一种大口径前置式太阳观测系统的制作方法

本实用新型涉及一种大口径前置式太阳观测系统，属于太阳观测设备技术领域。

背景技术：

太阳是太阳系的中心天体，占有太阳系总质量的99.86%。太阳看起来很平静，实际上无时无刻不在发生剧烈的活动。太阳结构分为内部结构和大气结构两大部分：内部结构由内到外可分为太阳核心、辐射层、对流层；大气结构由内到外可分为光球层、色球层和日冕层。

光球层之下称为太阳内部，光球层之上称为太阳大气。太阳光球层和太阳大气层中的活动现象，诸如太阳黑子、耀斑和日冕物质喷发（日珥）等，会使太阳风大大增强，造成许多地球物理现象──例如极光增多、大气电离层和地磁的变化；太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域，也是光球层活动的重要标志，太阳黑子是太阳表面温度相对较低而显得黑的区域；太阳耀斑是发生在太阳大气局部区域的一种最剧烈的爆发现象，在短时间内释放大量能量，引起局部区域瞬时加热，向外发射各种电磁辐射，并伴随粒子辐射突然增强。由于太阳光球的背景辐射太强，大多数耀斑不能在白光中观测到，辐射增强主要是在某些谱线上，其中以氢的Hα线（波长6563埃，颜色为橙红色）和电离钙的H、K线（波长分别为3968埃和3934埃）最为突出。

太阳是最基本的天文观测目标之一，用望远镜直视太阳（没有经过减光等措施）的情况下，直视太阳会导致视网膜被烧灼甚至失明（视网膜被烧灼的时候是不会有感觉的）。太阳活动大多集中在太阳光球层和色球层中，在各类天文观测中，太阳观测尤为复杂，也极为危险，望远镜汇聚的太阳光具有很高的温度，会导致一定的安全风险。

随着天文观测技术的进步，口径150mm以上大口径望远镜装置显得越来越重要，定性的来说，望远镜口径越大，观测的细节能力就越强，具有更高的分辨率。同时，望远镜装置的口径越大，其聚光能力就越强，口径每增加一倍，聚光能力就增强3-4倍，温度和观测风险也随之增加。大口径望远镜装置的高分辨率成为太阳观测的主流，随着望远镜口径的不断增大，其减光能力、技术难度、制造费用等呈指数上升，成为限制大口径太阳观测望远镜装置的瓶颈。

常规天文观测使用的望远镜具有单一性，观测太阳光球层需用太阳专用减光巴德膜，观测太阳色球层需使用太阳色球望远镜，观测深空天体需要深空天文望远镜。太阳望远镜不能够观测深空天体，观测深空天体的望远镜不能够直接观测太阳。对于观测者来说，观测不同目标需要购买不同的光学系统望远镜，不仅需要购买众多设备，并且操作十分不便，尤其观测太阳时，稍有不慎轻则会导致设备损坏，严重会眼睛永久性失明，并造成不可逆转的伤害。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大口径前置式太阳观测系统，实现一镜多用，不仅能够完成太阳的多波段观测，而且能够实现深空天体观测，有效提高了使用效率。

本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型设计了一种大口径前置式太阳观测系统，包括ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置和图像接收装置，其中，ERF能量抑制滤镜设置于光学望远镜的前端方向，过滤聚焦装置设置于光学望远镜的后端方向，图像接收装置设置于过滤聚焦装置后端方向的聚焦平面位置，图像接收装置用于接收依次经ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置的太阳观测图像。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述过滤聚焦装置包括ND滤镜、UV/IR滤镜，其中，ND滤镜的前端即过滤聚焦装置的前端，UV/IR滤镜设置于ND滤镜的后端方向，并且ND滤镜、UV/IR滤镜两者的主光轴相共线，UV/IR滤镜的后端即滤聚焦装置的后端。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述过滤聚焦装置包括UV/IR滤镜、Etalon光学共振腔、BF后端截止滤镜，其中，UV/IR滤镜的前端即过滤聚焦装置的前端，Etalon光学共振腔设置于UV/IR滤镜的后端方向，BF后端截止滤镜设置于Etalon光学共振腔的后端方向，并且UV/IR滤镜、Etalon光学共振腔、BF后端截止滤镜三者的主光轴相共线，BF后端截止滤镜即滤聚焦装置的后端。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述光学望远镜为折射式望远镜、反射式望远镜、折反式望远镜中的任意一种。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述图像接收装置为目镜或相机中的任意一种。

