一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，包括激光器(1)，擴縮束系統(tǒng)(2)，熱視場光闌(3)，縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)，波前探測器(5)，泵(6)，恒溫水箱(7)，熱視場光闌溫度傳感器(8)，空氣溫度傳感器(9)和計算機(10)。熱視場光闌是太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部最重要的熱控器件之一，其溫升引發(fā)的內(nèi)部視寧度效應(yīng)極大地限制了太陽望遠(yuǎn)鏡的性能。該裝置能夠?qū)夭钆c內(nèi)部視寧度效應(yīng)間的定量關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果可以通過對溫差的測量實現(xiàn)對太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測量，為大口徑太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)控制提供了重要依據(jù)。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉，實用性和創(chuàng)新性強。
【專利說明】一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)測量領(lǐng)域，特別是針對一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對太陽物理學(xué)研究的不斷深入，對太陽表面活動觀測所需的空間、時間和光譜分辨率要求不斷提高，因此，對太陽望遠(yuǎn)鏡口徑的需求不斷增大。而太陽望遠(yuǎn)鏡口徑增大一倍，其集光能力提升的同時，由此導(dǎo)致的望遠(yuǎn)鏡熱載荷升高將達(dá)3?4倍。為了解決太陽望遠(yuǎn)鏡日益嚴(yán)重的熱效應(yīng)問題，保護(hù)后繼光學(xué)系統(tǒng)安全，太陽望遠(yuǎn)鏡普遍采用熱視場光闌，通過視場限制，將大部分太陽輻射能量截止在熱視場光闌上，從而對后繼光學(xué)系統(tǒng)起到保護(hù)的作用。
[0003]目前，世界太陽望遠(yuǎn)鏡已發(fā)展到米級。由于米級口徑太陽望遠(yuǎn)鏡封窗玻璃制造困難且易引起壓力雙折射效應(yīng)，大口徑太陽望遠(yuǎn)鏡均放棄了傳統(tǒng)的真空式鏡筒而采用開放式鏡筒。對于米用開放式鏡筒的太陽望遠(yuǎn)鏡，其熱視場光闌暴露于空氣中。熱視場光闌在截止大部分太陽輻射能量保護(hù)后繼光學(xué)系統(tǒng)的同時，也會吸收部分熱量，造成熱視場光闌基體溫升，加劇鏡筒內(nèi)空氣不穩(wěn)定性，最終惡化太陽望遠(yuǎn)鏡成像像質(zhì)，該影響過程稱為太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌的內(nèi)部視寧度效應(yīng)。
[0004]2002年，美國ATST太陽望遠(yuǎn)鏡研究人員提出，熱視場光闌與環(huán)境之間的溫差是造成太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的直接原因，但溫差與內(nèi)部視寧度效應(yīng)間的關(guān)系尚不明確(Heat Stop Conceptual Development, Project Documentation,2OO2)。2OO3 年，德國GREGOR太陽望遠(yuǎn)鏡研究人員提出，可以通過對熱視場光闌與環(huán)境溫差進(jìn)行主動控制來削弱熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)，并給出了帶有水冷系統(tǒng)熱視場光闌設(shè)計方案(Opticaland thermal design of the main optic of the solar telescope GREGOR, SPIEVol.5179，2003)。2010年，歐洲EST太陽望遠(yuǎn)鏡研制團(tuán)隊通過對熱視場光闌引發(fā)鏡筒內(nèi)空氣不穩(wěn)定性的過程進(jìn)行流固耦合仿真發(fā)現(xiàn)，熱視場光闌與環(huán)境溫差越小，則其引發(fā)的視寧度效應(yīng)越小，并定性地給出了其熱視場光闌的溫控目標(biāo)和適合于EST太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌設(shè)計方案(The heat stop for the4_m European Solar Telescope EST, SPIEVol.773377332Z-1, 2010)。
[0005]目前對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的評價依賴溫差測量間接獲得，且熱視場光闌與環(huán)境溫差同其內(nèi)部視寧度效應(yīng)之間的定量關(guān)系尚不明確，難以通過對熱視場光闌與環(huán)境的溫差測量，直接定量反映熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)。因此，要定量衡量熱視場光闌引起的太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)，還需要建立視寧度效應(yīng)與環(huán)境溫差之間的定量關(guān)系。
