本发明专利技术提供一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，包括：准直器（1）、波前校正器DM（2）、光学中继器（3）、扫描反射镜（4）、分光镜（5）、波前探测器（6）、成像系统（7）、波前控制器（8）和数据处理计算机（9）组成。本发明专利技术通过在传统自适应光学系统中创造一个共轭于地面层的出瞳位置，并在该位置增加一个扫描反射镜。通过对扫描反射镜两个维度角度的控制，实现对大视场目标的有效分割和分别校正；最终通过数据融合的办法，实现太阳自适应光学系统对大视场活动区的校正能力。本发明专利技术没有明显增加太阳自适应光学系统复杂性，扩展了太阳自适应光学系统的校正能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种对大视场观测目标进行自适应光学校正后的扫描成像装置，特别是基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置。
技术介绍
太阳自适应光学系统是目前国内外绝大多数太阳望远镜，尤其是大口径太阳望远镜成功实现对太阳表面活动区观测的必要手段之一。大气湍流，尤其是地表层的大气湍流会严重影响太阳望远镜的成像质量，降低对太阳表面观测的分辨能力。为了能够充分发挥大口径太阳望远镜的成像能力，使之达到或接近衍射极限观测性能，需要为其配备相应的自适应光学系统。配备了太阳自适应光学系统的太阳望远镜，不仅能在良好视宁度条件下对太阳表面进行接近衍射极限的高分辨力成像，即使在中等视宁度条件下，也能够获得较好、甚至接近衍射极限的高分辨力观测，从而满足对太阳活动区长时间、高精度观测需求。然而，由于受等晕区限制，太阳自适应光学系统波前探测和校正视场仅有10角秒甚至更小，这仅相当于太阳活动区典型大小的很小一部分。随着太阳物理的发展以及人类对日地空间环境监测的需求提高，对整个太阳活动区进行高分辨力成像监测对推动太阳物理学的进步以及日地空间环境监测具有重要意义。然而，太阳活动区视场一般较大，达到I角分至5角分，传统太阳自适应光学系统将无法实现对整个太阳活动区的有效校正以及高分辨力成像观测。为了突破等晕区限制，1988年美国人J. Beckers首次提出采用多层共轭自适应光学技术(MCAO, Mult1-ConjugateAdaptive Optics)扩展自适应光学对大视场目标的波前校正倉泛力(J· M. Beckers, Increasing the size of the isoplanatic patch withmult1-conjugate adaptive optics, 1988),这一技术在夜天文自适应光学领域成功应用后，于2003年首次成功应用于太阳望远镜中，并获得较大视场的自适应光学校正后的太阳表面成像结果(Berkefeld等人,Mult1-conjugate solar adaptive optics with the VTTand GREGOR, 2003)，并在随后的几年中在DST等太阳望远镜上应用。MCAO技术成功突破了传统自适应光学技术对大视场自适应光学的校正能力限制，实现对太阳较大局部区域表面的高分辨力成像，为太阳活动区高分辨力成像提供了可能。当然，MCAO技术相对传统自适应光学技术而言，其光学结构庞大，数据处理过程复杂，控制难度较大，且代价昂贵，为此，在要求相对较低的空间环境监测和实时性要求不高的高分辨力观测领域，其造价和复杂性将不能满足系统的需求。本专利技术基于以上背景，提出一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，通过在传统自适应光学系统中创造一个共轭于地面层的出瞳位置，并在该位置增加一个扫描反射镜。通过对扫描反射镜两个维度角度的控制，实现对大视场目标的有效分割和分别校正；最终通过数据融合的办法，实现太阳自适应光学系统对大视场活动区的校正能力。本专利技术在没有明显增加太阳自适应光学系统复杂性条件下，提出大视场扫描校正装置，扩展了太阳自适应光学系统的校正能力，创新性和实用性明显。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对 传统太阳自适应光学系统受到等晕区限制，其波前探测和校正视场较小，无法实现对太阳望远镜全视场范围进行自适应光学波前校正并进而获得对太阳表面局部区域的大视场高分辨力成像结果这一问题，提出一种相应的解决办法，试图突破等晕区对传统太阳自适应光学波前校正能力的限制。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，该装置包括准直器、波前校正器DM、光学中继器、扫描反射镜、分光镜、波前探测器、成像系统、波前控制器和数据处理计算机；其中具有大视场观测能力的太阳望远镜对太阳表面局部区域进行成像后，被放置在太阳望远镜像面位置后一定距离处的准直器准直成一定口径的平行光束，对应地表层共轭位置为出瞳位置A，在出瞳位置A处安装一个波前校正器DM用于校正太阳光经过地表层后引起的波前畸变，经波前校正器DM反射后的太阳光束进行光学中继器中，其作用是将出瞳位置A按照一定的口径比例进行光学中继，并形成与出瞳位置A相共轭的位置，即出瞳位置B，扫描反射镜被安装在共轭位置B处，其反射光束被分光镜分为反射光和透射光，并分别进入波前探测器和成像系统中，波前探测器将通过内置视场光阑将波前探测视场限制在较小范围内，并将波前测量结果通过波前控制器处理后控制波前校正器校正限定视场内的波前像差；待自适应光学系统完成对初始Θ C1视场范围内波前畸变的校正后，成像系统完成对特定区域校正后的清晰图像采集；此时，通过控制扫描反射镜的调整机构，使之反射面产生一定角度Λ 0x,y，从而实现自适应光学系统中心视场对应太阳局部区域的改变，通过再次对本次中心视场波前畸变进行自适应光学校正，并获得对应区域自适应光学校正后的清晰图像；如此往复，从而可以实现对太阳望远镜大视场观测范围进行自适应光学校正的目的，有效扩展太阳自适应光学系统对太阳局部区域高精度成像观测的能力。