本实用新型所述一种大口径前置式太阳观测系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型所设计大口径前置式太阳观测系统，应用ERF能量抑制滤镜置于光学望远镜之前, 能够有效降低汇聚光线的温度，使得光学望远镜处于低温汇聚安全状态，达到安全操作温度，并且针对所设计过滤聚焦装置，更换不同滤镜组建，可以实现太阳光球层、色球层不同波段的观测，而且前置式ERF能量抑制滤镜的设计可以实现适应不同光学系统望远镜，同时在取下前置ERF能量抑制滤镜后，光学望远镜又可以恢复原本光学，实现天文常规的深空天体观测，如此实现了一镜多用途功能。

附图说明

图1是本实用新型所设计应用于折射式望远镜的太阳光球层光路系统实施示意图；

图2是本实用新型所设计应用于折射式望远镜的太阳色球层光路系统实施示意图；

图3是本实用新型所设计应用于反射式望远镜的太阳光球层光路系统实施示意图；

图4是本实用新型所设计应用于反射式望远镜的太阳色球层光路系统实施示意图；

图5是本实用新型所设计应用于折反式望远镜的太阳光球层光路系统实施示意图；

图6是本实用新型所设计应用于折反式望远镜的太阳色球层光路系统实施示意图。

其中，1. ERF能量抑制滤镜，2. ND滤镜，3. UV/IR滤镜，4. Etalon光学共振腔，5. BF后端截止滤镜，6. 折射式望远镜，7. 反射式望远镜主镜，8. 反射式望远镜副镜，9. 改正镜，10. 折反望远镜主镜，11. 折反望远镜副镜。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

本实用新型设计了一种大口径前置式太阳观测系统，包括ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置和图像接收装置，其中，ERF能量抑制滤镜设置于光学望远镜的前端方向，过滤聚焦装置设置于光学望远镜的后端方向，图像接收装置设置于过滤聚焦装置后端方向的聚焦平面位置，图像接收装置用于接收依次经ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置的太阳观测图像。

其中，ERF（Energy Rejection Filter）能量抑制滤镜：放置在光学望远镜的物镜前端，其原理是允许需要的Hα窄带谱线通过，通过喷镀的介质膜来吸收或反射高能紫外线与红外线，来降低过滤器组件上的热负荷。

具体实际应用当中，当针对过滤聚焦装置设计包括ND滤镜、UV/IR滤镜，其中，ND滤镜的前端即过滤聚焦装置的前端，UV/IR滤镜设置于ND滤镜的后端方向，并且ND滤镜、UV/IR滤镜两者的主光轴相共线，UV/IR滤镜的后端即滤聚焦装置的后端，则此过滤聚焦装置结构，结合ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、图像接收装置所构整体观测装置，便可以实现对太阳光球层黑子、光斑米粒等太阳结构的观测与拍摄，定义过滤聚焦装置所对应的此结构为过滤聚焦装置A结构。

同样，实际应用当中，当针对过滤聚焦装置设计包括UV/IR滤镜、Etalon光学共振腔、BF后端截止滤镜，其中，UV/IR滤镜的前端即过滤聚焦装置的前端，Etalon光学共振腔设置于UV/IR滤镜的后端方向，BF后端截止滤镜设置于Etalon光学共振腔的后端方向，并且UV/IR滤镜、Etalon光学共振腔、BF后端截止滤镜三者的主光轴相共线，BF后端截止滤镜即滤聚焦装置的后端，则此过滤聚焦装置结构，结合ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、图像接收装置所构整体观测装置，便可以实现对太阳色球层活动区域和日珥镜等太阳结构的观测与拍摄，定义过滤聚焦装置所对应的此结构为过滤聚焦装置B结构。