[0006]基于以上背景，本專利提出一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，該裝置通過對溫差與內(nèi)部視寧度效應(yīng)間的定量關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果可以通過對溫差的測量實現(xiàn)對太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測量，大大降低了熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的監(jiān)測難度。同時，本發(fā)明可充分利用熱視場光闌現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，實現(xiàn)對熱視場光闌工作過程的模擬，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；另一方面，使熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定可不依賴于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)獨立進(jìn)行，排除了望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)其他部件對標(biāo)定結(jié)果的影響，提聞了標(biāo)定準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌工作過程中引發(fā)的內(nèi)部視寧度效應(yīng)提供一套標(biāo)定裝置，建立起不易被直接定量測量的熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)，同容易測量的熱視場光闌與環(huán)境溫差的標(biāo)定曲線，通過對熱視場光闌與環(huán)境溫差的定量測量，實現(xiàn)對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測量。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測部分三模塊組成；
[0010]光學(xué)部分包括:激光器，擴縮束系統(tǒng)，熱視場光闌，縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)和波前探測器，該部分主要作用是模擬太陽望遠(yuǎn)鏡光路及搭建波前像差檢測光路；首先，激光器出光經(jīng)過擴縮束系統(tǒng)擴束、縮束后轉(zhuǎn)化為一束會聚光并形成一個實焦點，即熱視場光闌安裝位置；然后，激光光束經(jīng)由熱視場光闌的內(nèi)部通光通道及縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)，最后，進(jìn)入波前探測器，可直接測得波前RMS值，環(huán)圍能量或遠(yuǎn)場斯特列爾比；其中，擴縮束系統(tǒng)中緊鄰熱視場光闌的透鏡或反射鏡F數(shù)應(yīng)等于或略大于太陽望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)，以保證通過熱視場光闌的光錐錐角與太陽望遠(yuǎn)鏡中通過其的光錐錐角相同或相近，盡可能保證標(biāo)定過程與實際使用的一致性；縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)縮束比例應(yīng)取決于標(biāo)定裝置中具體采用的波前探測器所需的進(jìn)光口徑，并在功能上實現(xiàn)對光束的縮束準(zhǔn)直即可；上述過程實現(xiàn)了對太陽望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過熱視場光闌的全過程模擬及后續(xù)波前像差檢測；
[0011]溫控部分包括:熱視場光闌，泵，恒溫水箱及相應(yīng)管線；上述各部分通過管線連接構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)，在泵的驅(qū)動下形成循環(huán)，恒溫水箱通過對冷卻液進(jìn)行溫控，對熱視場光闌構(gòu)建恒溫場；溫控部分可基于熱視場光闌，利用恒溫水箱，通過注入恒溫水對熱視場光闌進(jìn)行主動溫控，模擬熱視場光闌在匯聚太陽輻射加熱下引起的溫升；
[0012]監(jiān)測部分包括:光闌溫度傳感器，環(huán)境溫度傳感器，計算機及相應(yīng)線纜，其主要作用是利用環(huán)境溫度傳感器實時監(jiān)測并記錄熱視場光闌及環(huán)境溫度，并利用計算機計算熱視場光闌與環(huán)境溫差；
[0013]該標(biāo)定裝置的標(biāo)定操作過程如下所述:首先，安裝待標(biāo)定熱視場光闌，待其溫度與環(huán)境恒溫至相同時，開啟激光器，通過波前探測器對系統(tǒng)靜態(tài)像差進(jìn)行標(biāo)定；然后，設(shè)置恒溫水箱的出水溫度，開啟泵；最后，待熱視場光闌與環(huán)境溫差恒定后，對波前進(jìn)行測量，獲得波前像差的定量指標(biāo)，即完成一組溫差與對應(yīng)波前像差數(shù)據(jù)的測量；重復(fù)上述過程，可以獲得一系列溫差與對應(yīng)的波前像差數(shù)據(jù)，通過查表的方式，即可實現(xiàn)通過對熱視場光闌與環(huán)境溫差的測量獲得相應(yīng)溫差下的波前像差，實現(xiàn)對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測量。
