RU162010U1 - OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D - Google Patents
OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D Download PDFInfo
- Publication number
- RU162010U1 RU162010U1 RU2015124831/28U RU2015124831U RU162010U1 RU 162010 U1 RU162010 U1 RU 162010U1 RU 2015124831/28 U RU2015124831/28 U RU 2015124831/28U RU 2015124831 U RU2015124831 U RU 2015124831U RU 162010 U1 RU162010 U1 RU 162010U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- corrector
- optical
- concave
- compensating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0808—Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Оптическая система широкоугольного телескопа, содержащая установленный по ходу луча трехлинзовый корректор, состоящий из двояковыпуклой положительной, двояковогнутой отрицательной и вогнуто-выпуклой отрицательной сферических линз, находящихся на расстоянии друг от друга, главное вогнутое сферическое зеркало и вторичное сферическое зеркало, нанесенное на заднюю поверхность вогнуто-выпуклой отрицательной линзы входного корректора, две компенсирующие внеосевые аберрации сферические линзы, расположенные на расстоянии друг от друга, причем оптические элементы трехлинзового корректора и первая по ходу луча компенсирующая линза выполнены из одинакового оптического материала типа «крон» с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии v для длины волны 587.6 нм, удовлетворяющими следующим условиям: n=1.516±0.001, v=63.8±0.1, а вторая компенсирующая линза - из оптического материала типа «флинт» со значениями показателя преломления и коэффициента дисперсии для той же длины волны, удовлетворяющими следующим условиям: n=1.613±0.001, v=36.9±0.2, окно детектора из плавленого кварца, и находящийся в фокусе плоский детектор.The optical system of a wide-angle telescope containing a three-lens corrector mounted along the beam, consisting of a biconvex positive, biconcave negative and concave-convex negative spherical lenses located at a distance from each other, the main concave spherical mirror and the secondary spherical mirror deposited on the back surface are concave convex negative input corrector lenses, two spherical lenses compensating off-axis aberrations located at a distance from each other, moreover, the optical elements of the three-lens corrector and the first compensating lens along the beam are made of the same optical material of the “crown” type with a refractive index n and a dispersion coefficient v for a wavelength of 587.6 nm, satisfying the following conditions: n = 1.516 ± 0.001, v = 63.8 ± 0.1 and the second compensating lens is made of flint-type optical material with refractive index and dispersion coefficient values for the same wavelength that satisfy the following conditions: n = 1.613 ± 0.001, v = 36.9 ± 0.2, fused silica detector window, and schiysya focus flat detector.
Description
Настоящее техническое решение относится к области астрономических приборов и может быть использовано для создания обзорных телескопов, служащих для мониторинга околоземных объектов искусственного и естественного происхождения, обнаружения сверхновых и переменных звезд, ряда других важных астрономических задач, требующих частого обновления информации для широких наблюдательных областей.This technical solution relates to the field of astronomical instruments and can be used to create observational telescopes used to monitor near-Earth objects of artificial and natural origin, to detect supernovae and variable stars, and a number of other important astronomical tasks that require frequent updating of information for wide observational areas.
Современные оптические телескопы позволяют получить более детальные изображения объектов, чем их предшественники, в частности, преодолен «атмосферный барьер» качества изображений. Класс широкоугольных оптических телескопов, обеспечивающих качество изображений не хуже одной угловой секунды в пределах поля зрения не менее одного углового градуса, предназначен для обнаружения на небе объектов переменной яркости и проведения обзорных работ. Из предшествующего уровня техники известен ряд оптических схем, из которых наиболее высокой эффективностью для задач обзорного характера обладают зеркально-линзовые (катадиоптрические) системы, такие как, камера Шмидта, система Максутова, схема Рихтера-Слефогта. Поскольку хроматическая аберрация быстро увеличивается с ростом оптической силы линз, желательно, чтобы линзовая составляющая была как можно ближе к афокальной системе, то есть имела как можно большее эффективное фокусное расстояние. Таким образом, силовые функции желательно возлагать на зеркальные элементы, тогда как основное назначение близкой к афокальной линзовой оптики - устранить монохроматические аберрации системы, по возможности не внося собственного хроматизма. Известна следующая этому требованию схема Хогтона (Haughton J.L. 1944, U.S. Patent 