ITPI20120078A1

ITPI20120078A1 - CATADIOTTRIC TELESCOPE WITH FOUR CHANNELS.

Info

Publication number: ITPI20120078A1
Application number: IT000078A
Authority: IT
Inventors: Filippo Rossi; Paolo Sandri; Sergio Segamiglia
Original assignee: Colmec S R L
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-10

Description

TITOLO TITLE

TELESCOPIO CATADIOTTRICO A QUATTRO CANALI. FOUR-CHANNEL REFLECTOR TELESCOPE.

SETTORE TECNICO TECHNICAL FIELD

La presente invenzione concerne un telescopio newtoniano multicanale in cui almeno un canale è provvisto di uno zoom ottico. The present invention relates to a multichannel Newtonian telescope in which at least one channel is provided with an optical zoom.

STATO DELL’ ARTE STATE OF THE ART

Esistono molte tipologie di telescopi. Telescopi di grandi dimensioni utilizzano convenzionalmente specchi o combinazioni di specchi e lenti in quanto la riduzione delle aberrazioni in sistemi ottici a rifrazione comporta costi elevati. Inoltre telescopi di grandi dimensioni sono principalmente a lunghezza focale fissa a causa delle difficoltà di realizzare, a costi contenuti, sistemi ottici con funzionalità di zoom che garantiscano una buona qualità dell’ immagine. There are many types of telescopes. Large telescopes conventionally use mirrors or combinations of mirrors and lenses as the reduction of aberrations in refractive optical systems involves high costs. In addition, large telescopes are mainly with fixed focal lengths due to the difficulty of creating, at low cost, optical systems with zoom capabilities that ensure good image quality.

Ad esempio, in US 4,278,330 A, è descritto un sistema ottico in cui la lunghezza focale variabile è ottenuta accoppiando ad uno specchio, che costituisce l’ obiettivo principale, un trasporto d’ immagine composto da una lente fissa e due gruppi di lenti mobili. Il sistema descritto, sebbene presenti una buona qualità generale, è affetto da una elevata vignettatura a lunghezze focali con conseguente non uniforme distribuzione della luce nell’ immagine. Questa non uniforme distribuzione della luce risulta particolarmente evidente nel caso in cui immagini siano acquisite per mezzo di un sensore digitale. For example, in US 4,278,330 A, an optical system is described in which the variable focal length is obtained by coupling an image transport consisting of a fixed lens and two groups of movable lenses to a mirror, which constitutes the main objective. The system described, although it has a good overall quality, is affected by a high vignetting at focal lengths with consequent non-uniform distribution of light in the image. This uneven distribution of light is particularly evident when images are acquired by means of a digital sensor.

Un altro sistema ottico a lunghezza focale variabile è descritto in US 5,940,222 e comprende un gruppo ottico principale costituito da uno specchio primario ed uno specchio secondario, ed un gruppo ottico di trasporto d’ immagine ubicato in parte davanti ed in parte dietro allo specchio principale, e costituito da un gruppo fisso e due gruppi mobili. Il sistema presenta una apertura relativa massima pari F/2.25 e opera in un intervallo di lunghezze d’ onda che vanno dai 400nm ai 1100nm. Per ottenere buona risoluzione spaziale sono stati utilizzati elementi ottici asferici che risultano molto complicati da realizzare. Inoltre, il sistema ottico descritto presenta un gruppo lenti di campo posizionate in prossimità del piano focale dell’ obiettivo principale ma ubicate in posizione extra-focale, rendendo così difficile l’ utilizzo del sistema ottico per osservare oggetti che si trovano a distanze finite. Another optical system with variable focal length is described in US 5,940,222 and comprises a main optical unit consisting of a primary mirror and a secondary mirror, and an optical image transport unit located partly in front of and partly behind the main mirror, and consisting of a fixed unit and two mobile units. The system has a maximum relative aperture equal to F / 2.25 and operates in a range of wavelengths ranging from 400nm to 1100nm. To obtain good spatial resolution, aspherical optical elements have been used which are very complicated to make. In addition, the optical system described has a group of field lenses positioned near the focal plane of the main objective but located in an extra-focal position, thus making it difficult to use the optical system to observe objects that are at finite distances.

SINTESI DELL’ INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è allora quello di proporre un sistema ottico di tipo catadiottrico compatto e di semplice costruzione in grado fornire funzionalità di zoom con immagini di alta qualità, in particolare con intensità luminosa molto uniforme anche a lunghezze focali corte. The object of the present invention is therefore to propose an optical system of the retro-reflective type that is compact and of simple construction capable of providing zoom functionality with high quality images, in particular with very uniform light intensity even at short focal lengths.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre un telescopio ottico multicanale in grado di fornire funzionalità di zoom con immagini di elevata qualità in un intervallo di lunghezze d’ onda estremamente elevato ed in grado di fornire anche immagini a focale fissa sia per visione diurna che per visione notturna. A further object of the present invention is to propose a multichannel optical telescope capable of providing zoom functionality with high quality images in an extremely high wavelength range and capable of also providing fixed focal length images for both day and night vision. for night vision.

