專利名稱：天文選址大氣光學參數(shù)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣光學領(lǐng)域，具體涉及一種天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，是一種進行大氣光學參數(shù)測量的測量設(shè)備。
背景技術(shù)：
在使用自適應光學系統(tǒng)的場合，需要了解當?shù)?、當時的大氣視寧度等參數(shù)，也是天文臺選址與天文觀測不可或缺的重要參數(shù)。定量描述大氣視寧度的參數(shù)就是大氣相干長度，它表征了某一特定光程中一定橫向間距上的大氣相干性，并且在表征全程大氣瑞流強度和自適應光學相位校正技術(shù)中得到廣泛應用。等暈角是決定自適應光學系統(tǒng)校正視場的一個主要參數(shù)，其表征通過大氣湍流到達觀測點的光波波前的角度相關(guān)性。如果到達系統(tǒng)的不同方向的兩束光之間的夾角超過等暈角，它們之間的相關(guān)性將迅速降低。光波在湍流大氣中傳輸時，光波參數(shù)(強度、相位以及傳播方向等)因湍流擾動而起伏，這種起伏是由折射率隨機變化導致的，因此對大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的測量為研究光束的飄移和擴展、圖像的傳輸?shù)忍峁┮罁?jù)。同時通過湍流強度隨路徑的分布，可以計算得到其他一些表征湍流狀況的參數(shù)，如相干長度、等暈角等。目前現(xiàn)有的大氣視寧度監(jiān)測儀，比如差分圖像運動監(jiān)測儀，通過統(tǒng)計單星象經(jīng)瞳孔平面上兩個小孔徑所成像的相對運動實時監(jiān)測大氣視寧度。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單，廣泛應用于的臺站視寧度測量，我國在云南天文臺和國家天文臺興隆觀測站，西部天文選址等處都有過這種視寧度監(jiān)測儀運行。其具體結(jié)構(gòu)和工作原理是通常在小口徑(350mm左右)望遠鏡的入瞳上放置一塊有兩個子孔(50-100_)的入瞳分割鏡，并在子孔上放置小楔角楔鏡，使到達這個子孔的波前產(chǎn)生傾斜，從而同一目標星經(jīng)過兩子孔后產(chǎn)生不重疊的雙像，最后用CXD圖像傳感器記錄下一系列雙像，并統(tǒng)計出雙像相對位置的方差，即可計算出視寧度。等暈角的測量需要通過對大氣湍流強度的測量來進行換算，最方便的方法是用星光閃爍法，即根據(jù)恒星的光強的起伏方差，測量等暈角。基于大氣視寧度和等暈角的測量方法，現(xiàn)有同時或者通過更換光瞳模板完成這兩個參數(shù)測量的儀器。而多孔徑閃耀傳感器通過測量不同尺寸孔徑上的星像閃耀，利用閃耀和瑞流關(guān)系獲得自由大氣視寧度和等暈角。目前，湍流強度廓線的測量手段主要有探空氣球、風廓線波雷達反演以及聲雷達測量等方法，但他們都有各自的不足，如數(shù)據(jù)均為非光波波段直接測量、測量精度不高、測量距離有限、需要其他參數(shù)配套測量，限制了測量的目標范圍和精度。而采用光波波段測量的多孔徑閃耀傳感器直接測量被測量，具有實時的優(yōu)越性，可以同時測量自由大氣層視寧度、等暈角和近似湍流強度廓線等多個大氣光學參數(shù)，已被成功配置到Cerro Tololo,Mauna Kea, Cerro Paranal, 30米望遠鏡選址點、南極Dome C等進行臺址測量。另外，組合多孔徑閃耀傳感器和差分圖像運動監(jiān)測儀，充分利用兩者的優(yōu)點，并成功應用于30米望遠鏡選址。我國尚無成功應用多孔徑閃耀傳感器進行測量，也缺乏對其關(guān)鍵技術(shù)的研究。但是，多孔徑閃耀傳感器結(jié)構(gòu)復雜，加工難度高，現(xiàn)場裝調(diào)困難。因此，目前需要一種新的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，該測量儀需充分利用多孔徑閃耀傳感器和差分圖像運動監(jiān)測儀的優(yōu)點，同時滿足現(xiàn)場裝調(diào)方便，長期可靠。而現(xiàn)有技術(shù)中尚未出現(xiàn)這種測量儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時測量大氣視寧度、自由大氣層視寧度、等暈角和近似湍流強度廓線的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，這種天文選址大氣光學參數(shù)測量儀裝調(diào)方便，可靠性好。本發(fā)明專利的技術(shù)方案如下一種天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，由小型望遠鏡、CCD圖象傳感器與計算機組成，其特征在于