2,350,112), представляющие собой модификацию схемы Шмидта. Эти схема включают сферическое зеркало и полноапертурный трехлинзовый корректор, представляющий собой комбинацию из положительной и двух отрицательных тонких линз, суммарная оптическая сила которых равна нулю, используемый для компенсации некоторых аберраций и обеспечивающий возможность увеличения заднего отрезка (расстояния от последней оптической поверхности до приемника излучения, back focal length, BFL). Эта система, однако, не является в достаточной мере широкоугольной из-за хроматизма увеличения при больших полевых углах, обусловленного зависимостью коэффициента увеличения системы от длины волны.Modern optical telescopes make it possible to obtain more detailed images of objects than their predecessors, in particular, the “atmospheric barrier” of image quality is overcome. A class of wide-angle optical telescopes that provide image quality no worse than one second of arc within the field of view of at least one angle of degree is designed to detect objects of variable brightness in the sky and conduct survey work. A number of optical schemes are known from the prior art, of which the mirror-catadioptric systems, such as the Schmidt camera, the Maksutov system, and the Richter-Slefogt scheme, are most effective for surveillance tasks. Since chromatic aberration increases rapidly with increasing optical power of the lenses, it is desirable that the lens component be as close to the afocal system as possible, that is, have the largest effective focal length. Thus, it is desirable to assign power functions to mirror elements, while the main purpose of close to afocal lens optics is to eliminate monochromatic aberrations of the system, if possible without introducing intrinsic chromatism. The following Hogton scheme is known (Haughton J.L. 1944, U.S. Patent 2,350,112), which is a modification of the Schmidt scheme. These schemes include a spherical mirror and a full-aperture three-lens corrector, which is a combination of positive and two negative thin lenses, the total optical power of which is zero, used to compensate for some aberrations and providing the possibility of increasing the back segment (distance from the last optical surface to the radiation receiver, back focal length, BFL). This system, however, is not sufficiently wide-angle due to the chromatism of the increase at large field angles, due to the dependence of the coefficient of increase of the system on the wavelength.
Из известных модификаций системы Шмидта-Хогтона наиболее удачной следует, по-видимому, признать систему Лайкина (Milton Laikin, "Lens Design", Second edition, Marcel Dekker, Inc., New York, 1995, pp. 181-182), включающую в себя входной трехлинзовый корректор с линзами, расположенными на расстоянии друг от друга, вторичное зеркало, размещенное на задней поверхности третьей линзы входного корректора, а также корректирующие сферические линзы, расположенные рядом с фокальной плоскостью, и обеспечивающую угловой диаметр плоского поля зрения до 9° при диаметре зеркала 206.5 мм и фокусном расстоянии 254 мм. При этом все линзы в оптической схеме Лайкина имеют сферические поверхности и сделаны из одного типа стекла. К слабым местам схемы следует отнести недостаточную длину заднего отрезка (5 мм), затрудняющую размещение детектора излучения, и невысокое качество изображения (среднеквадратический размер изображения звезды в спектральном диапазоне 0.486-0.656 мкм составляет 19-39 мкм, или 14-32 угловых секунды).From the well-known modifications of the Schmidt-Hogton system, the most successful one, apparently, is the Laikin system (Milton Laikin, "Lens Design", Second edition, Marcel Dekker, Inc., New York, 1995, pp. 181-182), including an input three-lens corrector with lenses located at a distance from each other, a secondary mirror located on the rear surface of the third lens of the input corrector, as well as correcting spherical lenses located next to the focal plane, and providing an angular diameter of a flat field of view of up to 9 ° with a diameter 206.5 mm mirrors and focal distance of 254 mm. In this case, all the lenses in the optical scheme of Laikin have spherical surfaces and are made of one type of glass. The weak points of the scheme include the insufficient length of the posterior segment (5 mm), which impedes the placement of the radiation detector, and the low image quality (the rms image size in the spectral range of 0.486-0.656 μm is 19-39 μm, or 14-32 arc seconds).
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в усовершенствовании оптической схемы Лайкина для получения более высокого качества изображений и оптимизации длины заднего отрезка.The problem to which the claimed technical solution is directed is to improve the optical design of Laykin to obtain higher quality images and optimize the length of the back section.