Gli scopi suddetti ed altri ancora sono raggiunti per mezzo di un sistema ottico secondo quanto espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente. The aforementioned and other purposes are achieved by means of an optical system according to what is expressed and characterized in the independent claim.

Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche della presente invenzione o varianti dell’ idea di soluzione principale. The dependent claims expose other features of the present invention or variants of the main solution idea.

Convenzionalmente, il corpo principale di uno strumento di questo tipo comprende un gruppo ottico newtoniano costituito da uno specchio primario parabolico e da uno specchio secondario piano orientato a 45° il quale è accoppiato ad un correttore di Wynne. Conventionally, the main body of an instrument of this type comprises a Newtonian optical group consisting of a parabolic primary mirror and a plane secondary mirror oriented at 45 ° which is coupled to a Wynne corrector.

Secondo un aspetto caratteristico della presente invenzione un sistema ottico a lunghezza focale variabile è ottenuto associando agli elementi suddetti: un diaframma di campo ubicato in corrispondenza di un piano focale del correttore di Wynne; una lente di campo ubicata dopo il correttore di Wynne ed un gruppo ottico di tipo Petzval ubicato successivamente al piano focale del telescopio e mobile lungo l’ asse ottico per variare la lunghezza focale del sistema ottico. According to a characteristic aspect of the present invention, an optical system with variable focal length is obtained by associating the above elements: a field diaphragm located in correspondence with a focal plane of the Wynne corrector; a field lens located after the Wynne corrector and a Petzval type optical unit located after the focal plane of the telescope and movable along the optical axis to vary the focal length of the optical system.

Il diaframma di campo posizionato sul piano focale dopo la lente di campo limita il campo di vista dello strumento alla lunghezza focale minima. The field diaphragm positioned on the focal plane after the field lens limits the instrument's field of view to the minimum focal length.

La presenza di una lente di campo nella posizione suddetta permette di mantenere contenute le dimensioni del gruppo Petzval mobile insieme al relativo piano focale. The presence of a field lens in the aforementioned position makes it possible to keep the dimensions of the mobile Petzval group together with the relative focal plane contained.

Vantaggiosamente il sistema ottico sopra delineato costituisce un primo canale di un telescopio catadiottrico a più canali aventi in comune il gruppo ottico newtoniano, ed il telescopio catadiottrico è provvisto di un dispositivo meccanico di supporto e movimentazione adatto a ruotare lo specchio secondario piano del gruppo newtoniano intorno all’ asse ottico dello specchio primario parabolico per attivare selettivamente i canali del telescopio. Advantageously, the optical system outlined above constitutes a first channel of a multi-channel catadioptric telescope having the Newtonian optical group in common, and the catadioptric telescope is provided with a mechanical support and movement device suitable for rotating the plane secondary mirror of the Newtonian group around to the optical axis of the parabolic primary mirror to selectively activate the telescope channels.

Un telescopio catadiottrico come sopra delineato può comprendere un secondo canale costituito da un ulteriore sistema ottico con le stesse caratteristiche del primo, in cui il primo canale è ottimizzato per lunghezze d’ onda comprese tra 400nm e 900nm ed il secondo canale è ottimizzato per lunghezze d’ onda comprese tra 900nm e 1600nm. A catadioptric telescope as outlined above can comprise a second channel consisting of a further optical system with the same characteristics as the first, in which the first channel is optimized for wavelengths between 400nm and 900nm and the second channel is optimized for lengths d 'wave between 900nm and 1600nm.

Vantaggiosamente il primo canale ed il secondo canale hanno una identica configurazione ottica e differiscono soltanto per il trattamento anti-riflesso delle relative lenti. Advantageously, the first channel and the second channel have an identical optical configuration and differ only in the anti-reflection treatment of the relative lenses.

Il telescopio catadiottrico può comprendere un ulteriore canale a lunghezza focale fissa comprendente un correttore di Wynne in corrispondenza del cui piano focale sono previsti mezzi di creazione dell’ immagine quali un oculare o un sensore digitale. The catadioptric telescope can comprise an additional fixed focal length channel comprising a Wynne corrector in correspondence with the focal plane of which image creation means are provided such as an eyepiece or a digital sensor.

Il telescopio catadiottrico può comprendere un altro canale a lunghezza focale fissa comprendente un correttore di Wynne accoppiato con un gruppo ottico di trasporto di immagine che agisce da riduttore di lunghezza focale avente il proprio piano focale su un intensificatore di luce dedicato alla visione notturna. The catadioptric telescope may comprise another fixed focal length channel comprising a Wynne corrector coupled with an optical image transport assembly which acts as a focal length reducer having its own focal plane on a light intensifier dedicated to night vision.

