RU2830995C1 - Small-size high-resolution catadioptric telescope - Google Patents
Small-size high-resolution catadioptric telescope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2830995C1 RU2830995C1 RU2024108554A RU2024108554A RU2830995C1 RU 2830995 C1 RU2830995 C1 RU 2830995C1 RU 2024108554 A RU2024108554 A RU 2024108554A RU 2024108554 A RU2024108554 A RU 2024108554A RU 2830995 C1 RU2830995 C1 RU 2830995C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- mirror
- meniscus
- axisymmetric
- optical
- Prior art date
Links
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 244000144992 flock Species 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к зеркально-линзовым телескопам высокого разрешения, и может быть использовано на малых космических аппаратах дистанционного зондирования Земли.The invention relates to the field of optical instrument making, namely to high-resolution mirror-lens telescopes, and can be used on small spacecraft for remote sensing of the Earth.
Широкое распространение получили катадиоптрические телескопы, построенные по схеме Максутова-Кассегрена, описанные в https://www.telescope-optics.net/maksutov_cassegrain_telescope.htm, и их разновидности, поскольку они являются компактными, имеют высокое качество изображения, и все поверхности оптических элементов телескопа сферические.Catadioptric telescopes built according to the Maksutov-Cassegrain scheme, described in https://www.telescope-optics.net/maksutov_cassegrain_telescope.htm, and their varieties have become widespread, since they are compact, have high image quality, and all surfaces of the optical elements of the telescope are spherical.
Известен зеркально-линзовый телескоп, описанный в патенте №2680656, МПК G02B17/08, опубл. 25.02.2019. Оптическая схема указанного аналога состоит из линзового мениска, вогнутого главного зеркала в виде зеркала Манжена с отверстием в центральной зоне, выпуклого вторичного зеркала и двухлинзового компенсатора, расположенного вблизи вершины главного зеркала, причем линзовый мениск и вторичное зеркало являются единым элементом. Плоскость изображения вынесена за вершину главного зеркала. Но у данного аналога возникают сложности в изготовлении телескопа ввиду наличия сразу двух сложных оптических элементов - зеркала Манжена и выполненного в виде единого элемента мениска с выпуклым вторичным зеркалом в центральной зоне. Кроме того, телескоп имеет малое угловое поле зрения - 1,24°.A mirror-lens telescope is known, described in patent No. 2680656, IPC G02B17/08, published 02/25/2019. The optical scheme of this analogue consists of a lens meniscus, a concave main mirror in the form of a Mangin mirror with an opening in the central zone, a convex secondary mirror and a two-lens compensator located near the top of the main mirror, and the lens meniscus and the secondary mirror are a single element. The image plane is located beyond the top of the main mirror. But this analogue has difficulties in manufacturing the telescope due to the presence of two complex optical elements at once - a Mangin mirror and a meniscus made in the form of a single element with a convex secondary mirror in the central zone. In addition, the telescope has a small angular field of view - 1.24 °.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является зеркально-линзовый телескоп для космического аппарата микрокласса "Flock", также реализованный по схеме Максутова-Кассегрена и описанный в Бакланов А.И., Новые горизонты космических систем оптико-электронного наблюдения Земли высокого разрешения, (часть II), Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2018. - Т. 5, №4. - С.16. DOI 10.30894/issn2409-0239.2018.5.4.14.27. Оптическая схема указанного телескопа состоит из расположенных по ходу луча осесимметричного линзового мениска, отрицательного по оптической силе, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, главного зеркала, выполненного в виде вогнутого осесимметричного сферического зеркала, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и имеющего отверстие в центральной части, вторичного зеркала, напыленного на центральную часть линзового мениска, и линзового компенсатора, расположенного на оптической оси за вершиной главного зеркала, обращенного вогнутостью к пространству предметов и выполненного в виде осесимметричной вогнуто-плоской предфокальной линзы Пиацци Смита, отрицательной по оптической силе, обращенной вогнутостью к пространству предметов. Но в данной схеме линзовый мениск и вторичное зеркало выполнены в виде единого элемента, а это означает отсутствие раздельной юстировки мениска и вторичного зеркала, что усложняет сборку телескопа и может привести к потере качества изображения при несоблюдении жестких требований по изготовлению и по точности позиционирования данного элемента в телескопе. Другим недостатком является использование линзы Пиацци Смита, применение которой эффективно лишь в том случае, когда выдержаны требования к точности изготовления характерно крутого радиуса кривизны первой поверхности, зависящего напрямую от показателя преломления линзы.The closest analogue to the proposed invention is a mirror-lens telescope for a micro-class "Flock" spacecraft, also implemented according to the Maksutov-Cassegrain scheme and described in Baklanov A.I., New Horizons of Space Systems for High-Resolution Optical-Electronic Observation of the