Данный результат достигается за счет нахождения оптимальных значений радиусов кривизны и толщин всех линз и расстояний между ними, в частности, за счет замены первой по ходу луча плоско-выпуклой положительной линзы входного корректора на двояковыпуклую, второй вогнуто-выпуклой отрицательной линзы на двояковогнутую, а также за счет изготовления двух малых линз выходного корректора из разных сортов оптического стекла и размещения их не вплотную, а на расстоянии друг от друга, что позволяет фактически найти теоретически наилучшее решение для систем Шмидта-Хогтона. Оптические элементы трехлинзового корректора и первая по ходу луча компенсирующая линза выполняются из одинакового оптического материала типа «крон» с показателем преломления n и коэффициентом дисперсии v, удовлетворяющими следующим условиям: n=1.516±0.001, v=63.8±0.1, а вторая компенсирующая линза - из оптического материала типа «флинт» со значениями показателя преломления и коэффициента дисперсии, удовлетворяющими следующим условиям: n=1.613±0.001, v=36.9±0.2. Эти изменения позволяют улучшить среднеквадратический диаметр изображений звезд по полю зрения до 5-6 мкм (2.4-3.1 угловых секунды) при диаметре 250 мм и фокусном расстоянии 395 мм. При этом угловой диаметр плоского поля зрения увеличивается до 10°, рабочий спектральный диапазон схемы расширяется до 0.450-0.850 мкм, а длина заднего отрезка увеличивается до 40 мм, что очень важно в технологическом и эксплуатационном отношениях. Оптическая система реализуется при использовании сферических оптических поверхностей и типов оптического стекла, рекомендованных ГОСТ к оптическому производству. Рассчитана версия оптической схемы с использованием оптических элементов из стекла каталога Лыткаринского завода оптического стекла (ЛЗОС), - базового К8 и стекла Ф1, входящего в группу предпочтительных типов. В других каталогах стекол, используемых в телескопостроении, в частности, в ассортименте стекол фирм Ohara и Schott, имеются сорта, практически идентичные К8 и Ф1, благодаря чему параметры системы V-78d мало изменятся при замене сортов ЛЗОС этими близкими аналогами. В качестве материала окна детектора обычно применяется плавленый кварц; при расчетах подразумевался материал Fused Silica каталогов MISC или INFRARED компании ZEMAX. Однако, поскольку окно детектора имеет нулевую оптическую силу, его положение, толщина и материал могут заметно изменяться без ухудшения качества изображений, что потребует лишь коррекции фокусировки. Базовая оптическая схема не включает в себя внешнюю бленду, форму которой можно изменять в зависимости от задачи наблюдений и применяемого детектора, и которую поэтому предполагается делать съемной.This result is achieved by finding the optimal values of the radii of curvature and thicknesses of all lenses and the distances between them, in particular, by replacing the first in the direction of the plane convex positive lens of the input corrector with a biconvex, the second concave-convex negative lens with a biconcave, and also due to the manufacture of two small lenses of the output corrector from different grades of optical glass and their placement not closely, but at a distance from each other, which actually allows finding the theoretically best solution for Schmidt-Hogton systems. The optical elements of the three-lens corrector and the first compensating lens along the beam are made of the same optical material of the “crown” type with a refractive index n and a dispersion coefficient v satisfying the following conditions: n = 1.516 ± 0.001, v = 63.8 ± 0.1, and the second compensating lens from flint-type optical material with refractive index and dispersion coefficient values satisfying the following conditions: n = 1.613 ± 0.001, v = 36.9 ± 0.2. These changes allow us to improve the rms diameter of the images of stars in the field of view up to 5-6 microns (2.4-3.1 arc seconds) with a diameter of 250 mm and a focal length of 395 mm. In this case, the angular diameter of the planar field of view increases to 10 °, the working spectral range of the circuit expands to 0.450-0.850 μm, and the length of the rear segment increases to 40 mm, which is very important in technological and operational terms. The optical system is implemented using spherical optical surfaces and types of optical glass recommended by GOST for optical production. A version of the optical scheme using optical elements from the catalog glass of the Lytkarino Optical Glass Plant (LZOS), basic K8 and glass F1, which is part of the group of preferred types, was calculated. Other glass catalogs used in telescope engineering, in particular, the Ohara and Schott glass assortment, have varieties that are almost identical to K8 and F1, due to which the parameters of the V-78d system will not change much when replacing VLOS varieties with these close analogues. The material of the detector window is usually fused silica; the calculations were based on Fused Silica material from the ZEMAX MISC or INFRARED catalogs. However, since the detector window has zero optical power, its position, thickness, and material can noticeably change without compromising image quality, which only requires focus correction. The basic optical scheme does not include an external hood, the shape of which can be changed depending on the observation task and the detector used, and which is therefore supposed to be removable.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение качества звездных изображений в 6-10 раз относительно ближайшего аналога (оптическая система Лайкина), увеличение апертуры и поля зрения телескопа более чем на 20%, расширение спектрального диапазона более чем в два раза и увеличение заднего отрезка, позволяющее беспрепятственно устанавливать детектор излучения при эксплуатации телескопа.The technical result provided by the given set of features is to increase the quality of stellar images by 6-10 times relative to the closest analogue (Laikin optical system), increase the aperture and field of view of the telescope by more than 20%, expand the spectral range by more than two times and increase the back section, allowing you to freely install the radiation detector during operation of the telescope.
