专利名称：一种全天空大气重力波成像仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于观测大气重力波的光学成像仪器，尤其涉及一种能够实现对 全天空的大气重力波活动水平二维成像的全天空大气重力波成像仪。
背景技术：
大气重力波在上传过程中会对气辉辐射层产生扰动，以大气气辉辐射为示踪物， 可以实现对大气重力波活动的观测。在中高层大气气辉辐射带中，位于可见光到近红外波 段辐射较强的是宽带的OH和窄带的02气辉层，其波段分别约为750-850nm，865士2. 5nm，这 两种气辉辐射都可用于重力波活动成像观测。图1是现有的全天空大气重力波成像仪的结构示意图，如图1所示，现有的全天空 大气重力波成像仪的构成包括特定的鱼眼镜头、滤光镜片组、较大尺寸的滤光片以及其他 特定的光学器件。其缺点在于，特定型号的鱼眼镜头购买相对困难，较大尺寸的滤光片成本 高，而且增加了成像仪的直径，特定光学镜片的设计加工较复杂等，从而在大气重力波多点 观测，成像仪小型化便携化等方面有所限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种不仅可以同样实现较高精度的重 力波活动观测，也可以降低成本和尺寸，简洁又不失高精度地实现全天空大气重力波成像 的全天空大气重力波成像仪。为实现上述发明目的，本发明的全天空大气重力波成像仪，包括鱼眼镜头、由第 一镜片、第二镜片和第三镜片构成的三片式光路调整镜片组、滤光片、成像镜头以及科学级 CXD相机，以OH和02气辉辐射为示踪物，实现对全天空大气重力波成像。其中，所述第一镜片采用正透镜，并将其放置在所述鱼眼镜头的焦平面附近，接着 在该第一镜片的后方放置采用正透镜的所述第二镜片和采用负透镜的所述第三镜片，该三 片透镜与所述鱼眼镜头相互配合，使得从所述第三镜片出射的光线满足所述滤光片带宽对 入射光线角度要求，然后再使光线通过圆形的所述滤光片，再经过所述成像镜头，最后到达 与所述成像镜头连接的所述科学级C⑶相机，从而实现全天空180°大气重力波成像。其中，所述鱼眼镜头可以采用商业通用的的鱼眼镜头，例如焦距10. 5mm #tF2. 8、 焦距16mm#F3. 5、以及焦距8mm#F2. 8等等。所述滤光片可以采用直径2英寸或3英寸等的滤光片。所述成像镜头以及科学级CXD相机采用商用的成像镜头和科学级CXD即可。另外，作为进一步改进的结构形式，本发明还提供一种全天空大气重力波成像仪， 其特征在于，包括鱼眼镜头、由第一镜片、第二镜片和第三镜片构成的三片式光路调整镜 片组、多片不同波段的滤光片、滤光轮、成像镜头以及科学级CCD相机，以OH和02气辉辐射 为示踪物，实现对全天空大气重力波成像。其中，所述第一镜片采用正透镜，并将其放置在所述鱼眼镜头的焦平面附近，接着
3在该第一镜片的后方放置采用正透镜的所述第二镜片和采用负透镜的所述第三镜片，该三 片透镜与所述鱼眼镜头相互配合，使得从所述第三镜片出射的光线满足所述滤光片带宽对 入射光线角度要求，然后再使光线通过装有所述多片不同波段的滤光片的所述滤光轮，再 经过所述成像镜头，最后到达与所述成像镜头连接的所述科学级CCD相机，由计算机控制 实现多通道轮流观测，从而实现全天空180°大气重力波成像。本发明的全天空大气重力波成像仪的有益效果在于本发明采用鱼眼镜头实现全 天空成像，采用前置镜片组配合小直径的滤光片滤光。因为窄带滤光片对入射光线角度敏 感，这里采用前置三片式镜片组，使入射到滤光片的光线角度能同时满足宽带滤光片和窄 带滤光片的角度要求，同时方便调整光学像差。再通过一个商用的成像镜头，与科学级CCD 相机配合，最终实现以大气气辉辐射为示踪物，实现对大气重力波的成像观测。由此，采用 商业通用的鱼眼镜头，例如焦距10. 5mm#F2. 8，和小直径的滤光片，例如2英寸，结合三片式 滤光镜片组，以及商用成像镜头和科学级(XD，简洁又不失高精度地实现全天空大气重力波 成像。
图1是现有的全天空大气重力波成像仪的结构示意图。图2是本发明的全天空大气重力波成像仪的结构及光路示意图，以焦距 10. 5mm#F2. 8鱼眼镜头和直径2英寸滤光片为例。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的全天空大气重力波成像仪进行详细的说 明。图2是本发明的全天空大气重力波成像仪的结构及光路示意图，以焦距 10. 5mm#F2. 8鱼眼镜头和直径2英寸滤光片为例。如图2所示，本发明的全天空大气重力波 成像仪，包括鱼眼镜头1、由第一镜片2、第二镜片3和第三镜片4构成的三片式光路调整 镜片组、滤光片5、成像镜头6以及科学级CCD相机7，以OH和02气辉辐射为示踪物，实现 对全天空大气重力波成像，其中，第一镜片2采用正透镜，并将其放置在鱼眼镜头1的焦平面附近，接着在该 第一镜片2的后方放置采用正透镜的第二镜片3和采用负透镜的第三镜片4，该三片透镜与 鱼眼镜头1相互配合，使得从第三镜片4出射的光线满足滤光片5带宽对入射光线角度要 求，然后再使光线通过圆形的滤光片5，再经过成像镜头6，最后到达与成像镜头6连接的科 学级CXD相机7，从而实现全天空180°大气重力波成像。