Earth, (Part II), Rocket and Space Instrumentation and Information Systems, 2018. - V. 5, No. 4. - P. 16. DOI 10.30894/issn2409-0239.2018.5.4.14.27. The optical scheme of the said telescope consists of an axially symmetric lens meniscus, negative in optical power, located along the beam path, with its convexity facing the image plane, a main mirror made in the form of a concave axially symmetric spherical mirror, with its concavity facing the object space, and having an opening in the central part, a secondary mirror, sprayed onto the central part of the lens meniscus, and a lens compensator located on the optical axis behind the top of the main mirror, with its concavity facing the object space and made in the form of an axially symmetric concave-flat Piazzi Smyth prefocal lens, negative in optical power, with its concavity facing the object space. But in this design, the lens meniscus and secondary mirror are made as a single element, which means that there is no separate adjustment of the meniscus and secondary mirror, which complicates the assembly of the telescope and can lead to a loss of image quality if strict requirements for the manufacture and accuracy of positioning of this element in the telescope are not met. Another disadvantage is the use of a Piazzi Smith lens, the use of which is effective only if the requirements for the accuracy of manufacture of the characteristically steep radius of curvature of the first surface, which depends directly on the refractive index of the lens, are met.
Задачей данного изобретения является создание малогабаритного катадиоптрического телескопа высокого разрешения, осуществляющего высококачественную съемку земной поверхности из космоса, с повышенной технологичностью, а также с предусмотренной возможностью независимой юстировки каждого из элементов телескопа.The objective of this invention is to create a small-sized high-resolution catadioptric telescope that performs high-quality photography of the earth's surface from space, with increased technological efficiency, as well as with the provision of the possibility of independent adjustment of each of the telescope's elements.
Технический результат - создание малогабаритного зеркально-линзового телескопа с улучшенными технологическими характеристиками для обеспечения высокодетальной съемки поверхности Земли в спектральном диапазоне 500-900 нм по всему полю зрения при его размещении на борту малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли.The technical result is the creation of a small-sized mirror-lens telescope with improved technological characteristics to ensure highly detailed imaging of the Earth's surface in the spectral range of 500-900 nm across the entire field of view when it is placed on board small spacecraft for remote sensing of the Earth.
Это достигается тем, что в малогабаритном катадиоптрическом телескопе высокого разрешения, состоящем из последовательно установленных по ходу луча оптических элементов, лежащих на одной оптической оси линзового мениска, выполненного в виде осесимметричного отрицательного по оптической силе мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, главного зеркала, выполненного в виде вогнутого осесимметричного зеркала, обращенного вогнутостью к пространству предметов и имеющего отверстие в центральной зоне, вторичного зеркала, выполненного в виде выпуклого осесимметричного зеркала, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, и осесимметричной отрицательной по оптической силе предфокальной линзы, расположенной за вершиной главного зеркала, в отличие от известного, линзовый мениск выполнен с конусообразным отверстием в центральной зоне, имеющим сужение на первой по ходу луча поверхности и расширение на второй по ходу луча поверхности линзового мениска, а предфокальная линза выполнена в виде двояковогнутой линзы, причем для линзового мениска и предфокальной линзы использованы одинаковые марки оптического стекла, а линзовый мениск и вторичное зеркало реализованы в виде раздельных элементов, и вторичное зеркало расположено между линзовым мениском и главным зеркалом.This is achieved by the fact that in a small-sized high-resolution catadioptric telescope consisting of optical elements sequentially installed along the beam path, lying on the same optical axis of a lens meniscus made in the form of an axisymmetric meniscus with negative optical power, facing with its convexity to the image plane, a main mirror made in the form of a concave axisymmetric mirror with its concavity facing the object space and having an opening in the central zone, a secondary mirror made in the form of a convex axisymmetric mirror with its convexity facing the image plane, and an axisymmetric prefocal lens with negative optical power, located behind the top of the main mirror, in contrast to the known one, the lens meniscus is made with a conical opening in the central zone, having a narrowing on the first surface along the beam path and an expansion on the second surface along the beam path of the lens meniscus, and the prefocal lens is made in the form of a biconcave lens, and for the lens meniscus and The same grades of optical glass are used for the pre-focal lens, and the lens meniscus and secondary mirror are implemented as separate elements, and the secondary mirror is located between the lens meniscus and the main mirror.
