xiàn)全天空180°大氣重力波成像。
6.如權(quán)利要求5所述的全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，所述魚眼鏡頭采用焦 距 10. 5mm #F2. 8、焦距 16mm #F3. 5、或者焦距 8mm #F2. 8 的鏡頭。
7.如權(quán)利要求5所述的全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，所述濾光片采用2英寸 或者3英寸的小直徑圓形濾光片。
8.如權(quán)利要求5所述的全天空大氣重力波成像儀，其特征在于，所述成像鏡頭以及科 學(xué)級CCD相機(jī)采用普通商用成像鏡頭和科學(xué)級CCD。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全天空大氣重力波成像儀，包括魚眼鏡頭、由第一鏡片、第二鏡片和第三鏡片構(gòu)成的三片式光路調(diào)整鏡片組、濾光片、成像鏡頭以及科學(xué)級CCD相機(jī)。第一鏡片采用正透鏡并將其放置在魚眼鏡頭的焦平面附近，接著在該第一鏡片的后方放置采用正透鏡的第二鏡片和采用負(fù)透鏡的第三鏡片，該三片透鏡與魚眼鏡頭相互配合，使得從第三鏡片出射的光線滿足濾光片帶寬對入射光線角度要求，然后再使光線通過濾光片，再經(jīng)過成像鏡頭，最后到達(dá)與成像鏡頭連接的科學(xué)級CCD相機(jī)，從而以O(shè)H和O2氣輝輻射為示蹤物，實現(xiàn)全天空180°大氣重力波成像。本發(fā)明的成像儀不僅可以實現(xiàn)較高精度的重力波活動觀測，還能夠降低成本和尺寸，結(jié)構(gòu)簡潔又不失高精度。
文檔編號G01V7/02GK101923179SQ200910237418
公開日2010年12月22日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者涂翠, 程永強(qiáng), 胡雄, 郭商勇, 閆召愛 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心