CZ298313B6 - Teleskopický systém - Google Patents

Abstract

Teleskopický systém je tvoren objektivem, upevneným na nosné konstrukci (4) umožnující azimutální nebo paralaktické nastavení, a zarízením (2) pro digitální snímání obrazu propojeným s pocítacem (3).Objektiv je tvoren výrezem (1) optického clenu realizujícího objektiv u daného typu teleskopického systému, kde prumet tohoto výrezu (1) do roviny kolmé k optické ose objektivu má v jednom smeru vetší rozmer.

Description

Teleskopický systém

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká teleskopického systému vhodného zejména pro astronomií.

Dosavadní stav techniky

Dosud jsou používány teleskopické systémy, jejichž objektivy máji obvod ve tvaru kruhu nebo pravidelného n-úhelníku a jejichž úhlové rozlišeni je téměř stejné ve všech směrech. Teleskop s objektivem je upevněn na nosné konstrukci, zvané montáž, umožňující teleskop přesně nastavil a jemné sním pohybovat. Užívá se montáž azimutální, paralaktická nebo čtyřosá. Azimutální montáž má jednu osu vodorovnou a druhou svislou. Kolem svislé osv se dalekohled natáčí vůči světovým stranám, ve vodorovné ose se nastavuje výška nad obzorem. Při pozorování nebeských objektů se musí plynule měnit nastavení dalekohledu kolem obou os. Paralaktická montáž má jednu osu rovnoběžnou se zemskou osou, míří do pólu. Druhá její osa je k první ose kolmá, při pozorování jednoho subjektu se otáčí dalekohled kolem polární osy stálou rychlostí 15 obloukových stupňů za hodinu. Čtyřosá montáž je především pro sledování umělých družic země, tři osy se nastaví tak, aby teleskop sledoval objekt pouze pohybem kolem jedné osy. Všechny tyto pohyby obstarávají elektrické motory'. V posledních letech je u většiny dalekohledů nastavení věcí počítače. Pozorovatel pouze zadá číselné souřadnice nebo přímo název objektu /databáze a může pozorovat. Tato charakteristika odpovídá všem známým teleskopickým systémům jako jsou Galileiho a Keplerův čočkový teleskopický systém a Newtonův a Casscgrainův zrcadlový teleskop.

Čočkový teleskop neboli refraktor se skládá z objektivu a optické soustavy, fungujících jako spojná čočka, které jsou umístěné na vstupním konci dalekohledu, a z oku láni na druhém konci, kterým se zvětšuje obraz vytvořený objektivem.

Zrcadlový teleskop neboli reflektor, na rozdíl od refraktoru používá jako objektiv vyduto parabolické zrcadlo, foto primární zrcadlo soustředuje světlo a odráží jej zpět na malé rovinné zrcátko. To pak světlo, v případě Newtonova typu reflektoru, odráží od okuláru umístěného na boku dalekohledu. V případě dalekohledů typu Schni idt-Cassegrain nebo Maksutov-Cassegrain jc světlo po průchodu korekční deskou odráženo zpět na malé zakřivené zrcátko a otvorem v hlavním zrcadle dopadá do okuláru. Místo použití okuláru pro pozorování okem lze obraz promítnout na matnici, do fotografické kamery, na digitální snímače obrazu, CCD jednotku nebo jednotku umožňující přímo snímání spektra. Tyto členy Jsou umístěny v obrazové rovině celé optické soustavy se započtením všech vložených členů, Do optické dráhy mohou být ještě vkládány další optické členy, např, čočky pro zvětšení obrazu, zesilovač obrazu, korekční členy atp. Signál z digitálních snímačů je veden do záznamových zařízení, dnes nejčastěji do počítače, kde je zpracováván a archivován.

