CN111812835A - 用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，包括遮光系统和改正透镜组；遮光系统包括像场改正器框和施密特焦点遮光罩；所述像场改正器框位于场镜和球面主镜之间；所述施密特焦点遮光罩套接在场镜外侧；所述改正透镜组包括互相平行设置的第一改正透镜和第二改正透镜，密封连接在像场改正器框的内腔里。本发明能够利用巡天望远镜的原有结构，在镜筒内设置包括遮光系统和改正透镜组在内的像场改正器，通过合理设置各结构件的参数和位置关系，极大地提高了望远镜的成像质量，提升了望远镜对暗弱目标的发现能力。

Description

用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器
技术领域
本发明涉及天文学望远镜光学系统技术领域，具体而言涉及一种用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器。
背景技术
近地天体望远镜作为近地天体监测研究领域的主力观测设备之一，主要承担太阳系内小天体的巡天搜索与编目工作。近地天体望远镜的光学系统为大视场施密特望远镜，其具有短焦距、大视场、低空间分辨率的特点，非常适合做巡天搜索观测。
为了拓展视场，研究人员提升了探测器的相关参数，例如将探测器由原来的4kCCD升级为10k CCD，视场直径增大到4.28°，观测视场由原配4k CCD相机的3.78deg2拓展至9deg2,同时升级自动观测系统并启用具有自主学习能力的数据处理系统，使近地天体望远镜的巡天搜索效率产生了质的飞跃。然而，前述拓展视场的举措在提升望远镜巡天观测效率的同时使望远镜的成像质量开始降低，例如，由望远镜原始设计的2角秒下降至2.75角秒，10k CCD相机靶面边缘和四角区域的像斑呈现椭圆拖尾特征等，从而使望远镜对暗弱目标的发现能力有所减弱。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，利用巡天望远镜的原有结构，在镜筒内设置包括遮光系统和改正透镜组在内的像场改正器，通过合理设置各结构件的参数和位置关系，极大地提高了望远镜的成像质量，提升了望远镜对暗弱目标的发现能力。
为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，所述大视场施密特巡天望远镜的球面主镜中部设置有主镜中心孔，在球面主镜的反射镜面一侧竖直摆放有施密特改正板，望远镜的施密特焦点处设置有场镜，所述像场改正器包括遮光系统和改正透镜组；
所述遮光系统包括像场改正器框和施密特焦点遮光罩；所述像场改正器框位于场镜和球面主镜之间，其轴中心线与球形主镜的轴中心线重合，像场改正器框与场镜之间的距离为L1，像场改正器框临近球形主镜的端面口径为D1；所述施密特焦点遮光罩位于像场改正器框远离球形主镜的一侧，套接在场镜外侧，所述施密特焦点遮光罩远离场镜的端面口径为D2；
所述施密特焦点遮光罩远离像场改正器框的端面上密封连接有探测器；
所述改正透镜组包括互相平行设置的第一改正透镜和第二改正透镜，所述第一改正透镜和第二改正透镜密封连接在像场改正器框的内腔里，所述第一改正透镜临近球面主镜，所述第二改正透镜临近场镜，所述第一改正透镜的的凸面顶点与探测器的距离为L2，第一改正透镜的口径为D3；
外部平行光经施密特改正板折射后到达球形主镜的发射面上，经由球形主镜反射后调整方向形成汇聚光束，汇聚光束进入像场改正器框，依次经第一改正透镜和第二改正透镜折射后进入施密特焦点遮光罩，再经场镜折射后到达探测器的采集端。
作为其中的一种优选例，所述第一改正透镜为凸面朝向主镜的弯月形透镜，其中心厚度为14mm，通光口径采用318mm。
作为其中的一种优选例，所述第二改正透镜为凹面朝向场镜的弯月形透镜，其中心厚度为8mm，通光口径采用305mm。
作为其中的一种优选例，所述第一改正透镜与球面主镜之间的距离为1500毫米，所述第一改正透镜与场镜之间的距离为485毫米。
作为其中的一种优选例，所述第一改正透镜的的凸面顶点与探测器的距离L2采用303.7mm。
作为其中的一种优选例，所述像场改正器框临近球形主镜的端面口径D1采用321mm。
作为其中的一种优选例，所述施密特焦点遮光罩远离场镜的端面口径D2采用332mm。
