LV14373B - Tieša attēla katadioptriskais teleskops - Google Patents

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS

Izgudrojums attiecas uz tieša attēla optiskajām novērošanas ierīcēm un var tikt izmantots par kompaktu planētu teleskopu, liela palielinājuma tālskati virszemes novērojumos, kā arī par astrogrāfa objektīvu ar augstu izšķirtspēju.

Zināmā tehnikas līmeņa analīze

Ir zināma Gregori teleskopa divu spoguļu optiskā sistēma, kura ir aprakstīta, piemēram, ASV patentā Nr. 6667831 un ir izvētēta par izgudrojuma prototipu. Tā sastāv no diviem asferiskiem spoguļiem un dod tiešu attēlu sistēmas fokālajā plaknē. Tomēr, izmantojot asferiskās optiskās ierīces, tādus aberācijas veidus, kā koma, astigmātisms, palielinājuma hromatisms un lauka liekums, ārpus optiskās ass izlabot nevar. Tādā veidā ir iespēja iegūt precīzu attēlu vienīgi redzes lauka centrā, kas var būt pietiekams, tikai aplūkojot vienu nelielu lauka punktu, piemēram, zvaigzni.

Ir zināma tieša attēla teleskopa katadioptriska sistēma (PCT pieteikuma publikācija Nr. WO 99/53354), kas uzbūvēta pēc Maksutova-Kasegrēna shēmas un sastāv no priekšējās lēcas, galvenā un sekundāra spoguļa, kurā tieša attēla iegūšanai ir izmantota apgriezoša lēcu sistēma. Šāda risinājuma trūkums ir tas, ka par apgriezošo sistēmu tiek izmantoti papildu optiskie elementi, kas optiskajā sistēmā rada papildu kļūdas un neļauj iegūt difrakcijas robežai tuvu izšķirtspēju.

Ir zināms spoguļu un lēcu objektīvs (RU 12264 Ul), kas sastāv no priekšējās lēcas un galvenā spoguļa un dod tiešu attēlu, kas rodas, par sekundāro izmantojot ieliekto Manžena spoguli. Šā risinājuma trūkums ir tas, ka optiskajā sistēmā ir izmantota augstas pakāpes unifikācija. Tā izpaužas tādējādi, ka priekšējai lēcai un sekundārajam spogulim ir izvēlētas pavisam divas virsmas, vienu no kurām caurejošais stars šķērso divas reizes, bet otru - tris reizes. Tādēļ šo sistēmu var optimizēt tikai ļoti šaurās robežās, kas savukārt kopumā nedod iespēju sasniegt augstu izšķirtspēju. Šī konstrukcija var tikt izmantota zema budžeta novērošanas ierīcēs ar ne pārāk augstu izšķirtspēju.

Pēc konstrukcijas tuvāks piedāvātajam risinājumam ir gaismas spējīgs spoguļu-lēcu objektīvs ar sfēriskām optiskajām virsmām, kas aprakstīts Krievijas Federācijas patentā RU 2 368 924, kurš sastāv no piecām komponentiem, kuri ir izgatavoti no vienas šķirnes stikla. Minētās shēmas galvenais trūkums ir tas, ka tas ir uzbūvēts pēc Maksutova-Kasegrēna shēmas, kas fokālajā plaknē dod apgrieztu attēlu, un tam ir gabarīti 1/2,2, tos raksturojot ar attāluma no priekšējās virsmas līdz fokālajai plaknei attiecību pret fokusa attālumu. Bez tam sistēma ir uzbūvēta, izmantojot vienas konkrētas šķirnes K8 stiklu.

Piedāvātā izgudrojuma tehniskais uzdevums un būtība

Piedāvātā izgudrojuma tehniskais uzdevums ir gabarītu samazināšana līdz 1/4, saglabājot izšķirtspējas līmeni, kas tuvs difrakcijas robežai 0,4 - 1,0 mikrometru viļņu diapazonā, kas atbilst mūsdienu FPA Image Sensors devēju jūtīguma diapazonam. Papildus tam tiek nodrošināta iespēja izmantot jebkuras markas stiklu ar Abbes skaitli, lielāku par 0,5, kas ļauj izmantot stikla šķirnes, kuras darbojas galēji skarbos apstākļos, piemēram, atklātā kosmosā.