Důležitým parametrem teleskopů je jejich úhlové rozlišení. Je dáno nejmenším úhlem, pod kterým můžeme rozlišit dva body - zdroje záření. Čím menší je tento úhel, tím lepší je úhlové rozlišení. Má-li objektiv průměr D, pak jc jeho půdorysná plocha dána vztahem

P = π DČ4 a úhlové rozlišení 6 pro monochromatické světlo o vlnové délce λ je určeno vztahem ó 1.22 λ/D,

- 1 CZ 298313 B6 čímž je dán poměr δ/P. Jeden z důvodů, který vede ke stavbě teleskopů o velikých průměrech, je požadavek astronomů o lepší úhlové rozlišení. Jc například známo, žc největší teleskop o průměru 30 metrů má být vybudován v Kalifornii.

Z výše uvedeného tedy vyplývá, že nevýhodou těchto známých řešení jc skutečnost, že pro lepší úhlové rozlišení je potřeba především velký rozměr objektivu. neboť, jak vyplývá z uvedených vztahů, čím větší plocha objektivu, tím lepší úhlové rozlišení sc získá. Navíc mají tyto mohutné objektivy velkou hmotnost, jsou náročné z hlediska konstrukce a technologie a jejich výroba je nákladná.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje teleskopický systém tvořený objektivem, upevněným na 15 nosné konstrukci umožňující azimutální, čtyřosé nebo paralaktické nastaveni, a zařízením pro digitální snímání obrazu propojeným s počítačem. Podstatou nového řešení jc, že objektiv je tvořen výřezem optického členu realizujícího objektiv u daného typu teleskopického systému, přičemž průmět tohoto výřezu do roviny kolmé k optické ose objektivu má v jednom směru větší rozměr. Objektiv je na nosné konstrukcí, která kromě obvyklých pohybů umožňuje navíc i jeho 20 rotaci, nebo rotaci celého teleskopického systému, kolem své optické osy.

U Newtonova zrcadlového teleskopického systému je výřez tvořen výřezem z rotačního paraboloidu a zařízení pro digitální snímání obrazuje tomto případě umístěno v ohnisku výřezu.

Je-li řešení aplikováno pro zrcadlový teleskopický systém Cassegrainova typu, je výřez tvořen výřezem z rotačního paraboloidu s otvorem a zařízení pro digitální snímání obrazu jc umístěno v obrazové rovině teleskopu.

U čočkového teleskopického systému jc výřez vlastně výřezem z kruhové spojné čočky , který má 30 jeden dominantní rozměr a zařízení pro digitální snímání obrazu je zde umístěno v obrazové rovině teleskopu.

Výhodou uvedeného řešení je. žc proti všem stávajícím teleskopickým systémům navržený teleskopický systém podstatně zlepšuje úhlové rozlišení při nižších nebo srovnatelných finančních 35 nákladech na jeho budování a při menších konstrukčních a technologických nárocích. Při současných plánech vy budovat teleskop o průměru 30 m nebo radioteleskop o ploše 10000 m² to představuje velkou úsporu, nehledě na jeho daleko levnější provoz. Dále pro umístění teleskopu na občžomdráhu je velmi důležitá jeho relativně nízká hmotnost. Cenová dostupnost umožní rozmístit systém radioteleskopů s vysokým rozlišením podél Země tak, že každý bude pozorovat a •to zkoumat pouze část oblohy okolo zenitu.

Výhodou takto uspořádaných teleskopických sy stémů je, žc umožňují rozlišit zdroje elektromagnetického záření, které jc možno při současných pozorováních rozlišil pouze při použití teleskopu o průměru srovnatelném s maximálním rozměrem půdorysu výřezu v navrženém zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady uspořádání teleskopického systému podle uvedeného řešení jsou znázorněny na přiloženo ný cli výkresech. Na obr. 1 je schéma teleskopického systému, na obr. 2 až 4 je znázorněn výřez tvořený výřezem z rotačního paraboloidu a na obr. 5 až 7 jc schematicky naznačen výřez tvořený výřezem z čočkového objektivu.