На фиг.1 представлена принципиальная схема малогабаритного катадиоптрического телескопа, на фиг.2 - его полихроматическая модуляционная функция (МПФ) в спектральном диапазоне 500-900 нм для точки на оси, для зоны и края углового поля. На фиг.3 представлена точечная диаграмма пятна рассеяния телескопа (в мкм) в спектральном диапазоне 500-900 нм для точки на оси, для зоны и края углового поля при расположении изображения в плоскости Гаусса.Fig. 1 shows the basic diagram of a small-sized catadioptric telescope, Fig. 2 shows its polychromatic modulation function (PMF) in the spectral range of 500-900 nm for a point on the axis, for the zone and edge of the angular field. Fig. 3 shows a point diagram of the telescope's scattering spot (in µm) in the spectral range of 500-900 nm for a point on the axis, for the zone and edge of the angular field with the image located in the Gaussian plane.
Малогабаритный катадиоптрический телескоп (фиг.1) состоит из установленных последовательно по ходу луча линзового мениска 1, выполненного из оптического бесцветного стекла группы «крон» в виде осесимметричного отрицательного по оптической силе мениска и обращенного выпуклостью к плоскости изображения, причем обе его рабочие поверхности сферические. Кроме того, линзовый мениск 1 выполнен с конусообразным отверстием в центральной зоне, имеющим сужение на первой по ходу луча поверхности и расширение на второй по ходу луча поверхности. Главного зеркала 2, обращенного вогнутостью к пространству предметов и выполненного в виде осесимметричного вогнутого по ходу луча сферического зеркала, имеющего отверстие в центральной зоне. Вторичного зеркала 3, выполненного в виде осесимметричного выпуклого сферического зеркала, обращенного выпуклостью к плоскости изображения и расположенного по ходу луча между линзовым мениском 1 и главным зеркалом 2. Двояковогнутой предфокальной линзы 4, выполненной из оптического бесцветного стекла группы «крон», в виде осесимметричной отрицательной по оптической силе линзы, причем обе ее рабочие поверхности сферические, и расположенной по ходу луча за вершиной главного зеркала 2 близ фокальной плоскости. Центры кривизны зеркал находятся на оптической оси малогабаритного катадиоптрического телескопа, центры кривизны линзового мениска 1 и предфокальной линзы 4 находятся на общей оси, которая совпадает с оптической осью малогабаритного катадиоптрического телескопа. Апертурная диафрагма расположена на первой по ходу луча поверхности линзового мениска 1.The small-sized catadioptric telescope (Fig. 1) consists of a lens meniscus 1 installed sequentially along the beam path, made of colorless optical glass of the "crown" group in the form of an axisymmetric meniscus with negative optical power and facing the image plane with its convexity, wherein both its working surfaces are spherical. In addition, the lens meniscus 1 is made with a conical opening in the central zone, having a narrowing on the first surface along the beam path and an expansion on the second surface along the beam path. The main mirror 2, facing the concavity towards the object space and made in the form of an axisymmetric spherical mirror concave along the beam path, having an opening in the central zone. A secondary mirror 3 made in the form of an axially symmetric convex spherical mirror with its convexity facing the image plane and located along the beam path between the lens meniscus 1 and the main mirror 2. A biconcave prefocal lens 4 made of colorless optical glass of the "crown" group, in the form of an axially symmetric negative optical power lens, wherein both of its working surfaces are spherical, and located along the beam path behind the top of the main mirror 2 near the focal plane. The centers of curvature of the mirrors are on the optical axis of the small-sized catadioptric telescope, the centers of curvature of the lens meniscus 1 and the prefocal lens 4 are on a common axis that coincides with the optical axis of the small-sized catadioptric telescope. The aperture diaphragm is located on the first surface of the lens meniscus 1 along the beam path.