Un telescopio catadiottrico avente i quattro canali sopra delineati, selettivamente attivabili grazie alla movimentazione dello specchio secondario piano del gruppo newtoniano ha una grande flessibilità di utilizzo e costi realizzativi complessivamente ridotti grazie ad una configurazione ottica semplice e compatta e all’ utilizzo di elementi ottici poco costosi. A catadioptric telescope having the four channels outlined above, which can be selectively activated thanks to the movement of the secondary plane mirror of the Newtonian group, has great flexibility of use and overall reduced manufacturing costs thanks to a simple and compact optical configuration and to the use of inexpensive optical elements. .

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Queste ed altre caratteristiche dell’ invenzione risulteranno più facilmente comprensibili dalla seguente descrizione di forme realizzative preferite della stessa, fornite come esempi non limitativi, con riferimento alle figure allegate nelle quali: These and other features of the invention will be more easily understood from the following description of preferred embodiments thereof, provided as non-limiting examples, with reference to the attached figures in which:

- la figura 1 mostra uno schema di una prima forma realizzativa di un sistema ottico secondo la presente invenzione; Figure 1 shows a diagram of a first embodiment of an optical system according to the present invention;

- la figura 2 mostra uno schema di una seconda forma realizzativa di un sistema ottico secondo la presente invenzione; Figure 2 shows a diagram of a second embodiment of an optical system according to the present invention;

- la figura 3 mostra una schematica vista frontale di un telescopio catadiottrico a 4 canali secondo la presente invenzione; Figure 3 shows a schematic front view of a 4-channel catadioptric telescope according to the present invention;

- la figura 4 mostra in parziale sezione laterale il telescopio di fig. 3 in cui è evidenziato un dispositivo di supporto e movimentazione di uno specchio secondario piano; - figure 4 shows a partial lateral section of the telescope of fig. 3 in which a device for supporting and moving a flat secondary mirror is highlighted;

- la figura 5 mostra una variante realizzativa di un gruppo Petzval modificato G3 del sistema ottico della presente invenzione; figure 5 shows an embodiment variant of a modified Petzval assembly G3 of the optical system of the present invention;

- la figura 6 mostra una ulteriore variante realizzativa di un gruppo Petzval modificato G3 del sistema ottico della presente invenzione; figure 6 shows a further embodiment variant of a modified Petzval assembly G3 of the optical system of the present invention;

- la figura 7 mostra uno schema ottico di un canale a lunghezza focale fissa per visione diurna del telescopio di fig.3; - la figura 8 mostra uno schema ottico di un canale a lunghezza focale fissa per visione notturna del telescopio di fig. - figure 7 shows an optical diagram of a fixed focal length channel for daytime viewing of the telescope of fig.3; - figure 8 shows an optical diagram of a fixed focal length channel for night vision of the telescope of fig.

3; 3;

- la figura 9 mostra una tabella riportante le specifiche costruttive di un gruppo Petzval G3 utilizzabile in un sistema ottico secondo la presente invenzione; - figure 9 shows a table showing the construction specifications of a Petzval G3 group that can be used in an optical system according to the present invention;

- la figura 10 mostra una tabella riportante le specifiche costruttive di una diversa forma realizzativa di un gruppo Petzval G3 utilizzabile in un sistema ottico secondo la presente invenzione; - figure 10 shows a table showing the construction specifications of a different embodiment of a Petzval G3 unit that can be used in an optical system according to the present invention;

- la figura 10 mostra una tabella riportante le specifiche costruttive di una ulteriore forma realizzativa di un gruppo Petzval G3 utilizzabile in un sistema ottico secondo la presente invenzione. - figure 10 shows a table showing the construction specifications of a further embodiment of a Petzval G3 unit that can be used in an optical system according to the present invention.

Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento uguali sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni sostanzialmente uguali nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati nell’ altra forma di realizzazione. To facilitate understanding, like reference numerals have been used, where possible, to identify substantially the same common elements in the figures. It should be understood that elements and features of one embodiment can be conveniently incorporated into the other embodiment.

DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE DESCRIPTION OF THE PREFERRED MANUFACTURING FORMS

Con riferimento alla figura 1 e 2 un sistema ottico, 10, secondo la presente invenzione comprende un telescopio in configurazione newtoniana, G1, accoppiato ad un correttore di Wynne, G2. In particolare, il telescopio newtoniano G1 è costituito da uno specchio primario parabolico, M1, realizzato con vetro a basso coefficiente di espansione termica, quale ad esempio zerodur, con lunghezza focale di 2100mm ed apertura relativa 1:4.2, il quale è accoppiato ad uno specchio secondario piano, M2, inclinato di 45°. With reference to figures 1 and 2, an optical system, 10, according to the present invention comprises a telescope in Newtonian configuration, G1, coupled to a Wynne corrector, G2. In particular, the G1 Newtonian telescope consists of a parabolic primary mirror, M1, made with glass with a low coefficient of thermal expansion, such as zerodur, with a focal length of 2100mm and relative aperture 1: 4.2, which is coupled to a secondary flat mirror, M2, inclined at 45 °.