[0014]其中，光學(xué)部分的擴縮束系統(tǒng)中緊鄰熱視場光闌的光學(xué)件，采用透鏡或反射鏡，其F數(shù)需與熱視場光闌所應(yīng)用的太陽望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)相同或相近。[0015]其中，光學(xué)部分的縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)縮束比例應(yīng)與波前探測器所需的進(jìn)光口徑相匹配。
[0016]其中，光學(xué)部分的波前探測器能夠?qū)崟r測量波前像差，并直接給出定量指標(biāo)。
[0017]其中，波前探測器可采用哈特曼傳感器，剪切干涉儀或曲率傳感器。
[0018]其中，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對畸變波前的實時定量測量的探測器，均可用作為所述波前探測器。
[0019]本發(fā)明的原理:
[0020]所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，通過光學(xué)部分重建熱視場光闌工作光路，使得熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定不依賴于太陽望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)獨立進(jìn)行。同時，光學(xué)部分增加后端準(zhǔn)直及波前探測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r對通過熱視場光闌的光束波前像差進(jìn)行探測，通過波前像差的定量指標(biāo)直接評價熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)。
[0021]通過溫控部分主動控制，實現(xiàn)熱視場光闌的溫升，以模擬熱視場光闌在工作過程中受太陽輻射加熱引起的溫升。
[0022]通過監(jiān)測部分對熱視場光闌和環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測和記錄，獲得熱視場光闌和環(huán)境溫度的實時溫差，作為繪制熱視場光闌與環(huán)境溫差同熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)標(biāo)定曲線的主要參數(shù)。
[0023]如上所述，光學(xué)部分和溫控部分的協(xié)同工作，實現(xiàn)了對工作過程中的熱視場光闌周圍光路及熱視場光闌溫升情況的模擬；根據(jù)監(jiān)測部分提供的熱視場光闌與環(huán)境溫差數(shù)據(jù)及光學(xué)部分中波前探測器獲得的實時波前像差定量評價指標(biāo)，即可建立起熱視場光闌與環(huán)境溫差同波前像差定量評價指標(biāo)的標(biāo)定曲線。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點:
[0025](I).本發(fā)明提出的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，實現(xiàn)了對太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)同熱視場光闌與環(huán)境溫差的標(biāo)定。使得長期以來對不易直接測量的熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的檢測，可以通過對熱視場光闌與環(huán)境溫差的測量實現(xiàn)，有助于實現(xiàn)熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的快速在線檢測。
[0026](2).本發(fā)明提出的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，實現(xiàn)了不依賴于太陽望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對熱視場光闌工作過程進(jìn)行模擬，有效地排除了望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中其他部件對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)標(biāo)定的干擾，提高了標(biāo)定準(zhǔn)確性。
[0027](3).本發(fā)明提出的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，可以通過往熱視場光闌現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)中注入恒溫水的方式實現(xiàn)對熱視場光闌工作過程中溫升的模擬。該方法簡單易行，充分利用熱視場光闌現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，有效降低了標(biāo)定裝置成本及見雜程度。
[0028](4).本發(fā)明提出的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，該裝置采用模塊化設(shè)計，由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測部分三模塊組成。三個模塊相互獨立，協(xié)同工作；僅對其中某些模塊進(jìn)行適當(dāng)改變，即可使該裝置能夠用于對不同類型熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定。該裝置使用靈活性大，適用范圍廣。