CZ 298313 Β6

Příklady provedení vynálezu

Pro zlepšení úhlového rozlišení teleskopického systému při stejné ploše objektu, nebo zmenšení plochy objektivu při stejném úhlovém rozlišení je navržena následující modifikace stávajících teleskopických systému. Jako objektiv je použit výřez 1 ze základního tvaru objektivu, který je použit pro daný typ teleskopického systému. Průmět tohoto výřezu 1 do roviny kolmé kjeho optické ose musí mít rozdílnou šířku a délku. Čím je jeden rozměr objektivu větší, tím je lepší rozlišovací schopnost. Při zachování této podmínky může být půdorys takto vytvořeného objektivu například obdélník, elipsa, část kruhu vydělená dvěma tětivami, konvexní plošný obrazec tvořeý oblouky, a podobně.

Jednou z možností, jak vytvořit tento teleskopicky systém jc, použil jako objektiv zrcadlo vc tvaru výřezu z rotačního paraboloidu, jehož osa prochází vrcholem, jak je uvedeno na obr. I v sestavě systému a pak dále na obr. 2 až 4. Jedná sc tedy o příklad použití li Newtonova teleskopického systému. Tento výřez 1 má půdorys ve tvaru obdélníka, jak ukazuje obr. 2. jehož jeden rozměr L je podstatně větší než druhý B. Na obr. 3 jc pak uveden tento výřez X v řezu A-A a na obr. 4 v řezu Β- B. Úhlové rozlišení tohoto systému pro monochromatické světlo o vlnové délce λ potom jc δ « λ / L = Β/. / P vc směru rozměru L a δ%λ / B - L\ / P ve směru rozměru B. Poměr úhlových rozlišení Ó7ó bude potom určovat v jakých směrech, to znamená při jakých úhlech, bude třeba měřit a kolik obrazů pro rekonstrukci zobrazovaného objektu je potřeba.

Tento navržený teleskopický systém má tedy různá úhlová rozlišení v různých směrech. Umístěním objektivu ve formě výřezu f na nosnou konstrukci 4, ve většině případů na montáž, která umožňuje navíc proti stávajícím montážím jeho rotaci kolem optické osy vytvořeného objektivu, je možné pomocí této rotace získat stejné úhlové rozlišení ve všech směrech. K výřezu 1 se připojí zařízení 2 pro digitální snímání obrazu, a to buď přímo do ohniska výřezu f nebo do obrazové roviny teleskopu, podle typu použitého teleskopického systému. Zařízením 2 pro digitální snímání obrazu může být digitální kamera, CCD nebo člen snímající přímo spektrum záření, které jsou propojeny s počítačem 3.

Zobrazení vzdálených objektu uvedeným teleskopickým systémem probíhá takto. Pohybem nosné konstrukce 4 se provede zamíření optické osy teleskopu na sledovaný objekt. Poté sc začnou při současném otáčení objektivu tvořeného výřezem 1, případně celého teleskopického systému kolem optické osy, snímat při každém zvoleném pootočení zařízením 2 pro digitální snímáni obrazu, například CCD kamerou, obrazy sledovaného objektu. Vzniklý výstupní signál se vede do počítače 3, který jc vy baven softwarem analogickým počítačové tomografii, který je schopen rekonstruovat obraz z řezů při natáčení objektivu a/nebo teleskopu kolem optické osy. Na rozdíl od tomografie, kde se vyhodnocuje integrální absorpce, zde sc vyhodnocuje integrální intenzita signálu v jednotlivých bodech obrazu v jednotlivých polohách otáčení. Tato integrální intenzita pochází z prostoru, který je určen úhly, jež odpovídají úhlovým rozlišením. Počet snímků a výsledný úhel natočení závisí na úhlovém rozlišení ve směru šířky objektivu a jsou voleny tak, aby bylo možno zrekonstruovat obraz s nejlepším úhlovým rozlišením ve všech směrech. Počítač 3 má tedy několik funkcí, a to řídí pohyb nosné konstrukce 4. tedy montáže, zpracovává výstupní signál ze zařízení 2 pro digitální snímání obrazu a rekonstruuje obraz sledovaného objektu ze získaných integrálních intenzit při jednotlivých úhlech snímání. Budc-li například úhlové rozlišení v jednom směru 180 stupňů, je měřena integrální intenzita v tomto směru z celé oblohy a k rekonstrukci obrazuje potřeba dostat sekvenci snímků pro otočení teleskopu o 180 stupňů.