I raggi ottici riflessi dallo specchio principale M1 vengono deviati dallo specchio secondario piano M2 ed inviati ad un correttore di Wynne, G2, che consente di ottenere, sul piano focale, 11, una immagine di alta qualità corretta su uno spettro molto ampio da 400nm a 1600nm. In particolare, il correttore di Wynne G2 è composto, in ordine dall’ ingresso all’ uscita del fascio luminoso, da una prima lente con forma di menisco positivo, I, da una seconda lente con forma di menisco negativo, II, da uno specchio di piegamento piano, 12, orientato a 45°, che permette di avere un’ uscita del fascio luminoso parallela alla direzione del fascio d’ entrata in modo da ridurre significativamente gli ingombri del sistema ottico, e da una lente piano-convessa, III. The optical rays reflected by the main mirror M1 are deflected by the secondary plane mirror M2 and sent to a Wynne corrector, G2, which allows to obtain, on the focal plane 11, a high quality corrected image over a very wide spectrum from 400nm to 1600nm. In particular, the Wynne G2 corrector is composed, in order from the entrance to the exit of the light beam, by a first lens with a positive meniscus shape, I, by a second lens with a negative meniscus shape, II, by a mirror of plane bending, 12, oriented at 45 °, which allows to have an exit of the light beam parallel to the direction of the entry beam in order to significantly reduce the overall dimensions of the optical system, and by a plane-convex lens, III.

Tra il piano focale 11 è la lente piano-convessa III del correttore di Wynne G2 è inserita una lente con forma di menisco positivo in funzione di lente di campo, IV, che permette di inserire in corrispondenza del piano focale 11 un diaframma di campo, 13, ed a valle di esso un gruppo ottico di tipo Petzval, G3, opportunamente progettato. Il piano focale 11 diventa così un piano focale intermedio. In generale, come noto, per obiettivo Petzval si intende un gruppo ottico composto da almeno due gruppi separati di lenti, solitamente coppie, in cui entrambi i gruppi danno contributo positivo. In particolare, il gruppo Petzval G3 della presente invenzione comprende tre sottogruppi di lenti: un primo sottogruppo costituito da un menisco negativo, V e da una lente piano-convessa, VI, un secondo sottogruppo costituito da una lente biconvessa, VII, e da una lente biconcava, VIII, ed un terzo sottogruppo costituito da una lente biconvessa, IX, e da una lente a menisco, X. In uscita, il gruppo Petzval G3 è provvisto di un filtro passa-banda, XI, idoneo a lasciar passare un intervallo di lunghezze d’ onda corrispondente ad un intervallo di funzionamento ottimale del tipo di correttore di Wynne G2 utilizzato. Infatti, risulta tecnicamente praticamente impossibile realizzare trattamenti antiriflesso efficienti che si estendano per tutto lo spettro di lunghezze d’ onda per il quale lo strumento può essere ottimizzato, vale a dire da 400nm a 1600nm, per cui un correttore di Wynne G2 può essere ad esempio realizzato per coprire le lunghezze d’ onda da 400nm a 900nm e, conseguentemente, verrà utilizzato un filtro passa banda XI che lasci passare lo stesso spettro. In questo caso, anche le lenti del gruppo Petzval modificato G3 saranno provviste di trattamento antiriflesso idoneo a coprire il suddetto spettro. Specifiche costruttive di un gruppo Petzval modificato G3 come sopra descritto sono riassunte nella tabella di fig.9. Between the focal plane 11 and the plano-convex lens III of the Wynne corrector G2 is inserted a lens with the shape of a positive meniscus acting as a field lens, IV, which allows a field diaphragm to be inserted in correspondence with the focal plane 11, 13, and downstream of it an optical unit of the Petzval type, G3, suitably designed. The focal plane 11 thus becomes an intermediate focal plane. In general, as known, by Petzval lens we mean an optical group composed of at least two separate groups of lenses, usually pairs, in which both groups make a positive contribution. In particular, the Petzval G3 group of the present invention comprises three sub-groups of lenses: a first sub-group consisting of a negative meniscus, V and a plano-convex lens, VI, a second sub-group consisting of a biconvex lens, VII, and a biconcave lens, VIII, and a third subgroup consisting of a biconvex lens, IX, and a meniscus lens, X. At the outlet, the Petzval G3 group is equipped with a band-pass filter, XI, suitable for letting an interval of wavelengths corresponding to an optimal operating range of the type of Wynne G2 corrector used. In fact, it is technically practically impossible to achieve efficient anti-reflective treatments that extend over the entire spectrum of wavelengths for which the instrument can be optimized, i.e. from 400nm to 1600nm, so a Wynne G2 corrector can be for example designed to cover wavelengths from 400nm to 900nm and, consequently, an XI band pass filter will be used that allows the same spectrum to pass. In this case, the lenses of the Petzval modified G3 group will also be provided with an anti-reflective treatment suitable for covering the aforementioned spectrum. Construction specifications of a Petzval modified G3 group as described above are summarized in the table in fig. 9.