[0029](5).本發(fā)明提出的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，通過增加少量基本光學(xué)器件并充分利用熱視場光闌現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)與熱視場光闌與環(huán)境溫差的標(biāo)定，使得不易被直接定量測量的熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的檢測，可以通過對熱視場光闌與環(huán)境溫差的測量獲得；同時，該標(biāo)定裝置不依賴于太陽望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，有效地排除了望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中其他元件對標(biāo)定結(jié)果的影響，提高了標(biāo)定準(zhǔn)確性。
[0030]總之，依靠本發(fā)明提出的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，可以將長期以來無法直接進(jìn)行太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)定量測量轉(zhuǎn)化為對熱視場光闌與環(huán)境溫差的測量，大大降低了測量難度。同時，該裝置具有低成本，結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣等優(yōu)點，創(chuàng)新性與實用性強，對太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌設(shè)計評價及望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)檢測、分析有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，I為激光器，2為擴縮束系統(tǒng)，3為熱視場光闌，4為縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)，5為波前探測器，6為泵，7為恒溫水箱，8為熱視場光闌溫度傳感器，9為環(huán)境溫度傳感器，10為計算機。
[0032]圖2為實施方案光學(xué)部分，a為He-Ne激光器，b為針孔濾波器，c為擴縮透鏡組，d為熱視場光闌組件，e為縮束準(zhǔn)直透鏡組，f為哈特曼波前傳感器。
[0033]圖3為采用“兩進(jìn)兩出”冷卻方案的熱視場光闌冷卻腔體結(jié)構(gòu)，h-Ι為第一入水口，h-2為第二入水口，g-Ι為第一出水口，g-2為第二出水口。
[0034]圖4為實施方案溫控部分圖，6為泵，7為恒溫水箱，1-Ι為第一分水器，1-2為第二分水器，j-Ι為第一出水管，j-2為第二出水管，k-l為第一入水管，k-2為第二入水管,熱視場光闌冷卻腔I。
[0035]圖5為標(biāo)定操作流程。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖以及具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0037]本發(fā)明的基本思想在于提供一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測部分等三模塊組成。
[0038]光學(xué)部分包括:激光器I，擴縮束系統(tǒng)2,熱視場光闌3,縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)4和波前探測器5。激光器I出光經(jīng)過擴縮束系統(tǒng)2擴束、縮束后轉(zhuǎn)化為一束會聚光并形成一個實焦點，其中，熱視場光闌3安裝于該實焦點位置。激光光束經(jīng)由熱視場光闌3的內(nèi)部通光通道及縮束、縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)4進(jìn)入波前探測器5。上述實施方式實現(xiàn)了對太陽望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過熱視場光闌過程的模擬及后續(xù)波前像差檢測光路的搭建。
[0039]溫控部分包括:熱視場光闌3，泵6，恒溫水箱7及相應(yīng)管線等。本【具體實施方式】中，溫控部分基于熱視場光闌3現(xiàn)有冷卻腔結(jié)構(gòu)，將熱視場光闌冷卻腔所有進(jìn)水口和出水口通過管道相連，構(gòu)成一個封閉液體循環(huán)，并在循環(huán)中增加恒溫水箱7。通過對恒溫水箱7的出水溫度進(jìn)行設(shè)置，對熱視場光闌3進(jìn)行主動溫控，以模擬熱視場光闌3在會聚太陽輻射加熱下引起的溫升。
[0040]監(jiān)測部分包括:光闌溫度傳感器8，環(huán)境溫度傳感器9，計算機10及相應(yīng)線纜等。通過光闌溫度傳感器8和環(huán)境溫度傳感器9，實時監(jiān)測并記錄熱視場光闌3基體及環(huán)境溫度，并利用計算機10計算熱視場光闌與環(huán)境溫差。
[0041]光學(xué)部分的擴縮束系統(tǒng)2中緊鄰熱視場光闌3的光學(xué)件，采用透鏡或反射鏡，其F數(shù)需與熱視場光闌所應(yīng)用的太陽望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)相同或相近。