Šis uzdevums ir atrisināts tādā veidā, ka Gregori sistēmas tieša attēla katadioptriskajā teleskopā ar sfēriskajām optiskajām virsmām, kas satur priekšējo pozitīvo lēcu, galveno spoguli, kas izpildīts negatīva Manžena spoguļa veidā, sekundāro spoguli un pozitīvā lauka lēcu, saskaņā ar piedāvāto izgudrojumu sekundārais spogulis ir izveidots ieliekta spoguļa veidā, bet priekšējās lēcas un teleskopa optiskās sistēmas fokusa attāluma attiecība pret spoguļa diametru ir izvēlēta robežās no 1/6 līdz 1/12, pie kam attāluma attiecība no priekšējās virsmas līdz fokālajai plaknei ir izvēlēta robežās no 1/3,5 līdz 1/4.

Piedāvātā teleskopa uzbūvēšanas shēma ir Gregori sistēmas modifikācija. Šāda shēma ir izvēlēta tādēļ, ka tā dod iespēju iegūt attāluma no pirmā komponenta priekšējās virsmas līdz fokālajai plaknei attiecību pret sistēmas fokusa attālumu robežās no 1/3,5 līdz 1/4. Lai varētu labot aberāciju ārpus optiskās ass, shēmā ir izmantota vienīgi sfēriskā optika, kas savukārt izgudrojuma īstenošanu padara tehnoloģiskāku salīdzinājumā ar klasisko Gregori sistēmu. Pie tam piedāvātajā katadioptriskajā teleskopā ir izvēlēts optimāls optisko elementu skaits, kas ļauj optimizēt aprēķinus un veikt justēšanu pietiekami plašās robežās montāžas un ekspluatācijas laikā. Bez tam visi sistēmas elementi ir izgatavoti no vienas šķirnes stikla. Tā var būt jebkura stikla šķirne (kronstikls). ar vidējo dispersijas pakāpi (Abbes skaitli), lielāku par 0,5. Piedāvātajam katadioptriskajam teleskopam ir augsta izšķiršanas spēja, kas tuva difrakcijas robežai. Tā tiek sasniegta tādējādi, ka piedāvātajā shēmā ir izvēlēts iespējami minimāls optisko elementu skaits, kas ļauj maksimāli optimizēt optisko sistēmu, un vienlaikus minimāls ir gaismas laušanas virsmu skaits. Pietiekami maza optisko parametru skaita gadījumā, kas piedalās aprēķinu optimizācijā, aprēķinam var izmantot automātisko aprēķina metodi, kas ir aprakstīta publikācijā /1/, optimizācijā vienlaikus izmantotojot visus optiskās sistēmas parametrus.

Izgudrojumu īstenošanas piemēri

Fig. 1 ir parādīta piedāvātā katadioptriskā teleskopa shēma ar sfēriskajām virsmām atbilstoši Gregori shēmai, kurš satur pozitīvu divēji izliektu lēcu 1, galveno spoguli, kas izpildīts Manžena negatīvā spoguļa 2 veidā, kas atrodas pirmās fokālās virsmas 5 priekšā, t.i., pirmsfokālajā apgabalā, kā ari satur sekundāro spoguli 3 un pozitīvo lauka lēcu 4, kas atrodas aiz virsmas 5, t.i., apgabalā aiz fokālās plaknes, un veido attēlu sistēmas galvenajā fokālajā plaknē. Pievienotajā tabulā ir parādīti optisko elementu ģeometriskie parametri.