La lente di campo IV è ubicata, come descritto, in posizione intrafocale e questo permette al sistema ottico di osservare oggetti che si trovano anche a distanze finite, fino ad un minimo anche di 50m. The field lens IV is located, as described, in an intrafocal position and this allows the optical system to observe objects that are also found at finite distances, up to a minimum of 50m.

Il gruppo Petzval G3 ed il piano focale di uscita, 14, sono mobili nella direzione dell’ asse ottico e grazie al loro movimento vengono ottenute le funzionalità di zoom permettendo di variare la lunghezza focale da 1500mm (apertura relativa F/3) a 15000mm (apertura relativa F/30). The Petzval G3 group and the output focal plane, 14, are movable in the direction of the optical axis and thanks to their movement the zoom functions are obtained, allowing the focal length to be varied from 1500mm (relative aperture F / 3) to 15000mm ( relative aperture F / 30).

I vantaggi del sistema ottico sopra descritto sono evidenti. La presenza di una lente di campo genera il piano focale intermedio 11. Tuttavia, su questo piano focale l’ immagine non è pienamente corretta e non viene quindi utilizzato per la creazione dell’ immagine ma ha lo scopo di permettere l’ inserimento del diaframma di campo 13 e soprattutto di mantenere contenute le dimensioni dell’ obiettivo Petzval. I raggi ottici provenienti dalla lente di campo IV possono quindi essere gestiti dal gruppo Petzval modificato G3 in modo da generare un immagine pienamente corretta sul piano focale 14. Il gruppo Petzval G3 presente nel sistema ottico della presente invenzione è in grado di gestire il compito di trasmettere i raggi ottici dalla lente di campo IV al piano focale 14 evitando un pericoloso disaccoppiamento tra la pupilla del telescopio e la pupilla del Petzval e anche di evitare la materializzazione della pupilla di uscita dello strumento sulle lenti dell'obiettivo di immagine. Infatti il gruppo Petzval presenta per sua natura la posizione della pupilla di ingresso sulla sua lente frontale. Il telescopio con correttore di Wynne è progettato per presentare la sua pupilla di uscita nella regione in cui viene posto il gruppo Petzval ottenendo così una perfetta corrispondenza tra la pupilla d'uscita del telescopio e la pupilla di entrata del gruppo Petzval. The advantages of the optical system described above are evident. The presence of a field lens generates the intermediate focal plane 11. However, on this focal plane the image is not fully corrected and is therefore not used for the creation of the image but has the purpose of allowing the insertion of the diaphragm of field 13 and above all to keep the dimensions of the Petzval lens contained. The optical rays coming from the field lens IV can therefore be managed by the modified Petzval group G3 in order to generate a fully corrected image on the focal plane 14. The Petzval G3 group present in the optical system of the present invention is able to manage the task of transmitting the optical rays from the field lens IV to the focal plane 14 avoiding a dangerous decoupling between the pupil of the telescope and the pupil of the Petzval and also of avoiding the materialization of the exit pupil of the instrument on the lenses of the image objective. In fact, the Petzval group naturally presents the position of the entrance pupil on its front lens. The telescope with Wynne corrector is designed to present its exit pupil in the region where the Petzval group is placed, thus obtaining a perfect match between the telescope's exit pupil and the Petzval group's entry pupil.

Un altro vantaggio dello strumento è che l’ aberrazione cromatica risulta contenuta entro i valori diffrazionali alle lunghezze focali lunghe. Another advantage of the instrument is that the chromatic aberration is contained within the diffrational values at long focal lengths.

È chiaro, comunque, che al sistema ottico sopra descritto possono essere apportate modifiche e varianti realizzative possono essere previste, senza per questo uscire dall’ ambito della presente invenzione. It is clear, however, that modifications and construction variations can be made to the optical system described above, without departing from the scope of the present invention.

In particolare, secondo una forma preferita di realizzazione dell’ invenzione, descritta nel seguito con riferimento alle figure da 3 a 7, un sistema ottico 10 come sopra descritto rappresenta uno dei canali, di un telescopio catadiottrico a 4 canali, 100. In particular, according to a preferred embodiment of the invention, described below with reference to figures 3 to 7, an optical system 10 as described above represents one of the channels of a 4-channel catadioptric telescope, 100.

In fig. 3 è mostrata una schematica vista frontale del telescopio 100, che evidenzia la presenza dei 4 canali di uscita disposti ad angoli di 90° l’ uno dall’ altro intorno all’ asse del gruppo newtoniano costituito dallo specchio primario M1 e dallo specchio secondario M2. Intorno alla suddetta vista frontale sono presentate, parziali viste laterali in sezione, dedicate a mostrare in vista laterale i quattro canali di uscita. In questa specifica forma realizzativa, i quattro canali di uscita del telescopio newtoniano formano: un telescopio con funzionalità di zoom per lunghezze d’ onda nell’ intervallo del visibile, corrispondente al sistema ottico 10 precedentemente descritto; un telescopio con funzionalità di zoom per lunghezze d’ onda nell’ infrarosso, 20, strutturalmente analogo al precedente; un telescopio a lunghezza focale fissa per visione diurna, 30; ed un telescopio a lunghezza focale fissa per visione notturna, 40. In fig. 3 shows a schematic front view of the telescope 100, which highlights the presence of the 4 output channels arranged at angles of 90 ° from each other around the axis of the Newtonian group consisting of the primary mirror M1 and the secondary mirror M2. Around the aforementioned front view there are partial side views in section, dedicated to showing the four outlet channels in side view. In this specific embodiment, the four output channels of the Newtonian telescope form: a telescope with zoom functionality for wavelengths in the visible range, corresponding to the optical system 10 previously described; a telescope with zoom functionality for infrared wavelengths, 20, structurally similar to the previous one; a fixed focal length telescope for daytime viewing, 30; and a fixed focal length telescope for night vision, 40.