作为其中的一种优选例，所述第一改正透镜和第二改正透镜采用压圈密封连接在像场改正器框的内腔里。
作为其中的一种优选例，所述像场改正器框和施密特焦点遮光罩采用支撑系统安装在施密特巡天望远镜的镜筒内部。
以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：
(1)本发明极大地提高了望远镜的成像质量，提升了望远镜对暗弱目标的发现能力。经测试，本发明能够在直径4.28°的视场范围内，覆盖486.1nm～1014nm的波段范围地实现2.0角秒的高质量图像，与望远镜原始设计的成像质量持平，并且使相机靶面边缘和四角区域的像斑变圆，使望远镜在提升巡天搜索效率的同时，仍具备极高的成像质量和对暗弱目标的发现能力。
(2)遮光系统有效遮挡全部夜空背景辐射，使光学系统的高质量成像性能不受到夜空背景辐射的干扰，得到高对比度的天文图像。
(3)本发明可以在大视场施密特巡天望远镜原始设计光学系统基础上将视场面积扩大一倍，同时保持视场范围内的成像质量与望远镜原始设计成像质量持平,实现更大视场的高像质高对比度的成像功能。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器的结构示意图。
图2是本发明的其中一种像场改正器例子的结构示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
结合图1，本发明提出一种用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，所述大视场施密特巡天望远镜的球面主镜2中部设置有主镜中心孔，在球面主镜2的反射镜面一侧竖直摆放有施密特改正板1，望远镜的施密特焦点处设置有场镜5，所述像场改正器包括遮光系统和改正透镜组。
所述遮光系统包括像场改正器框6和施密特焦点遮光罩7；所述像场改正器框6位于场镜5和球面主镜2之间，其轴中心线与球形主镜2的轴中心线重合，像场改正器框6与场镜5之间的距离为L1，像场改正器框6临近球形主镜2的端面口径为D1；所述施密特焦点遮光罩7位于像场改正器框6远离球形主镜2的一侧，套接在场镜5外侧，所述施密特焦点遮光罩7远离场镜5的端面口径为D2。
所述施密特焦点遮光罩7远离像场改正器框6的端面上密封连接有探测器8。
所述改正透镜组包括互相平行设置的第一改正透镜3和第二改正透镜4，所述第一改正透镜3和第二改正透镜4密封连接在像场改正器框6的内腔里，所述第一改正透镜3临近球面主镜2，所述第二改正透镜4临近场镜5，所述第一改正透镜3的的凸面顶点与探测器8的距离为L2，第一改正透镜3的口径为D3。
外部平行光经施密特改正板1折射后到达球形主镜2的发射面上，经由球形主镜2反射后调整方向形成汇聚光束10，汇聚光束10进入像场改正器框6，依次经第一改正透镜3和第二改正透镜4折射后进入施密特焦点遮光罩7，再经场镜5折射后到达探测器8的采集端。
本发明的基本原理如下：来自遥远星体的光到达地球时已经无限趋近于平行光，星光穿越地球的大气层形成外部平行光9射向大视场施密特巡天望远镜的施密特改正板1，外部平行光9经过施密特改正板1折射后到达球面主镜2，经球面主镜2反射后形成汇聚光束10，汇聚光束10从右侧进入像场改正器框6，依次经过像场改正器框6内部的第一改正透镜3和第二改正透镜4的折射后进入施密特焦点遮光罩7，再经过场镜5的折射最终到达10k CCD相机8形成图像,从而实现更大视场的高像质、高对比度的成像观测功能。
优选的，第一改正透镜3和第二改正透镜4通过压圈等机械结构密封安装于像场改正器框6内部，像场改正器框6和施密特焦点遮光罩7均通过支撑系统牢固安装于大视场施密特巡天望远镜的镜筒内部，共同构成像场改正器，通过设置像场改正器框6和施密特焦点遮光罩7的口径大小和位置、第一改正透镜3的口径大小及与10k CCD相机8右端的距离和位置关系，从而在大视场施密特巡天望远镜原始设计光学系统基础上将视场面积扩大一倍，同时保持视场范围内的成像质量不下降,实现更大视场的高像质、高对比度的成像功能。
结合图2，假设巡天望远镜的参数如下：