其中，UV/IR滤镜：二次过滤或吸收紫外线与红外线。

ND滤镜：减光作用，降低光线热量。

Etalon光学共振腔：通过干涉方式将连续光谱变成梳状，两片平面精度极高的半透镜片让光线在透过这两片间反射造成干涉让特定波长的光线通过。

BF（Blocking Filter）后端截止滤镜：对Etalon光学共振腔的梳状光线进行过滤，并适当滤掉对眼睛有害的紫外线与红外线。

如此在实际应用中，通过对过滤聚焦装置的不同结构设计，即构成两类观测装置，第一种，包括ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置和图像接收装置，过滤聚焦装置为过滤聚焦装置A结构，设计包括ND滤镜、UV/IR滤镜；其中，ERF能量抑制滤镜设置于光学望远镜的前端方向，过滤聚焦装置设置于光学望远镜的后端方向，过滤聚焦装置A结构中，ND滤镜的前端即过滤聚焦装置的前端，UV/IR滤镜设置于ND滤镜的后端方向，并且ND滤镜、UV/IR滤镜两者的主光轴相共线，UV/IR滤镜的后端即滤聚焦装置的后端；经过光学望远镜汇聚的光线，通过ND滤镜减光作用降低光线热量，然后光线再经过UV/IR滤镜二次过滤紫外线和红外线；图像接收装置设置于过滤聚焦装置后端方向的聚焦平面位置，图像接收装置用于接收依次经ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置A结构的太阳观测图像，即可以实现对太阳光球层黑子、光斑米粒等太阳结构的观测与拍摄，定义为A结构观测系统。

第二种，包括ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置和图像接收装置，过滤聚焦装置为过滤聚焦装置B结构，设计包括UV/IR滤镜、Etalon光学共振腔、BF后端截止滤镜；其中，ERF能量抑制滤镜设置于光学望远镜的前端方向，过滤聚焦装置设置于光学望远镜的后端方向，过滤聚焦装置B结构中，UV/IR滤镜的前端即过滤聚焦装置的前端，Etalon光学共振腔设置于UV/IR滤镜的后端方向，BF后端截止滤镜设置于Etalon光学共振腔的后端方向，并且UV/IR滤镜、Etalon光学共振腔、BF后端截止滤镜三者的主光轴相共线，BF后端截止滤镜即滤聚焦装置的后端；经过光学望远镜汇聚的光线，通过 UV/IR滤镜进行二次紫外线和红外线过滤，然后过滤后的光线进入Etalon光学共振腔，应用干涉方式将连续光谱变成梳状谱线，BF（Blocking Filter）后端截止滤镜再对梳状光线进行过滤，并适当滤掉对眼睛有害的紫外线与红外线；图像接收装置设置于过滤聚焦装置后端方向的聚焦平面位置，图像接收装置用于接收依次经ERF能量抑制滤镜、光学望远镜、过滤聚焦装置B结构的太阳观测图像，即可以实现对太阳色球层活动区域和日珥镜等太阳结构的观测与拍摄，定义为B结构观测系统。

上述技术方案所设计大口径前置式太阳观测系统，在具体的实际应用当中，图像接收装置可以选择目镜或相机中的任意一种，并且针对光学望远镜，可以选择折射式望远镜、反射式望远镜、折反式望远镜中的任意一种；其中，当选择折射式望远镜应用于A结构观测系统时，如图1所示，光线通过ERF（Energy Rejection Filter）能量抑制滤镜1时，通过所需的Hα谱线、并反射掉或吸收紫外线与红外线，接着所需的Hα谱线进入折射式望远镜6，经折射式望远镜6汇聚后的光线由ND滤镜2进行二次减光，减光后的光线进入UV/IR滤镜3，进行二次过滤，最后过滤后的光线形成焦平面，放置目镜或相机即可实现太阳光球层黑子、光斑米粒等太阳结构的观测与拍摄。