Con riferimento a fig. 4, la commutazione tra i canali 10, 2030 e 40 avviene grazie ad un dispositivo meccanico di supporto e movimentazione, 15, che consente di ruotare lo specchio secondario piano M2 intorno all’ asse ottico dello specchio primario parabolico M1. Il dispositivo di supporto e movimentazione 15 è provvisto di un motore passo-passo, 16, che consente di ottenere un’ accuratezza di posizionamento dell’ ordine di arcosecondi. Inoltre, il dispositivo di supporto e movimentazione 15 comprende un anello di supporto sferico, 18, che consente di regolare l’ orientamento dello specchio secondario M2 durante una fase di calibrazione iniziale del telescopio. With reference to fig. 4, the switching between channels 10, 2030 and 40 takes place thanks to a mechanical support and movement device, 15, which allows you to rotate the flat secondary mirror M2 around the optical axis of the parabolic primary mirror M1. The support and movement device 15 is equipped with a stepping motor, 16, which allows to obtain a positioning accuracy of the order of arc seconds. In addition, the support and movement device 15 includes a spherical support ring, 18, which allows you to adjust the orientation of the secondary mirror M2 during an initial calibration phase of the telescope.

Secondo la forma realizzativa preferita dell’ invenzione un sistema ottico di un secondo canale, 20 ha una configurazione ottica identica a quella del primo sistema ottico 10 in quanto oltre a condividerne lo specchio primario M1 e lo specchio secondario M2 ha la stessa architettura anche dei restanti gruppi ottici G2 e G3. Le uniche differenze tra il canale 10 e il canale 20 sono individuabili nei trattamenti anti-riflesso delle lenti costituenti il correttore di Wynne G2 ed il gruppo Petzval modificato G3. In questo caso, i trattamenti anti-riflesso sono idonei per lunghezze d’ onda nell’ intervallo tra 900nm e 1600nm. Inoltre, ovviamente, anche il filtro passa banda XI sarà del tipo in grado di lasciar passare lunghezze d’ onda appartenenti al suddetto spettro. According to the preferred embodiment of the invention, an optical system of a second channel 20 has an optical configuration identical to that of the first optical system 10 since in addition to sharing the primary mirror M1 and the secondary mirror M2, it also has the same architecture as the remaining ones. optical groups G2 and G3. The only differences between channel 10 and channel 20 can be identified in the anti-reflection treatments of the lenses making up the Wynne G2 corrector and the modified Petzval group G3. In this case, the anti-reflection treatments are suitable for wavelengths in the range between 900nm and 1600nm. In addition, obviously, the XI band pass filter will also be of the type capable of letting wavelengths belonging to the aforementioned spectrum pass.

Grazie alla presenza di due distinti canali dalla struttura ottica identica il telescopio dell’ invenzione è in grado di fornire funzionalità di zoom sia nello spettro del visibile (da 400nm a 900nm) sia nello spettro infrarosso (da 900nm a 1600nm). Le strutture ottiche sono molto semplici ed impiegano lenti la cui realizzazione è relativamente economica rispetto ad altri sistemi ottici in grado di fornire qualità di immagine paragonabili. Anche se per coprire l’ intero spettro da 400nm a 1600nm sono necessari due canali distinti, la realizzazione su scala industriale ha costi comunque ridotti in quanto i due canali sono costruttivamente identici e differiscono solo per il trattamento antiriflesso superficiale delle lenti. Thanks to the presence of two distinct channels with an identical optical structure, the telescope of the invention is able to provide zoom functionality both in the visible spectrum (from 400nm to 900nm) and in the infrared spectrum (from 900nm to 1600nm). The optical structures are very simple and employ lenses which are relatively inexpensive to manufacture compared to other optical systems capable of providing comparable image quality. Although two distinct channels are required to cover the entire spectrum from 400nm to 1600nm, the realization on an industrial scale has however reduced costs as the two channels are constructively identical and differ only in the surface anti-reflective treatment of the lenses.

Nonostante, come sopra descritto, la realizzazione di due canali sostanzialmente identici presenti indubbi vantaggi, varianti realizzative di un sistema ottico ed un telescopio secondo l’ invenzione possono certamente prevedere gruppi ottici diversi per i due canali 10 e 20. Despite, as described above, the realization of two substantially identical channels presents undoubted advantages, constructional variants of an optical system and a telescope according to the invention can certainly provide different optical groups for the two channels 10 and 20.

