[发明专利]一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置

摘要

一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置，包括光学望远镜系统、太阳自适应光学系统、多光谱层析成像系统、图像复原及数据融合系统。本装置利用太阳辐射光谱与太阳大气高度的关系，通过增加多光谱层析成像系统，并结合太阳自适应光学技术、图像复原技术，最终实现对太阳活动区进行高分辨力、高对比度层析成像观测。本发明创新性和实用性强，对研究太阳活动发展、演化具有重要作用。

主权项

一种太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置，其特征在于：包括光学望远镜系统、太阳自适应光学系统、多光谱层析成像系统、图像复原及数据融合系统；光学望远镜系统，包括轻质蜂窝主镜(1)、次镜(2)、中继反射镜组(3)、主镜室(4)、主镜温控系统(5)、热视场光阑及温控系统(6)、镜筒结构和机架结构；其中，轻质蜂窝主镜(1)被安装于主镜室(4)上，并作为整体与次镜(2)、中继反射镜组(3)共同依附于镜筒结构和机架结构上，通过镜筒结构与机架结构连接为一体；入射光束首先经过轻质蜂窝主镜(1)反射后在主镜(1)的焦点位置形成实焦点，并继续向前传播至次镜(2)的反射面，次镜(2)为有焦反射镜，再次将光束反射，并形成观测焦点；中继反射镜组(3)对次镜(2)反射光进行合理编排，使得观测焦点能够进入观测室，便于在光学望远镜观测室观测；主镜温控系统(5)位于主镜室(4)中，并通过主镜室(4)的支撑结构将轻质蜂窝主镜(1)支撑在上方；主镜温控系统(5)通过向轻质蜂窝主镜(1)面板背板吹较低温度冷媒，使轻质蜂窝主镜(1)背板温度降低，并进一步降低轻质蜂窝主镜(1)面板温度，达到缩小轻质蜂窝主镜(1)镜面与周围环境空气之间温度差的目的，并最终实现对轻质蜂窝主镜(1)镜面视宁度效应的控制；同时，主镜温控系统(5)对轻质蜂窝主镜(1)的温度控制，也能够实现轻质蜂窝主镜(1)镜体的温度均匀分布，从而抑制由于温度分布不均匀导致的热变形效应；热视场光阑及温控系统(6)位于光学望远镜系统主焦点位置处，热视场光阑限制光学望远镜系统成像视场，并通过对光学望远镜系统成像视场的限制，限制进入望光学望远镜系统的能量，避免次镜(2)及中继反射镜组(3)变形甚至损坏，也保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑仅在光学望远镜系统在白天对太阳活动区进行观测时需要使用，通过热视场光阑对成像视场的限制，限制进入次镜(2)和中继反射镜组(3)的太阳光辐射强度，从而保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑温控系统对热视场光阑进行冷却，冷却途径为通过将低温液体冷媒注入热视场光阑腔体内，对热视场光阑进行降温，并回收冷却废液，形成循环系统，最终实现热视场光阑与周围环境空气温度平衡，控制光学望远镜内部视宁度效应，保证光学望远镜系统的成像质量；热视场光阑及温控系统位于光学望远镜主焦点处，固定于光学望远镜镜筒结构上；热视场光阑温控系统通过冷媒输送和回收管道与热视场光阑进行连接，实现对热视场光阑的温度控制，热视场光阑温控系统自身则固定于镜筒结构上；太阳自适应光学系统，位于光学望远镜系统的观测焦点之后，由准直器(7)、高速倾斜反射镜(8)、可变形反射镜(9)、波前探测器(10)及性能评估器(11)组成；准直器(7)位于光学望远镜系统的观测焦点之后，用于将会聚光束准直成平行光，准直后的平行光束分别进入高速倾斜镜(8)、可变形反射镜(9)和波前探测器(10)，分别用于校正倾斜像差、高阶大气像差以及波前畸变探测；性能评估器(11)根据校正后的波前探测器(10)的波前测量结果，计算太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置点扩展函数，并作为后端图像复原和数据融合系统的依据，获得更高分辨力的图像复原结果；太阳光束经过太阳自适应光学系统波前校正后，进入多光谱层析成像系统中；多光谱层析成像系统，按照成像光谱波长范围不同分为可见光波段层析成像模块(12)、近红外波段层析成像模块(13)及红外波段层析成像模块(14)；多光谱层析成像系统位于太阳自适应光学系统后端，经过不同光谱限制范围的分光镜后分别进入可见光波段层析成像模块(12)、近红外波段层析成像模块(13)及红外波段层析成像模块(14)中；可见光波段层析成像模块(12)、近红外波段层析成像模块(13)或红外波段层析成像模块(14)结构相同，均由滤光器(15)、成像系统(16)、成像相机(17)和同步控制模块(18)组成；滤光器(15)位于成像系统(16)之前的平行光中，根据科学目标对成像系统(16)成像中心波长和光谱带宽进行限制；成像系统(16)用于对特定太阳大气高度的太阳活动区进行成像；成像相机(17)用于对特定光谱成像观测，获得对应太阳大气高度的成像结果；同步控制模块(18)用于各光谱成像相机的同步控制，位于成像相机(17)后端，通过信号线与各光谱成像相机连接；图像复原及数据融合系统，位于太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置末端，包括图像复原模块(19)和数据融合模块(20)，是对多光谱层析成像系统获取的成像结果进行图像复原，获得更高分辨力的图像以及与光谱相关的显示，大视场图像的拼接，并最终对复原后的图像进行数据融合，获得某一时刻太阳活动区在不同太阳大气表现形式的三维信息；图像复原模块(19)根据太阳自适应光学系统中性能评估模块(11)计算结果及多光谱层析成像系统成像相机(17)光谱强度测量结果，对经太阳自适应光学系统校正后的太阳活动区成像结果进行复原，同时，为了弥补太阳自适应光学观测视场较小的缺点，图像复原模块(19)还能够实现对太阳活动区图像进行拼接，拼接后的图像视场将比原视场大10倍以上，图像复原模块(19)对太阳活动区进行大视场拼接时，需要对太阳活动区高分辨力层析成像望远镜装置指向活动区，太阳自适应光学系统校正后获得成像结果；然后将望远镜装置指向邻近区域，再次控制太阳自适应光学系统，获得校正后的成像结果，如此反复直至将整个太阳活动区扫描完毕；图像复原模块(19)对扫描的多帧图像进行图像复原处理后，开始依据重合区域特征完成大视场成像的拼接；数据融合模块(20)是最终获得太阳活动区在不同太阳大气高度三维成像结果的关键模块，根据各成像光路成像光谱及其对应太阳大气高度，重构出某一时刻太阳活动区在太阳大气的空间分布。