Tabula

Virsma	Virs- mas no- sau- kums	Virs- mas veids	Y rādiuss	Biezums	Stikls	Laušanas režīms	Y pusapertura
Priekšmets		Sfēra	Bezgalība	Bezga- lība		Lauzts
Diafragma		Sfēra	685.0493	8.0000	NBK7 SCHO	Lauzts	38.0000
2		Sfēra	-854.4047	166.0000		Lauzts	37.9203

3		Sfēra	- 159.5544	7.0000	NBK7 SCHO	Lauzts	30.6244
4		Sfēra	-251.6798	-7.0000	NBK7 SCHO	Atstarots	30.9232
5		Sfēra	-159.5544	158.3000		Lauzts	29.2664
6		Sfēra	53.4495	165.0000		Atstarots	8.1545
7		Sfēra	17.0000	3.0000	NBK7 SCHO	Lauzts	6.5897
8		Sfēra	-100.0000	5.2460		Lauzts	6.3887
Attēls		Sfēra	Bezgalība	-0.1335		Lauzts	4.9590
Priekšmets		Sfēra	Bezgalība	Bezgalīb a		Lauzts
Diafragma		Sfēra	790.6963	8.0000	SK16_ SCHO	Lauzts	38.0000
2		Sfēra	1031.5910	166.0000		Lauzts	37.8827
3		Sfēra	-167.4798	7.0000	SK16_ SCHO	Lauzts	29.2694
4		Sfēra	-250.7363	-7.0000	SK16_ SCHO	Atstarots	29.5466
5		Sfēra	-167.4798	158.3000		Lauzts	27.9973
6		Sfēra	53.4495	165.0000		Atstarots	6.9615
7		Sfēra	22.0000	3.0000	SK16_ SCHO	Lauzts	0.3636
8		Sfēra	-150.0000	5.2460		Lauzts	0.2704
Attēls		Sfēra	Bezgalība	-0.1858		Lauzts	0.0000

Priekšējās lecas un teleskopa optiskās sistēmas fokusa attāluma attiecība ir izvēlēta 1/10. Stari iet cauri priekšējai lēcai 1, tiek lauzti uz Manžena spoguļa 2 priekšējās virsmas, atstarojas no Manžena spoguļa 2 aizmugures virsmas, otrreiz tiek lauzti uz Manžena spoguļa 2 priekšējās virsmas un koncentrējas vienā punktā pirmajā fokālajā plaknē 5. Tālāk stari šķērso optisko asi punktā plaknē 5. Tādā veidā attēls tiek apgriezts. Tālāk stari atstarojas no sekundārā spoguļa 3 un, ejot cauri lauka lēcai 4, koncentrējas vienā punktā galvenajā fokālajā plaknē 6, tādējādi veidojot tiešu attēlu. Priekšējā lēca 1 kopā ar Manžena spoguli 2 izlabo kopējo optiskās sistēmas sfērisko aberāciju un piedevām izlabo sekundārā spoguļa 3 sfērisko aberāciju. Lauka lēca 4 āipus ass izlabo teleskopa optiskās sistēmas tādus aberācijas veidus, kā koma, astigmātisms, palielinājuma hromatisms un lauka liekums.

Izmantotie informācijas avoti:

1. Πεκ Υ. ABTOMaTHHecKHii pacneT oSbcktobob (b KHHre: «flpoeKTHpoBaHue omraraecKirc cncTeM» /non peņaKiņreH IIIeHHOHa P., BanaHTa ,φκ./, MocKBa, Mnp, 183, c. 99-128.

Claims (2)

1. Pretenzijas

   1. Tieša attēla katadioptriskais teleskops pēc Gregori sistēmas ar sfēriskajām optiskajām virsmām, kas satur priekšējo pozitīvo lēcu, galveno spoguli, kas izpildīts negatīva Manžena spoguļa veidā, sekundāro spoguli un pozitīvā lauka lēcu, kas atšķirīgs ar to, ka sekundārais spogulis ir izveidots ieliekta spoguļa veidā un attāluma no pirmās virmas līdz fokālajai plaknei attiecība pret sistēmas fokusa attālumu ir izvēlēta robežās no 1 : 3,5 līdz 1 : 4.
2. 2. Teleskops saskaņā ar 1. pretenziju, kas atšķirīgs ar to, ka sistēmas komponenti ir izpildīti no jebkuras šķirnes kronstikla ar vidējo dispersijas pakāpi, kas lielāka par 0,5.