Nelle figure 5 e 6 sono mostrate varianti realizzative del gruppo Petzval modificato G3, particolarmente idonee per lo spettro da 400nm a 900nm e per lo spettro da 900nm a 1600nm rispettivamente. Specifiche costruttive dei due gruppi ottici sono fornite nelle tabelle delle figure rispettivamente 10 e 11. Figures 5 and 6 show embodiments of the modified Petzval group G3, particularly suitable for the spectrum from 400nm to 900nm and for the spectrum from 900nm to 1600nm respectively. Construction specifications of the two optical groups are provided in the tables of figures 10 and 11 respectively.

Con riferimento a fig.7, il terzo canale 30 del telescopio catadiottrico 100 ha lunghezza focale fissa ed è dedicato alla normale visione diurna. All’ uscita ottica del corpo principale del telescopio è montato un correttore di Wynne, G2, dalla struttura ottica identica a quella vista per i precedenti canali. Il correttore di Wynne G2 è in grado di far arrivare al piano focale, 11, immagini corrette e di alta qualità in uno spettro molto ampio da 400nm a 1600nm. L’ aberrazione cromatica longitudinale è di poche decine di micron, su tutto lo spettro. L’ immagine sul piano focale 11 può essere osservata tramite mezzi di creazione dell’ immagine quali un oculare o un sensore digitale. L’ acquisizione dell’ immagine tramite sensore digitale permette di apprezzare l’ elevata uniformità di distribuzione della luce. Sperimentazioni hanno evidenziato una distorsione geometrica massima dello 0,3%, con errore teorico del fronte d’ onda alla lunghezza d’ onda di He-Ne pari a 0,0125 onde PtV e 0,003 onde RMS a piena apertura di 500mm. With reference to fig. 7, the third channel 30 of the catadioptric telescope 100 has a fixed focal length and is dedicated to normal daytime vision. A Wynne corrector, G2, with an optical structure identical to that seen for the previous channels, is mounted at the optical output of the main body of the telescope. The Wynne G2 corrector is able to get the focal plane, 11, correct and high quality images in a very wide spectrum from 400nm to 1600nm. The longitudinal chromatic aberration is a few tens of microns, over the entire spectrum. The image on the focal plane 11 can be observed by means of image creation such as an eyepiece or a digital sensor. The acquisition of the image via a digital sensor allows you to appreciate the high uniformity of light distribution. Experiments have shown a maximum geometric distortion of 0.3%, with a theoretical error of the wave front at the He-Ne wavelength equal to 0.0125 PtV waves and 0.003 RMS waves at full aperture of 500mm.

Con riferimento a fig. 8, il quarto canale 40 del telescopio catadiottrico 100 ha anch’ esso lunghezza focale fissa ed è dedicato alla visione notturna. All’ uscita ottica del corpo principale del telescopio è montato un correttore di Wynne, G2’ , il quale è accoppiato con un trasporto di immagine, 41, con rapporto di ingrandimento 0,7x che, riducendo la lunghezza focale del telescopio, permette di coniugare immagini sul piano focale di un intensificatore di luce, 42, permettendo la visione notturna tramite un oculare, 43. With reference to fig. 8, the fourth channel 40 of the catadioptric telescope 100 also has a fixed focal length and is dedicated to night vision. At the optical output of the main body of the telescope there is a Wynne corrector, G2 ', which is coupled with an image transport, 41, with a magnification ratio of 0.7x which, by reducing the focal length of the telescope, allows to combine focal plane images of a light intensifier, 42, allowing night vision through an eyepiece, 43.

Il telescopio catadiottrico 100 sopra descritto ha costi costruttivi relativamente bassi in quanto tutti i gruppi ottici impiegati sono di semplice realizzazione e comprende numerose funzionalità che rendono lo strumento particolarmente flessibile nell’ utilizzo. Un telescopio catadiottrico del tipo sopra descritto risulta particolarmente idoneo ad essere utilizzato nell’ ambito della sicurezza terrestre in quanto oltre ad avere una elevata qualità delle immagini permette di variare la lunghezza focale e di mettere a fuoco fino a distanze minime di circa 50 metri. Oltre a ciò, anche le funzionalità di visione sia diurna che notturna lo rendono particolarmente idoneo per gli scopi suddetti. The catadioptric telescope 100 described above has relatively low construction costs since all the optical groups used are simple to manufacture and includes numerous features that make the instrument particularly flexible in use. A catadioptric telescope of the type described above is particularly suitable for use in the field of terrestrial security as in addition to having a high image quality, it allows you to vary the focal length and focus up to minimum distances of about 50 meters. In addition to this, the day and night vision features also make it particularly suitable for the aforementioned purposes.