在所述小型望遠鏡入瞳處的前方，依次安裝有以網(wǎng)格分劃板為光源的平行光管U1、入瞳分割鏡U2(S卩，入瞳分割鏡U2位于小型望遠鏡入瞳處，平行光管Ul安裝在入瞳分割鏡U2前方，它的光源為網(wǎng)格分劃板)；
在所述小型望遠鏡入瞳處的后方的光軸上，依次安裝有可開合的分光鏡(簡稱分光鏡)、四通道光子計數(shù)部件U3、光學成像中繼鏡與C⑶圖像傳感器；其中，四通道光子計數(shù)部件U3位于小型望遠鏡焦平面上；
網(wǎng)格分劃板和寬視場目鏡位于所述可開合的分光鏡的上方；
所述四通道光子計數(shù)部件、CXD圖像傳感器的輸出，接所述的計算機。換言之，本發(fā)明的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀主要由平行光管、入瞳分割鏡、小型望遠鏡、可開合的分光鏡 、網(wǎng)格分劃板、目鏡、四通道光子計數(shù)部件、光學成像中繼鏡、CCD圖象傳感器和計算機組成。入瞳分割鏡前方安裝有平行光管，其光源為網(wǎng)格分劃板；入瞳分割鏡位于小型望遠鏡的入瞳處，其由I只通孔、2只相同楔角楔鏡和I套楔鏡組構(gòu)成；楔鏡組由共圓心同楔角的3只環(huán)形楔鏡和I只楔鏡構(gòu)成；小型望遠鏡焦平面前方安裝有可開合的分光鏡，分光鏡上方安裝有網(wǎng)格分劃板和目鏡；小型望遠鏡焦平面上安裝有四通道光子計數(shù)部件，四通道光子計數(shù)部件中軸為通孔，4只光電倍增管安裝在此通孔端周圍；光學成像中繼鏡將焦平面中心區(qū)域成像到CCD圖像傳感器上。以上方案中，所述的四通道光子計數(shù)部件的結(jié)構(gòu)是設(shè)有中軸為通孔的支座；該支座上設(shè)有均勻分布在同一圓上的四只光電倍增管。所述的入瞳分割鏡的結(jié)構(gòu)是設(shè)有帶有通孔的支座；該支座上設(shè)有均勻分布在同一圓上的兩只相同楔角的楔鏡、一個通孔和一個楔鏡組；其中兩只楔鏡的楔角為25"。對以上提及的各部件內(nèi)容及作用做如下說明
當分光鏡彈合后，來自平行光管的平行光波通過入瞳分割鏡的通孔和小型望遠鏡，經(jīng)分光鏡分光，一路光波成像于網(wǎng)格分劃板上，另一路光波被光學成像中繼鏡成像于CCD圖象傳感器上，用于系統(tǒng)裝調(diào)。當分光鏡彈開后，來自平行光管的平行光波通過入瞳分割鏡的通孔和小型望遠鏡系統(tǒng)，直接被光學成像中繼鏡成像于CXD圖象傳感器上，輔助系統(tǒng)自動調(diào)焦。當分光鏡彈開后，來自單星光波經(jīng)入瞳分割鏡上2只相同楔角楔鏡偏折后分成兩束光波，入射至小型望遠鏡上，并經(jīng)光學成像中繼鏡同時成像于CXD圖象傳感器，用于大氣視寧度測量；來自單星光波經(jīng)入瞳分割鏡上楔鏡組偏折后分成四束光波，入射至小型望遠鏡上，并分別會聚于四通道光子計數(shù)部件的4只光電倍增管上，用于閃耀測量。計算機利用閃耀和湍流的關(guān)系直接測量自由大氣層視寧度和等暈角，同時使用逆問題計算算法恢復出近似湍流強度廓線。本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時測量大氣視寧度、自由大氣層視寧度、等暈角和近似湍流強度廓線的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，這種天文選址大氣光學參數(shù)測量儀裝調(diào)方便，可靠性好。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是(1)結(jié)構(gòu)上采用平行光管、網(wǎng)格分劃板和寬視場目鏡方便系統(tǒng)現(xiàn)場裝調(diào)。(2)結(jié)構(gòu)上采用平行光管和CCD圖象傳感器，輔助系統(tǒng)自動調(diào)焦。(3)入瞳分割鏡分光法至今尚未見公開報道。本技術(shù)將入瞳瞳分割鏡膠合成獨立部件，外界振動不影響入瞳分割鏡性能。本技術(shù)方便了天文選址大氣光學參數(shù)測量儀現(xiàn)場裝調(diào)，極大提高了可靠性。


