[发明专利]一种可用于太阳望远镜狭缝式光栅光谱仪的像消旋装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳望远镜狭缝式太阳光栅光谱仪的像消旋装置。

背景技术

地基式大口径太阳望远镜都是采用地平式机架结构，因此在跟踪太阳进行观测时就需要转动望远镜的方位轴和俯仰轴的协调联动，由于望远镜的方位轴和俯仰轴均不与地球的自转轴平行，所以在望远镜跟踪太阳进行观测时就会在望远镜焦面上的太阳像存在像旋转的问题（程景全.天文望远镜的原理和设计[M].北京：中国科学技术出版社，2003：95-96.）。而像旋转将给实时目标的识别、图像处理和后端的科学仪器如光谱仪的工作都带来了严重的问题，因此必须消除望远镜的像旋转问题。

目前，消除视场像旋转的方法主要有光学消旋和机械消旋。机械消旋的方法是直接采用高功率的电机直接转动光谱筒的方式实现，即后端的整个光谱仪随视场旋转来实现，其实现难度大，对系统的电控和机械要求严格。目前美国的4米ATST太阳望远镜采用此种消旋方式。常见的光学消旋包括K镜和道威棱镜，K镜和道威棱镜都能实现视场像消旋。道威棱镜是最早用于望远镜视场的像消旋，而道威棱镜则是受工作波段的限制，只能工作于可见光波段，对后端的光谱仪是不合适的。目前望远镜消旋常采用K镜，如美国威尔逊山天文台胡克100英寸望远镜在Coude焦点前就安装了K镜消旋装置（SCOTT W T.UnISIS field de-ratator,2000）,1.5米的德国太阳望远镜GREGOR也是是采用K镜进行光学消旋（Manuel Collados et al,A high-resolution spectrograph for the solar telescope GREGOR,2008），国内云南天文台的1.2米望远镜也是采用K镜消旋（鞠青华；1.2米地平式望远镜视场旋转研究与消旋[D]；中国科学院研究生院（云南天文台）；2008年）。但是K镜对装校要求极高，其要求K镜的光轴、K镜的自转轴和望远镜系统的光轴三轴合一。

本发明基于以上背景，提出一种可用于太阳望远镜狭缝式太阳光栅光谱仪的像消旋装置。通过采用光纤束来连接望远镜系统和狭缝式太阳光栅光谱仪，通过电动旋转台驱动支撑圆盘上的面阵光纤阵列旋转，其转速和方向与焦面上的太阳像转速和方向相同，从而实现望远镜焦面上的太阳像消旋。本发明借助光纤柔软、重量轻和易弯曲的特点，改变了传统的光学仪器刚性连接的方式，提高了狭缝式太阳光谱仪与望远镜连接的灵活性；能够实现望远镜系统与光谱仪在空间上的分离，其位置和空间摆放范围不受限制，有利于光谱仪小型化的实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对传统的像消旋技术如光学消旋和机械消旋技术受限于光学调试、电控和机械控制严格等问题，提出了一种相对现有的消旋结构更简单、体积更小和更容易实现的消旋装置，以避开传统的像消旋技术所遇到的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可用于太阳望远镜狭缝式光栅光谱仪的像消旋装置，包括：太阳望远镜系统，光纤夹具插槽，面阵光纤夹具端，支撑圆盘，刚性连接体，电动旋转台，光纤束，线阵光纤夹具端，狭缝式光栅光谱仪，成像系统，计算机数据处理系统和旋转角度控制器；

其中：该太阳望远镜系统为地基式大口径太阳望远镜，把太阳像成像在该太阳望远镜的焦面，由于地基式大口径太阳望远镜采用地平式机架结构，在跟踪太阳观测时，该太阳望远镜所在的地平经圈相对于太阳运行的赤经圈是在不断的变化的，在该太阳望远镜的焦面上采集到的太阳像就会随着该太阳望远镜方位轴和高度轴而旋转，即像旋，通常用星位角p来表示，其星位角的位置和变化速度分别由（1）式和（2）式表示，具体如下：

tanp=sinttanφcosδ-sinδcost---(1)]]>