施密特改正板有效口径1米，球面主镜有效口径1.2米，具备一个施密特焦点，焦距1803mm，焦比f/1.8，底片比例9μm/1″。观测波段486.1nm～1014nm，中心波长656.3nm，像斑几何能量80％≤2.0″，圆形无渐晕视场直径为3.14°，探测器采用的是10k CCD相机。
则其中一个实施例中的像场改正器的参数如下：
像场改正器框6右端的口径为321mm；所述第一改正透镜3为凸面朝向主镜2的弯月形透镜，其中心厚度为14mm，通光口径采用318mm；所述第二改正透镜4为凹面朝向场镜5的弯月形透镜，其中心厚度为8mm，通光口径采用305mm；所述施密特焦点遮光罩7的右端直径为332mm，所述第一改正透镜3的凸面顶点与10k CCD相机8右端之间的距离为303.7mm，所述第一改正透镜3与球面主镜2之间的距离为1500毫米，所述第一改正透镜3与场镜5之间的距离为485毫米。
经测试，前述结构能够在直径4.28°的视场范围内，覆盖486.1nm～1014nm的波段范围地实现2.0角秒的高质量图像，与望远镜原始设计的成像质量持平，并且使相机靶面边缘和四角区域的像斑变圆，使望远镜在提升巡天搜索效率的同时，仍具备极高的成像质量和对暗弱目标的发现能力。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，所述大视场施密特巡天望远镜的球面主镜中部设置有主镜中心孔，在球面主镜的反射镜面一侧竖直摆放有施密特改正板，望远镜的施密特焦点处设置有场镜，其特征在于，所述像场改正器包括遮光系统和改正透镜组；
所述遮光系统包括像场改正器框和施密特焦点遮光罩；所述像场改正器框位于场镜和球面主镜之间，其轴中心线与球形主镜的轴中心线重合，像场改正器框与场镜之间的距离为L1，像场改正器框临近球形主镜的端面口径为D1；所述施密特焦点遮光罩位于像场改正器框远离球形主镜的一侧，套接在场镜外侧，所述施密特焦点遮光罩远离场镜的端面口径为D2；
所述施密特焦点遮光罩远离像场改正器框的端面上密封连接有探测器；
所述改正透镜组包括互相平行设置的第一改正透镜和第二改正透镜，所述第一改正透镜和第二改正透镜密封连接在像场改正器框的内腔里，所述第一改正透镜临近球面主镜，所述第二改正透镜临近场镜，所述第一改正透镜的的凸面顶点与探测器的距离为L2，第一改正透镜的口径为D3；
外部平行光经施密特改正板折射后到达球形主镜的发射面上，经由球形主镜反射后调整方向形成汇聚光束，汇聚光束进入像场改正器框，依次经第一改正透镜和第二改正透镜折射后进入施密特焦点遮光罩，再经场镜折射后到达探测器的采集端。
2.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述第一改正透镜为凸面朝向主镜的弯月形透镜，其中心厚度为14mm，通光口径采用318mm。
3.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述第二改正透镜为凹面朝向场镜的弯月形透镜，其中心厚度为8mm，通光口径采用305mm。
4.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述第一改正透镜与球面主镜之间的距离为1500毫米，所述第一改正透镜与场镜之间的距离为485毫米。
5.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述第一改正透镜的的凸面顶点与探测器的距离L2采用303.7mm。
6.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述像场改正器框临近球形主镜的端面口径D1采用321mm。
7.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述施密特焦点遮光罩远离场镜的端面口径D2采用332mm。
8.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述第一改正透镜和第二改正透镜采用压圈密封连接在像场改正器框的内腔里。
9.根据权利要求1所述的用于大视场施密特巡天望远镜的像场改正器，其特征在于，所述像场改正器框和施密特焦点遮光罩采用支撑系统安装在施密特巡天望远镜的镜筒内部。
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