Малогабаритный катадиоптрический телескоп работает следующим образом. Свет от источника излучения попадает на линзовый мениск 1, проходит через обе сферические поверхности линзового мениска 1, попадает на главное зеркало 2, отражается от зеркальной сферической поверхности главного зеркала 2, затем попадает на вторичное зеркало 3, отражается от зеркальной сферической поверхности вторичного зеркала 3, после чего попадает на двояковогнутую предфокальную линзу 4, проходит через обе сферические поверхности предфокальной линзы 4 и фокусируется в плоскости изображения за вершиной главного зеркала 1.The small-sized catadioptric telescope operates as follows. Light from the radiation source hits the lens meniscus 1, passes through both spherical surfaces of the lens meniscus 1, hits the main mirror 2, is reflected from the mirror spherical surface of the main mirror 2, then hits the secondary mirror 3, is reflected from the mirror spherical surface of the secondary mirror 3, after which it hits the biconcave prefocal lens 4, passes through both spherical surfaces of the prefocal lens 4 and is focused in the image plane behind the top of the main mirror 1.
По данному техническому решению рассчитан малогабаритный катадиоптрический телескоп, конструктивные параметры которого приведены в табл. 1.Based on this technical solution, a small-sized catadioptric telescope was designed, the design parameters of which are given in Table 1.
Значения величин, представленные в табл. 1, соответствуют зеркально-линзовому телескопу со следующими характеристиками:The values of the quantities presented in Table 1 correspond to a mirror-lens telescope with the following characteristics:
- Фокусное расстояние: 2600 мм;- Focal length: 2600 mm;
- Относительное отверстие: 1:10;- Relative aperture: 1:10;
- Угловое поле зрения: 2,6°;- Angular field of view: 2.6°;
- Коэффициент центрального экранирования главного зеркала: 0,4;- Central shielding coefficient of the main mirror: 0.4;
- Продольная длина оптической системы телескопа: 800 мм.- Longitudinal length of the telescope optical system: 800 mm.
Оптическая система телескопа имеет следующие аберрации для длины волны λ=632,8 нм и для положения изображения в плоскости Гаусса:The optical system of the telescope has the following aberrations for the wavelength λ=632.8 nm and for the image position in the Gaussian plane:
- Продольная сферическая аберрация не более 0,4 мм.- Longitudinal spherical aberration no more than 0.4 mm.
- Меридиональный астигматический отрезок не более 0,3 мм.- Meridional astigmatic segment no more than 0.3 mm.
- Сагиттальный астигматический отрезок не более 0,35 мм.- Sagittal astigmatic segment no more than 0.35 mm.
- Дисторсия не более 0,1%.- Distortion no more than 0.1%.
- Хроматизм положения в спектральном диапазоне 500-900 нм не более 0,15 мм.- Chromatism of position in the spectral range of 500-900 nm is no more than 0.15 mm.
Повышение технологичности достигается за счет того, что: использованы одинаковые марки оптического стекла для линзового мениска 1 и двояковогнутой предфокальной линзы 4; значения радиусов кривизны сферических поверхностей приведены к ГОСТ 1807-75, значения осевых толщин ограничены одним знаком после запятой; линзовый мениск 1 и вторичное зеркало 3 являются раздельными самостоятельными элементами телескопа, это дает больше возможностей для его сборки и юстировки; в линзовом мениске 1 предусмотрено отверстие в центральной зоне, благодаря чему через отверстие возможно размещение подвижного манипулятора для вторичного зеркала 3, обеспечивающего сохранение номинального положения вторичного зеркала 3 при терморасстраиваемости; конусообразное отверстие в центральной зоне линзового мениска 1 служит в роли дополнительной защиты оптической системы телескопа от попадания паразитных засветок и для облегчения массы линзового мениска 1. Для обеспечения условия функционирования телескопа в ограниченном пространстве малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли длина оптической системы ограничивается до 800 мм, а диаметр входного зрачка - до 260 мм.Improved manufacturability is achieved due to the following: the same brands of optical glass are used for the lens meniscus 1 and the biconcave prefocal lens 4; the values of the radii of curvature of the spherical surfaces are reduced to GOST 1807-75, the values of the axial thicknesses are limited to one decimal place; the lens meniscus 1 and the secondary mirror 3 are separate independent elements of the telescope, which provides more opportunities for its assembly and adjustment; the lens meniscus 1 has an opening in the central zone, due to which it is possible to place a movable manipulator for the secondary mirror 3 through the opening, ensuring that the nominal position of the secondary mirror 3 is maintained during thermal adjustment; The cone-shaped opening in the central zone of the lens meniscus 1 serves as additional protection for the telescope's optical system from parasitic light and to reduce the weight of the lens meniscus 1. To ensure the functioning of the telescope in the limited space of small Earth remote sensing spacecraft, the length of the optical system is limited to 800 mm, and the diameter of the entrance pupil is limited to 260 mm.