[0042]光學(xué)部分的縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)4縮束比例應(yīng)與波前探測器5進(jìn)光口徑相匹配。
[0043]光學(xué)部分的波前探測器5可以實時測量波前像差并直接如波前RMS值，環(huán)圍能量或遠(yuǎn)場斯特列爾比，波前探測器5可采用哈特曼傳感器，剪切干涉儀、曲率傳感器等，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對畸變波前的實時定量測量的探測器，均可用作為本發(fā)明中波前探測器5。
[0044]根據(jù)上述方法搭建該標(biāo)定裝置，通過溫控部分不斷對熱視場光闌3溫度進(jìn)行主動控制，并實時采集和記錄熱視場光闌與環(huán)境溫差和對應(yīng)的波前像差定量評價指標(biāo)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以繪制出波前像差定量評價指標(biāo)隨熱視場光闌與環(huán)境溫差變化的標(biāo)定曲線，最終通過對該熱視場光闌與環(huán)境溫差的直接測量，即可實現(xiàn)對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測量。
[0045]該明發(fā)所述的光學(xué)部分，其核心作用是模擬太陽望遠(yuǎn)鏡光路，其具體光學(xué)設(shè)計可以基于熱視場光闌所應(yīng)用的太陽望遠(yuǎn)鏡。不同的太陽望遠(yuǎn)鏡，不同的設(shè)計者，將使得該標(biāo)定裝置的光學(xué)部分有所區(qū)別，但只要光學(xué)部分是基于太陽望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)所做的設(shè)計，無論采用何種具體設(shè)計形式，均應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0046]所述的光學(xué)部分中，無論采用何種具體光學(xué)設(shè)計，光路中應(yīng)至少有一個實焦點，SP為熱視場光闌安裝位置。
[0047]所述的光學(xué)部分中，波前探測器5不限于種類及探測算法，只要能實現(xiàn)對波前像差的探測并給出定量評價指標(biāo)即可。
[0048]溫控部分主要作用是對熱視場光闌進(jìn)行主動溫控。溫控部分可以是基于熱視場光闌3設(shè)計全新的溫控裝置，也可以基于熱視場光闌3現(xiàn)有溫控系統(tǒng)進(jìn)行部分改變，實現(xiàn)對熱視場光闌3的溫控。無論采用何種溫控裝置和溫控方式，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對熱視場光闌3溫度的主動控制，均應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0049]所述的溫控部分，如果基于現(xiàn)有溫控系統(tǒng)，通過增加恒溫水箱7，實現(xiàn)對熱視場光闌3的主動溫控，采用的循環(huán)介質(zhì)不限于水，也可以是其他具有相同作用的液體。
[0050]所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，無論溫度傳感器數(shù)量、種類、布局方式、測量方式等，監(jiān)測部分至少能夠?qū)崟r測量并記錄熱視場光闌溫度和環(huán)境溫度。只要滿足上述要求，均應(yīng)視作本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0051]所述的監(jiān)測部分，計算機10至少能夠?qū)崟r計算并記錄熱視場光闌與環(huán)境溫差。
[0052]所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，能夠通過溫控部分主動控制熱視場光闌溫升，并通過波前探測器5獲得相應(yīng)熱視場光闌溫升下對應(yīng)的波前像差定量評價指標(biāo)，配合監(jiān)測部分實測的熱視場光闌與環(huán)境溫差數(shù)據(jù)，建立熱視場光闌與環(huán)境溫差隨波前像差定量評價指標(biāo)變化的標(biāo)定曲線。
[0053]所述的波前像差定量評價指標(biāo)，能夠?qū)崪y的波前像差進(jìn)行定量評價。評價指標(biāo)可以采用像差理論中常用的波面RMS值、環(huán)圍能量等定量指標(biāo)，也可以是其他自定義的評價指標(biāo)及評價準(zhǔn)則。只要指標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)對波前像差的定量評價，均屬于本發(fā)明保護(hù)范疇。
[0054]實例I
[0055]—種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)標(biāo)定裝置的可能實施方案，具體的:
[0056]光學(xué)部分包括=He-Ne激光器a，針孔濾波器b，擴縮束透鏡組C，熱視場光闌組件d，縮束準(zhǔn)直透鏡組r，哈特曼波前傳感器f組成。激光器a出光經(jīng)過針孔濾波器b后形成發(fā)散光束，經(jīng)過擴縮束透鏡組c后轉(zhuǎn)化為一束會聚光并形成一個實焦點,其中,熱視場光闌d中心通孔安裝于該實焦點位置。激光光束經(jīng)由熱視場光闌d的內(nèi)部通光通道及縮束準(zhǔn)直透鏡組e進(jìn)入哈特曼波前傳感器f，獲得實時波前像差RMS值。上述實施方式實現(xiàn)了對太陽望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過熱視場光闌過程的模擬及后續(xù)波前像差檢測光路的搭建。