圖1是本發(fā)明光路結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明入瞳分割鏡和四通道光子計數(shù)部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式 實施例1，天文選址大氣光學參數(shù)測量儀。參見圖1和圖2 :小型望遠鏡I的口徑為Φ355. 6mm，焦距為3910mm，400 700納米復消色差寬帶成像，中心波長為550納米。平行光管Ul安裝在入瞳分割鏡U2前方,它的光源為網(wǎng)格分劃板。入瞳分割鏡U2位于小型望遠鏡入瞳處，其由帶有Φ IOOmm通孔的支座7、Φ IOOmm楔鏡8、Φ IOOmm楔鏡10、楔鏡組9構(gòu)成；楔鏡8和10的楔角為25";楔鏡組9由外直徑Φ85. 25mm內(nèi)直徑Φ58. 5mm環(huán)形楔鏡、外直徑Φ58. 5mm內(nèi)直徑Φ 33mm環(huán)形楔鏡、夕卜直徑C>33mm內(nèi)直徑Φ 19. 5mm環(huán)形楔鏡、直徑Φ 19. 5mm楔鏡相互旋轉(zhuǎn)90°膠粘而成，楔鏡組9中楔鏡楔角均為24'，并且共圓心?？砷_合的分光鏡2位于小型望遠鏡焦平面前方。外直徑Φ42.5_網(wǎng)格分劃板3和70°寬視場Ultima LX 32mm目 鏡4位于分光鏡2上方。四通道光子計數(shù)部件U3位于小型望遠鏡焦平面上，其包含中軸為通孔的支座11、型號為R1635P濱松光電倍增管12、13、14和15。光學成像中繼鏡5位于四通道光子計數(shù)部件U3后方，其將焦平面中心區(qū)域成像到CCD圖像傳感器6上。CXD圖像傳感器6的型號為JA1-BM141GE。平行光管Ul和CXD圖像傳感器6的組合輔助系統(tǒng)自動調(diào)焦?？砷_合的分光鏡2、網(wǎng)格分劃板3和寬視場目鏡4便于系統(tǒng)現(xiàn)場裝調(diào)。楔鏡8、楔鏡10、小型望遠鏡1、光學成像中繼鏡5和CXD圖像傳感器6的組合實現(xiàn)大氣視寧度監(jiān)測。楔鏡組9、小型望遠鏡I和四通道光子計數(shù)部件U3的組合實現(xiàn)單星閃耀監(jiān)測。經(jīng)大氣綜合參數(shù)測量分析軟件計算后可獲得大氣層視寧度、自由大氣層視寧度、等暈角和近似湍流強度廓線等各種大氣光學參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，由小型望遠鏡、CXD圖象傳感器與計算機組成， 其特征在于在所述小型望遠鏡入瞳處的前方，依次安裝有網(wǎng)格分劃板、平行光管U1、入瞳分割鏡U2 ；在所述小型望遠鏡入瞳處的后方的光軸上，依次安裝有可開合的分光鏡(簡稱分光鏡)、四通道光子計數(shù)部件U3、光學成像中繼鏡與C⑶圖像傳感器；其中，四通道光子計數(shù)部件U3位于小型望遠鏡焦平面上；網(wǎng)格分劃板和寬視場目鏡位于所述可開合的分光鏡的上方；所述四通道光子計數(shù)部件、CXD圖像傳感器的輸出，接所述的計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，其特征在于所述的四通道光子計數(shù)部件的結(jié)構(gòu)是設(shè)有中軸為通孔的支座；該支座上設(shè)有均勻分布在同一圓上的四只光電倍增管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，其特征在于所述的入瞳分割鏡的結(jié)構(gòu)是設(shè)有帶有通孔的支座；該支座上設(shè)有均勻分布在同一圓上的兩只相同楔角的楔鏡、一個通孔和一個楔鏡組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，其特征在于所述的入瞳分割鏡中的兩只相同楔角的楔鏡，其楔角為25"。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，其特征在于所述的小型望遠鏡I的口徑為Φ355. 6mm，焦距為3910mm，400 700納米復消色差寬帶成像，中心波長為550納米。
全文摘要
天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，由小型望遠鏡、CCD圖象傳感器與計算機組成，特征是，小型望遠鏡入瞳處的前方依次安裝有平行光管(其光源為網(wǎng)格分劃板)、入瞳分割鏡；小型望遠鏡入瞳處的后方的光軸上，依次安裝有可開合的分光鏡、四通道光子計數(shù)部件、光學成像中繼鏡與CCD圖像傳感器；其中，四通道光子計數(shù)部件位于小型望遠鏡焦平面上；網(wǎng)格分劃板和寬視場目鏡位于分光鏡的上方；四通道光子計數(shù)部件、CCD圖像傳感器的輸出接計算機。本發(fā)明的天文選址大氣光學參數(shù)測量儀，能夠同時測量大氣視寧度、自由大氣層視寧度、等暈角和近似湍流強度廓線，這種天文選址大氣光學參數(shù)測量儀裝調(diào)方便，可靠性好。
文檔編號G01W1/00GK103048701SQ201210566259
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者陳華林, 裴沖, 袁祥巖, 戴松新 申請人:中國科學院國家天文臺南京天文光學技術(shù)研究所