Таким образом, достигнут технический результат, а именно создан малогабаритный зеркально-линзовый телескоп с улучшенными технологическими характеристиками для обеспечения высокодетальной съемки поверхности Земли в спектральном диапазоне 500-900 нм по всему полю зрения при его размещении на борту малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли.Thus, a technical result has been achieved, namely, a small-sized mirror-lens telescope with improved technological characteristics has been created to ensure highly detailed imaging of the Earth's surface in the spectral range of 500-900 nm across the entire field of view when placed on board small spacecraft for remote sensing of the Earth.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2830995C1 true RU2830995C1 (en) | 2024-11-28 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2248024C2 (en) * | 2002-05-13 | 2005-03-10 | Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" | Katadioptrical telescope |
| RU2683820C2 (en) * | 2013-04-05 | 2019-04-02 | Юниверсити Оф Флорида Рисерч Фаундейшн, Инкорпорейтид | Telescope and telescope array for use in spacecraft |
| CN211043786U (en) * | 2019-12-13 | 2020-07-17 | 成都浩孚科技有限公司 | Large-caliber multiband refraction and reflection front telescope optical system |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2248024C2 (en) * | 2002-05-13 | 2005-03-10 | Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" | Katadioptrical telescope |
| RU2683820C2 (en) * | 2013-04-05 | 2019-04-02 | Юниверсити Оф Флорида Рисерч Фаундейшн, Инкорпорейтид | Telescope and telescope array for use in spacecraft |
| CN211043786U (en) * | 2019-12-13 | 2020-07-17 | 成都浩孚科技有限公司 | Large-caliber multiband refraction and reflection front telescope optical system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7730481B2 (en) | Optical Lenses | |
| US9651763B2 (en) | Co-aperture broadband infrared optical system | |
| CN108693634B (en) | Broad spectrum common aperture TV, infrared zoom imaging, laser tracking and guiding optical system | |
| JP2524612B2 (en) | Infrared Afocal Zoom Telescope | |
| RU2443005C2 (en) | Catadioptric telescope | |
| JP4066079B2 (en) | Objective lens and optical apparatus using the same | |
| RU2368924C2 (en) | High-aperture catadioptric lens | |
| CN114236796A (en) | Visible light-medium wave infrared afocal optical system | |
| RU2830995C1 (en) | Small-size high-resolution catadioptric telescope | |
| US6882481B2 (en) | Optical arrangement for high power microobjective | |
| JP5904532B2 (en) | Optical antenna for optical wireless communication device using infrared laser beam | |
| RU2461030C1 (en) | Catadioptric lens (versions) | |
| RU2650055C1 (en) | Catadioptric telescope | |
| US10139610B2 (en) | Broadband catadioptric microscope objective with small central obscuration | |
| RU2830958C1 (en) | High-aperture mirror lens of high-resolution space telescope | |
| CN115993713A (en) | Catadioptric ultra-large field X-ray microcoupling optical imaging system | |
| RU2798769C1 (en) | Mirror-lens telescope lens for a micro-class spacecraft | |
| RU2842491C1 (en) | Pancratic reflex lens | |
| RU2556295C1 (en) | Double-channel catadioptric lens | |
| RU2092880C1 (en) | Ocular | |
| RU222247U1 (en) | Mirror-lens binoculars | |
| RU2400786C2 (en) | Infrared telescope for far infrared spectrum with remote exit pupil and two magnification power values | |
| RU2236031C1 (en) | Wide-aperture objective for scanning device | |
| RU2820282C1 (en) | Lens with remote entrance pupil for near infrared region (versions) | |
| RU2199143C1 (en) | Telescope with discrete change of magnification for far-field or region of spectrum |