本专利技术的原理提出一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，试图通过在传统太阳自适应光学系统中增加一个新的共轭位置以及相应的扫描反射镜，通过对扫描反射镜角度控制，实现对太阳活动区准实时、分区域分别校正，并通过数据融合办法获得对太阳活动区大视场高分辨力成像观测结果。本专利技术提出技术具有如下优点(I)本专利技术提出的基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，可以突破等晕区对自适应光学系统波前校正能力的限制，从而对太阳活动区进行准实时、大视场范围的高分辨力观测。(2)本专利技术提出的基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，结构简单、数据处理容易、控制措施简单明了，且成本较低，特别适用于对大视场、静态或准静态扩展目标进行准实时的自适应光学波前校正领域。(3)本专利技术提出的基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，采用位于共轭位置的单一扫描反射镜实现对太阳活动区的扫描成像，其控制关系明确，控制算法简单，不存在多反射镜控制时的耦合问题，简单易行。(4)本专利技术提出的基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，能够在实现对太阳活动区扫描成像的同时，不改变与地表层相共轭的各个出瞳位置，从而实现了在不改变任何光学元器件位置的前提下，同时完成对太阳活动区扫描成像和波前探测。总之，本专利技术提出的基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，通过对扫描反射镜两个维度角度的控制，实现对大视场目标的有效分割和分别校正；最终通过数据融合的办法，实现太阳自适应光学系统对大视场活动区的校正能力。本专利技术在没有明显增加太阳自适应光学系统复杂性条件下，提出大视场扫描校正装置，扩展了太阳自适应光学系统的校正能力，创新性和实用性明显。附图说明图1为传统太阳自适应光学原理不意图；图2为基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例进一步说明本专利技术。一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置由准直器I、波前校正器DM2、光学中继器3、扫描反射镜4、分光镜5、波前探测器6、成像系统7、波前控制器8和数据处理计算机9等组成。具有大视场观测能力的太阳望远镜10对本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置，其特征在于：该装置包括准直器（1）、波前校正器DM（2）、光学中继器（3）、扫描反射镜（4）、分光镜（5）、波前探测器（6）、成像系统（7）、波前控制器（8）和数据处理计算机（9）；其中：具有大视场观测能力的太阳望远镜（10）对太阳表面局部区域进行成像后，被放置在太阳望远镜（10）像面位置后一定距离处的准直器（1）准直成一定口径的平行光束，对应地表层共轭位置为出瞳位置A，在出瞳位置A处安装一个波前校正器DM（2）用于校正太阳光经过地表层后引起的波前畸变，经波前校正器DM（2）反射后的太阳光束进行光学中继器（3）中，其作用是将出瞳位置A按照一定的口径比例进行光学中继，并形成与出瞳位置A相共轭的位置，即出瞳位置B，扫描反射镜（4）被安装在共轭位置B处，其反射光束被分光镜（5）分为反射光和透射光，并分别进入波前探测器（6）和成像系统（7）中，波前探测器（6）将通过内置视场光阑将波前探测视场限制在较小范围内，并将波前测量结果通过波前控制器（8）处理后控制波前校正器（2）校正限定视场内的波前像差；待自适应光学系统完成对初始θ0视场范围内波前畸变的校正后，成像系统（7）完成对特定区域校正后的清晰图像采集；此时，通过控制扫描反射镜（4）的调整机构，使之反射面产生一定角度△θx，y，从而实现自适应光学系统中心视场对应太阳局部区域的改变，通过再次对本次中心视场波前畸变进行自适应光学校正，并获得对应区域自适应光学校正后的清晰图像；如此往复，从而可以实现对太阳望远镜大视场观测范围进行自适应光学校正的目的，有效扩展太阳自适应光学系统对太阳局部区域高精度成像观测的能力。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：饶长辉，顾乃庭，刘洋毅，朱磊，张兰强，郑联慧，钟立波，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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