当选择折射式望远镜应用于B结构观测系统时，如图2所示，光线通过ERF（Energy Rejection Filter）能量抑制滤镜1，通过所需的Hα谱线、并反射掉或吸收紫外线与红外线，接着所需的Hα谱线进入折射式望远镜6，经折射式望远镜6汇聚后的光线通过UV/IR滤镜3进行二次过滤，接着过滤后Hα谱线进入Etalon光学共振腔4，连续的Hα谱线经过偏振后变成梳状窄带Hα谱线，然后梳状窄带Hα谱线进入BF（Blocking Filter）后端截止滤镜5，滤掉对眼睛有害的紫外线与红外线，最后过滤后的光线形成焦平面，放置目镜或相机即可实现太阳色球层活动区域和日珥镜等太阳结构的观测与拍摄。

当选择反射式望远镜应用于A结构观测系统时，如图3所示，光线通过ERF（Energy Rejection Filter）能量抑制滤镜1，通过所需的Hα谱线、并反射掉或吸收紫外线与红外线，接着所需的Hα谱线通过反射式望远镜主镜7汇聚，汇聚后的光线通过反射式望远镜副镜8反射到ND滤镜2进行二次减光，减光后的光线进入UV/IR滤镜3进行二次过滤，过滤后的光线形成焦平面，放置目镜或相机即可实现太阳光球层黑子、光斑米粒等太阳结构的观测与拍摄。

当选择反射式望远镜应用于B结构观测系统时，如图4所示，光线通过ERF（Energy Rejection Filter）能量抑制滤镜1，通过所需的Hα谱线、并反射掉或吸收紫外线与红外线；接着所需的Hα谱线通过反射式望远镜主镜7汇聚，汇聚后的光线通过反射式望远镜副镜8反射到UV/IR滤镜3进行二次过滤，过滤后Hα谱线进入Etalon光学共振腔4，连续的Hα谱线经过偏振后变成梳状窄带Hα谱线，然后梳状窄带Hα谱线进入BF（Blocking Filter）后端截止滤镜5，滤掉对眼睛有害的紫外线与红外线，最后过滤后的光线形成焦平面，放置目镜或相机即可实现太阳色球层活动区域和日珥镜等太阳结构的观测与拍摄。

当选择折反式望远镜应用于A结构观测系统，如图5所示，光线通过ERF（Energy Rejection Filter）能量抑制滤镜1，通过所需的Hα谱线、并反射掉或吸收紫外线与红外线；接着所需的Hα谱线通过改正镜9、并抵达折反望远镜主镜10，经折反望远镜主镜10汇聚后的光线、由折反望远镜副镜11反射到ND滤镜2进行二次减光；减光后的光线通过UV/IR滤镜3进行二次过滤；最后过滤后的光线形成焦平面，放置目镜或相机即可实现太阳光球层黑子、光斑米粒等太阳结构的观测与拍摄。

当选择折反式望远镜应用于B结构观测系统，如图6所示，光线通过ERF（Energy Rejection Filter）能量抑制滤镜1，通过所需的Hα谱线、并反射掉或吸收紫外线与红外线；接着所需的Hα谱线通过改正镜9、并抵达折反望远镜主镜10，经折反望远镜主镜10汇聚后的光线、由折反望远镜副镜11反射到UV/IR滤镜3进行二次过滤；过滤后Hα谱线进入Etalon光学共振腔4，连续的Hα谱线经过偏振后变成梳状窄带Hα谱线；然后梳状窄带Hα谱线进入BF（Blocking Filter）后端截止滤镜5，滤掉对眼睛有害的紫外线与红外线；最后过滤后的光线形成焦平面，放置目镜或相机即可实现太阳色球层活动区域和日珥镜等太阳结构的观测与拍摄。

上述技术方案所设计大口径前置式太阳观测系统，应用ERF能量抑制滤镜置于光学望远镜之前, 能够有效降低汇聚光线的温度，使得光学望远镜处于低温汇聚安全状态，达到安全操作温度，并且针对所设计过滤聚焦装置，更换不同滤镜组建，可以实现太阳光球层、色球层不同波段的观测，而且前置式ERF能量抑制滤镜的设计可以实现适应不同光学系统望远镜，同时在取下前置ERF能量抑制滤镜后，光学望远镜又可以恢复原本光学，实现天文常规的深空天体观测，如此实现了一镜多用途功能。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。