Když se zaznamená série obrazů sledovaných objektů nebo části oblohy při více různých úhlech natočení objektivu nebo celého teleskopu kolem optické osy. lze pomocí počítače 3 zrekonstruovat obraz s maximálním úhlovým rozlišením, t j., úhel δ bude minimální. Z tohoto důvodu je tedy potřeba napojil zařízení 2 pro digitální snímání k počítači 3 a současně přesně snímat úhel natočení objektu a/nebo teleskopu kolem optické osy a pozici objektu. Kromě úhlu natočení se sledují také všechny ostatní parametry, jako jsou souřadnice, čas. polohy objektu či nastavení montáže, což je dnes standardní pro jakákoli pozorování.

Teoreticky je samozřejmě možné při astronomických pozorováních v některých případech $ výhodou použít rotaci oblohy kolem pólu místo vlastní rotace objektivu nebo teleskopu kolem optické osy. To znamená, že při pozorování části oblohy dochází díky rotaci Země k rotaci obrazu a tato rotace může nahradit otáčení systému kolem optické osy.

Jinou možností realizace uvedeného principu jc, vytvořit výřez 1 z objektivu vc tvaru spojné čočky, která má obdélníkový obvod, totožný s obdélníkovým výřezem z kruhové spojné čočky, jak uvádí obr. 5 a dále obr. 6 a 7 znázorňující řezy A-A respektive řez B-B tímto výřezem I. Tento výřez f může vzniknout dvěma řezy rovnoběžně s optickou osou, kterými sc odříznou protilehle části kruhové spojky. V tomto případě jc zařízení 2 pro digitální snímání obrazu umístěno v obrazové rovině teleskopu. Délka L tohoto výřezu 1 opět určuje úhlové rozlišeni a jeho šířka B počet měření a úhel natočení objektivu resp. teleskopu, potřebný pro rekonstrukci obrazu s maximálním rozlišením.

Průmyslová využitelnost

Uvedený teleskopický systém lze s výhodou využít například v astronom i i, kdy umožní nahlížet hlouběji do vesmíru, rozlišit planetární systémy, umožní umístit na oběžné dráze kolem Země přístroje pro špionážní sledování, dálkový průzkum Země, záchranné akce při katastrofách, radioastronomická pozorování atd. V podstatě lze říci, že tímto systémem lze nahradit většinu používaných teleskopických systémů.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Teleskopický systém tvořeny objektivem, upevněným na nosné konstrukci (4) umožňující azimutální nebo paralaktické nastavení, a zařízením (2) pro digitální snímání obrazu propojeným s počítačem (3), vyznačující se t í m , že objektiv je tvořen výřezem (I) optického členu realizujícího objektiv u daného typu teleskopického systému, kde průmět tohoto výřezu (I) do roviny kolmé k optické ose objektivu má v jednom směru větší rozměr.
2. 2. Teleskopický systém podle nároku 1. v y z n a č u j í c í se t í m . že výřez (1) jc výřezem z rotačního paraboloidu a zařízení (2) pro digitální snímání obrazu jc umístěno v ohnisku výřezu (D·
3. 3. Teleskopický systém podle nároku 1. vy z n a č u j í c í se t í m , že výřez (1) je výřezem z rotačního paraboloidu s otvorem a zařízení (2) pro digitální snímání obrazu jc umístěno v obrazové rovině teleskopu.
4. 4. Teleskopický systém podle nároku I,vyznačuj ící se t í m , že výřez (1) je výřezem z kruhové spojné čočky a zařízení (2) pro digitální snímání obrazu je umístěno v obrazové rovině teleskopu.
5. 5. Teleskopický systém podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, v y z n a č u j í c í se t í m , žc objektiv a/nebo celý teleskop je na nosné konstrukci uložen otočně kolem své optické osy.