[0057]其中，針孔濾波器b為一針孔和一顯微物鏡(正透鏡)組成的光學(xué)系統(tǒng)。可將He-Ne激光器a出光轉(zhuǎn)化為一點源發(fā)散光束。
[0058]其中，擴縮束透鏡c組由兩片雙膠合正透鏡組成，將發(fā)散光束準(zhǔn)直后轉(zhuǎn)換為收縮光束。
[0059]其中，縮束準(zhǔn)直透鏡組r由兩片雙膠合正透鏡和一片雙膠負(fù)透鏡依次放置組成，經(jīng)過熱視場光闌組件d的發(fā)散光束通過兩片正透鏡的準(zhǔn)直縮束后，再次被負(fù)透鏡準(zhǔn)直為一定口徑的平行光，該口徑與哈特曼波前傳感器所需進(jìn)光口徑相同。
[0060]溫控部分包括:泵6，恒溫水箱7，第一分水器i_l，第二分水器i_2，第一入水管j-Ι，第二入水管j_2，第二出水管k-2，第一出水管k-Ι，和熱視場光闌冷卻腔I。泵6通過水管連接恒溫水箱7，恒溫水箱7通過水管連接第二分水器i_2，第二分水器1-2分別通過第一入水管j_l和第二入水管j_2連接熱視場光闌冷卻腔I的第一入水口 h-Ι和第二入水口 h-2 ;熱視場光闌冷卻腔I的第一出水口 g_l和第二出水口 g_2分別與第一出水管k-Ι和第二出水管k-2相連，再通過第一分水器1-Ι連接到泵h，即上述部分通過水管連接構(gòu)成封閉循環(huán)，在泵6的驅(qū)動下，冷卻液經(jīng)過恒溫水箱通過熱視場光闌冷卻腔I對熱視場光闌進(jìn)行溫控，構(gòu)成恒溫場。
[0061]監(jiān)測部分包括:光闌溫度傳感器8，環(huán)境溫度傳感器9，計算機10及相應(yīng)線纜等。通過光闌溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器，實時監(jiān)測并記錄熱視場光闌及環(huán)境溫度，并利用計算機10計算熱視場光闌與環(huán)境溫差。光闌溫度傳感器8采用四線制PtlOO貼片式溫度傳感器，環(huán)境溫度傳感器9采用四線制熱敏電阻傳感器，上述傳感器均通過溫度變送模塊后接入測溫儀，通過RS-232與計算機10通信，實現(xiàn)對光闌和環(huán)境溫度的在線監(jiān)測。
[0062]根據(jù)上述方法搭建該標(biāo)定裝置，標(biāo)定過程如下所述。
[0063]步驟1:放置待標(biāo)定熱視場光闌，保持其中心通光孔在光路實焦點位置。
[0064]步驟2:恒溫至熱視場光闌與環(huán)境溫差為零。
[0065]步驟3:開啟激光器并標(biāo)定系統(tǒng)靜態(tài)像差。
[0066]步驟4:設(shè)置恒溫水箱出水溫度，開啟溫控循環(huán)。
[0067]步驟5:恒溫至熱視場光闌與環(huán)境溫差穩(wěn)定。
[0068]步驟6:記錄熱視場光闌與環(huán)境溫差及畸變波前RMS值。
[0069]步驟7:進(jìn)行下一次測量，重復(fù)步驟4一7。
[0070]步驟8:根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制溫差一畸變波前RMS值標(biāo)定曲線。
[0071]根據(jù)上述過程獲得的溫度一波前像差標(biāo)定曲線，即可通過溫度監(jiān)測實現(xiàn)對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的實時定量測量。
[0072]太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌工作過程中與周圍環(huán)境的溫差將引發(fā)鏡筒內(nèi)湍流，引發(fā)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)，惡化望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量。由于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素眾多，長期以來，熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)難以準(zhǔn)確測量。本發(fā)明提出的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，可以將熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的測量和標(biāo)定過程獨立于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，大大提高了其測量準(zhǔn)確性，同時，通過光學(xué)指標(biāo)，建立起了溫度一內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定曲線，能夠?qū)崿F(xiàn)通過實時溫度測量的方式直接測量熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)。該發(fā)明為太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌溫控目標(biāo)的確定和太陽望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視寧度效應(yīng)的分析、改善和監(jiān)測提供了有效的方法；同時，該發(fā)明充分利用熱視場光闌現(xiàn)有冷卻結(jié)構(gòu)和少量基本光學(xué)器件，即可實現(xiàn)整個標(biāo)定過程，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉，實用性和創(chuàng)新性強。