Ovviamente, oltre a quelle sopra descritte, ulteriori varianti o modifiche potrebbero essere apportate ad un sistema ottico secondo l’ invenzione, pur sempre rimanendo all’ interno dell’ ambito di protezione definito dalle rivendicazioni seguenti. Obviously, in addition to those described above, further variations or modifications could be made to an optical system according to the invention, while still remaining within the scope of protection defined by the following claims.

Claims

CLAIMS Variable focal length catadioptric system comprising a Newtonian optical group (G1) consisting of a parabolic primary mirror (M1) and a flat secondary mirror (M2) oriented at 45 °, and a Wynne corrector (G2), characterized by the fact to comprise: a field diaphragm (13) located in correspondence with a focal plane (11) of said Wynne corrector (G2); a field lens (IV) located after said Wynne corrector (G2) and before the relative focal plane (11); and a Petzval type optical group (G3) located after said field diaphragm (13), said Petzval optical group (G3) being movable along the optical axis to vary the focal length of the optical system. Variable focal length retro-reflecting optical system according to claim 1 characterized by the fact that in said Wynne corrector (G2) there is included a plane folding mirror (12) oriented at 45 ° which allows to have an output of the light beam parallel to the direction of the entry beam in said Newtonian optical group (G1). Optical system according to claim 1 or 2 characterized by the fact of constituting a first channel (10) of a catadioptric telescope (100) with several channels (10, 20, 30, 40) having in common said Newtonian optical group (G1), called catadioptric telescope (100) being provided with a mechanical support and movement device (15) suitable for rotating said plane secondary mirror (M2) around the optical axis of said parabolic primary mirror (M1) to selectively activate said channels. Optical system according to the previous claim characterized in that said catadioptric telescope (100) comprises a further optical system according to claim 1 or 2 which constitutes a second channel (20) of said telescope, said first channel (10) being optimized for lengths d wave between 400nm and 900nm, said second channel (20) being optimized for wavelengths between 900nm and 1600nm. Optical system according to the preceding claim characterized in that said first channel (10) and said second channel (20) have an identical optical configuration and differ only in the anti-reflection treatment of the relative lenses. Optical system according to claim 4 or 5, characterized by the fact that said retro-reflecting telescope (100) comprises a further channel (30) with fixed focal length comprising said Wynne corrector (G2) in correspondence of whose focal plane (11) means of creation of the image. Optical system according to claim 4 or 5 characterized in that said retro-reflecting telescope (100) comprises a further channel (40) with fixed focal length comprising a Wynne corrector (G2 ') coupled with an optical image transport unit (41 ) with focal plane on a light intensifier (42) dedicated to night vision. Optical system according to claim 3 or following, characterized by the fact that said catadioptric telescope (100) has four channels (10, 20, 30, 40) arranged at 90 ° with respect to each other around the optical axis of said optical group Newtonian (G1). CLAIMS Catadioptric optical system with variable focal length comprising a Newtonian optical group (G1) made of a primary parabolic mirror (M1) and a secondary flat mirror (M2) tilted at 45 °, and a Wynne corrector (G2), characterized in that it comprises : a field stop (13) positioned at a focal plane (11) of said Wynne corrector (G2); a collective or field lens (IV) positioned after said Wynne corrector (G2) and before its focal plane (11); and a Petzval type lens group (G3) placed after said field stop (13), said Petzval type lens group (G3) being movable along the optical axis for changing the focal length of the optical system. Catadioptric optical system with variable focal length according to claim 1 characterized in that said Wynne corrector comprises a flat folding mirror (12) tilted at 45 ° allowing for an exiting optical axis parallel with regard to the entrance optical axis of the Newtonian group (G1) . Catadioptric optical system according to claim 1 or 2 characterized in that it is a first channel (10) of a multi-channel catadioptric telescope (100), the channels (10, 20, 30, 40) sharing said Newtonian optical group (G1) , said catadioptric telescope (100) providing mechanical device (15) for supporting and rotating said secondary flat mirror (M2) about the optical axis of said primary parabolic mirror (M1) in order to selectively activate said channels. Catadioptric optical system according to the previous claim characterized in that said catadioptric telescope (100) comprises a further optical system according to claim 1 or 2 which is a second channel (20) of the telescope, said first channel (10) being set up for the wavelength 400-900nm, said second channel (20) being set up for the wavelength range 900-1600nm. Catadioptric optical system according to the previous claim characterized in that said first channel (10) and second channel (20) have the same optical set up and they differ only for the antireflective coating of the lenses. Catadioptric optical system according to claim 4 or 5 characterized in that said catadioptric telescope (100) comprises a further channel (30) with fixed focal length comprising said Wynne corrector (G2) at whose focal plane (11) are provided image generation means. Catadioptric optical system according to claim 4 or 5 characterized in that said catadioptric telescope (100) comprises a further channel (40) with fixed focal length comprising a Wynne corrector (G2 ') coupled to a relay optical group (41) focused onto an image intensifier (41) dedicated to night vision. Catadioptric optical system according to claim 3 or followings characterized in that said catadioptric telescope (100) has for channels (10, 20, 30, 40) arranged at 90 ° from each other about the optical axis of said Newtonian optical group (G1).