[发明专利]一种基于太阳自适应光学系统的大视场扫描成像装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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1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,Multi-ConjugateAdaptive Optics）扩展自适应光学对大视场目标的波前校正能力（J.M.Beckers,Increasing the size of the isoplanatic patch with multi-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，Multi-conjugate solar adaptive optics with the VTT and 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。

本发明基于以上背景，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。本发明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。

发明内容

本发明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。

本发明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：