[0073]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解到的替換或增減，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:由光學(xué)部分、溫控部分和監(jiān)測部分組成； 光學(xué)部分包括:激光器(1)，擴縮束系統(tǒng)(2),熱視場光闌(3),縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)和波前探測器(5)，該部分主要作用是模擬太陽望遠(yuǎn)鏡光路及搭建波前像差檢測光路；首先，激光器(I)出光經(jīng)過擴縮束系統(tǒng)(2)擴束、縮束后轉(zhuǎn)化為一束會聚光并形成一個實焦點，即熱視場光闌(3)安裝位置；然后，激光光束經(jīng)由熱視場光闌(3)內(nèi)部通光通道及縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)，最后，進(jìn)入波前探測器(5)，可直接測得波前RMS值，環(huán)圍能量或遠(yuǎn)場斯特列爾比；其中，擴縮束系統(tǒng)(2)中緊鄰熱視場光闌(3)的透鏡或反射鏡F數(shù)應(yīng)等于或略大于太陽望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)，以保證通過熱視場光闌(3)的光錐錐角與太陽望遠(yuǎn)鏡中通過其的光錐錐角相同或相近，盡可能保證標(biāo)定過程與實際使用的一致性；縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)縮束比例應(yīng)取決于標(biāo)定裝置中具體采用的波前探測器(5)所需的進(jìn)光口徑，并在功能上實現(xiàn)對光束的縮束準(zhǔn)直即可；上述過程實現(xiàn)了對太陽望遠(yuǎn)鏡進(jìn)光通過熱視場光闌的全過程模擬及后續(xù)波前像差檢測； 溫控部分包括:熱視場光闌(3)，泵(6)，恒溫水箱(7)及相應(yīng)管線；上述各部分通過管線連接構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)，在泵(6)的驅(qū)動下形成循環(huán)，恒溫水箱(7)通過對冷卻液進(jìn)行溫控，對熱視場光闌(3)構(gòu)建恒溫場；溫控部分可基于熱視場光闌(3)，利用恒溫水箱(7)，通過注入恒溫水對熱視場光闌(3)進(jìn)行主動溫控，模擬熱視場光闌(3)在匯聚太陽輻射加熱下引起的溫升； 監(jiān)測部分包括:光闌溫度傳感器(8)，環(huán)境溫度傳感器(9)，計算機(10)及相應(yīng)線纜，其主要作用是利用環(huán)境溫度傳感器(9)實時監(jiān)測并記錄熱視場光闌(3)及環(huán)境溫度，并利用計算機(10)計算熱視場光闌(3)與環(huán)境溫差； 該標(biāo)定裝置的標(biāo)定操作過程如下所述:首先，安裝待標(biāo)定熱視場光闌(3)，待其溫度與環(huán)境恒溫至相同時，開啟激光器，通過波前探測器(5)對系統(tǒng)靜態(tài)像差進(jìn)行標(biāo)定；然后，設(shè)置恒溫水箱(7)的出水溫度，開啟泵(6);最后，待熱視場光闌與環(huán)境溫差恒定后，對波前進(jìn)行測量，獲得波前像差的定量指標(biāo)，即完成一組溫差與對應(yīng)波前像差數(shù)據(jù)的測量；重復(fù)上述過程，可以獲得一系列溫差與對應(yīng)的波前像差數(shù)據(jù)，通過查表的方式，即可實現(xiàn)通過對熱視場光闌與環(huán)境溫差的測量獲得相應(yīng)溫差下的波前像差，實現(xiàn)對熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的定量測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:光學(xué)部分的擴縮束系統(tǒng)(2)中緊鄰熱視場光闌(3)的光學(xué)件，采用透鏡或反射鏡，其F數(shù)需與熱視場光闌所應(yīng)用的太陽望遠(yuǎn)鏡主鏡F數(shù)相同或相近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:光學(xué)部分的縮束準(zhǔn)直系統(tǒng)(4)縮束比例應(yīng)與波前探測器(5)所需的進(jìn)光口徑相匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:光學(xué)部分的波前探測器(5)能夠?qū)崟r測量波前像差，并直接給出定量指標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:波前探測器(5)可采用哈特曼傳感器，剪切干涉儀或曲率傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽望遠(yuǎn)鏡熱視場光闌內(nèi)部視寧度效應(yīng)的標(biāo)定裝置，其特征在于:只要能夠?qū)崿F(xiàn)對畸變波前的實時定量測量的探測器，均可用作為所述波前探測器(5)。
【文檔編號】G01M11/02GK103837330SQ201410104154
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】饒長輝, 劉洋毅, 顧乃庭 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所