其中，鱼眼镜头1可以采用商业通用的的鱼眼镜头，例如焦距10. 5mm #F2. 8、焦 距16mm #F3.5、以及焦距8mm #F2.8等等。滤光片5可以采用小直径的圆形滤光片，滤光片 尺寸如2英寸、3英寸等。另外，本发明中成像镜头6以及科学级CCD相机7采用普通商用 的成像镜头和科学级CCD即可。另外，如图2所示，图中的实线和虚线分别表示的是0°和90°入射的光线，即可 以实现全天空大气重力波二维成像。光线自左向右贯穿整个光路，最左端光线是从鱼眼镜 头1出射的光线，到达鱼眼镜头1的焦平面后，穿过三片式镜片组的第一镜片2，然后穿过第二镜片3和第三镜片4，从而使光线角度达到滤光片5的带宽要求，然后经过一个成像镜头 6，之后到达科学级CXD相机7的平面。图像由CXD相机记录后，可由与之连接计算机导出数据。另外，作为本发明的进一步改进的结构形式，可以将多个不同波段的滤光片5放 置于一个滤光轮内，即在图2中滤光片5的位置设置装有多个不同波段滤光片5的滤光轮 (未图示)。从鱼眼镜头1出射的光线，到达鱼眼镜头1的焦平面后，穿过三片式镜片组的 第一镜片2，然后穿过第二镜片3和第三镜片4，从而使光线角度达到多个不同波段的滤光 片5的带宽要求，并使光线通过装有多片不同波段的滤光片5的滤光轮(未图示)，然后经 过成像镜头6，之后到达科学级CXD相机7的平面。由此，与CXD相机一起，由计算机控制， 可以实现多通道轮流观测。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
一种全天空大气重力波成像仪，其特征在于，包括鱼眼镜头、由第一镜片、第二镜片和第三镜片构成的三片式光路调整镜片组、滤光片、成像镜头以及科学级CCD相机，以OH和O2气辉辐射为示踪物，实现对全天空大气重力波成像，其中，所述第一镜片采用正透镜，并将其放置在所述鱼眼镜头的焦平面附近，接着在该第一镜片的后方放置采用正透镜的所述第二镜片和采用负透镜的所述第三镜片，该三片透镜与所述鱼眼镜头相互配合，使得从所述第三镜片出射的光线满足所述滤光片带宽对入射光线角度要求，然后再使光线通过所述滤光片，再经过所述成像镜头，最后到达与所述成像镜头连接的所述科学级CCD相机，从而实现全天空180°大气重力波成像。
2.如权利要求1所述的全天空大气重力波成像仪，其特征在于，所述鱼眼镜头采用焦 距 10. 5mm #F2. 8、焦距 16mm #F3. 5、或者焦距 8mm #F2. 8 的镜头。
3.如权利要求1所述的全天空大气重力波成像仪，其特征在于，所述滤光片采用2英寸 或者3英寸的小直径圆形滤光片。
4.如权利要求1所述的全天空大气重力波成像仪，其特征在于，所述成像镜头以及科 学级CCD相机采用普通商用成像镜头和科学级CCD。
5.一种全天空大气重力波成像仪，其特征在于，包括鱼眼镜头、由第一镜片、第二镜 片和第三镜片构成的三片式光路调整镜片组、多片不同波段的滤光片、滤光轮、成像镜头以 及科学级CXD相机，以OH和02气辉辐射为示踪物，实现对全天空大气重力波成像，其中，所述第一镜片采用正透镜，并将其放置在所述鱼眼镜头的焦平面附近，接着在该 第一镜片的后方放置采用正透镜的所述第二镜片和采用负透镜的所述第三镜片，该三片透 镜与所述鱼眼镜头相互配合，使得从所述第三镜片出射的光线满足所述滤光片带宽对入射 光线角度要求，然后再使光线通过装有所述多片不同波段的滤光片的所述滤光轮，再经过 所述成像镜头，最后到达与所述成像镜头连接的所述科学级CCD相机，由计算机控制实现 多通道轮流观测，从而实现全天空180°大气重力波成像。
6.如权利要求5所述的全天空大气重力波成像仪，其特征在于，所述鱼眼镜头采用焦 距 10. 5mm #F2. 8、焦距 16mm #F3. 5、或者焦距 8mm #F2. 8 的镜头。
7.如权利要求5所述的全天空大气重力波成像仪，其特征在于，所述滤光片采用2英寸 或者3英寸的小直径圆形滤光片。
8.如权利要求5所述的全天空大气重力波成像仪，其特征在于，所述成像镜头以及科 学级CCD相机采用普通商用成像镜头和科学级CCD。
全文摘要
本发明提供一种全天空大气重力波成像仪，包括鱼眼镜头、由第一镜片、第二镜片和第三镜片构成的三片式光路调整镜片组、滤光片、成像镜头以及科学级CCD相机。第一镜片采用正透镜并将其放置在鱼眼镜头的焦平面附近，接着在该第一镜片的后方放置采用正透镜的第二镜片和采用负透镜的第三镜片，该三片透镜与鱼眼镜头相互配合，使得从第三镜片出射的光线满足滤光片带宽对入射光线角度要求，然后再使光线通过滤光片，再经过成像镜头，最后到达与成像镜头连接的科学级CCD相机，从而以OH和O2气辉辐射为示踪物，实现全天空180°大气重力波成像。本发明的成像仪不仅可以实现较高精度的重力波活动观测，还能够降低成本和尺寸，结构简洁又不失高精度。
文档编号G01V7/02GK101923179SQ200910237418
公开日2010年12月22日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者涂翠, 程永强, 胡雄, 郭商勇, 闫召爱 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心