Оптическая система VT-78d разработана в рамках выполнения прикладных научных исследований по теме: «Создание системы мониторинга околоземных объектов и предупреждения космических угроз на основе нового кластера широкоугольных телескопов» в рамках Программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы", уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI60414X0099, Соглашение о предоставлении субсидии 14.604.21.0099.The VT-78d optical system was developed as part of applied research on the topic: “Creating a system for monitoring near-Earth objects and preventing space threats based on a new cluster of wide-angle telescopes” under the Program “Research and Development in Priority Directions for the Development of the Russian Science and Technology Complex for 2014 -2020 years, "unique identifier of applied research (project) RFMEFI60414X0099, Agreement on the provision of subsidies 14.604.21.0099.
Параметры оптической системы VT-78d сведены в таблицу 1. Результирующие общие характеристики телескопа представлены в таблице 2.The parameters of the VT-78d optical system are summarized in table 1. The resulting general characteristics of the telescope are presented in table 2.
Предложенная полезная модель иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed utility model is illustrated by the following graphic materials:
Фиг. 1 - Оптическая схема системы VT-78d.FIG. 1 - Optical design of the VT-78d system.
Фиг. 2 - Точечные диаграммы телескопа VT-78d в интегральном свете.FIG. 2 - Scatter plots of the VT-78d telescope in integrated light.
Фиг. 3 -Интегральное распределение энергии в изображении точечного источника для значений полевого угла 0; 1.0°; 2.0°; 3.0°; 4.0°; 5.0°. Вверху каждого квадрата указан полевой угол точечного источника, внизу - координаты изображения на детекторе. Сторона квадрата соответствует 12 мкм (2.9′′).FIG. 3 - Integral energy distribution in the image of a point source for field angle values of 0; 1.0 °; 2.0 °; 3.0 °; 4.0 °; 5.0 °. At the top of each square is the field angle of the point source, and at the bottom are the coordinates of the image on the detector. The side of the square corresponds to 12 μm (2.9 ″).
На Фиг. 1 изображена предлагаемая базовая оптическая система широкоугольного телескопа VT-78e, содержащая установленный по ходу луча трехлинзовый корректор, состоящий из двояковыпуклой положительной (поверхности 1, 2), двояковогнутой отрицательной (3, 4) и вогнуто-выпуклой отрицательной (5, 6) сферических линз, находящихся на расстоянии друг от друга, главное вогнутое сферическое зеркало (9) и вторичное сферическое зеркало (10), нанесенное на заднюю поверхность (6) вогнуто-выпуклой отрицательной линзы входного корректора. Задняя сторона зеркала (10) представляет собой экран (7). Две компенсирующие внеосевые аберрации сферические линзы расположены на расстоянии друг от друга, причем оптические элементы трехлинзового корректора и первая по ходу луча компенсирующая линза (поверхности 11, 12) выполнены из одинакового оптического материала типа «крон» (в таблице 1 -оптическое стекло LZ_K8), а вторая компенсирующая линза (поверхности 13, 14) - из оптического материала типа «флинт» (в таблице 1 - оптическое стекло LZ_F1). Далее по ходу лучей располагается окно детектора из плавленого кварца (поверхности 15, 16), и находящийся в фокусе плоский детектор (17).In FIG. 1 shows the proposed basic optical system of the VT-78e wide-angle telescope, containing a three-lens corrector installed along the beam, consisting of a biconvex positive (
ЛИТЕРАТУРА.LITERATURE.
Haughton J.L. 1944, U.S. Patent 2,350,112Haughton J.L. 1944, U.S. Patent 2,350,112
Milton Laikin, "Lens Design", Second edition, Marcel Dekker, Inc., New York, 1995Milton Laikin, "Lens Design", Second edition, Marcel Dekker, Inc., New York, 1995
В.Ю. Теребиж, «Современные оптические телескопы». М.: Физматлит, 2005.V.Yu. Terebizh, "Modern optical telescopes." M .: Fizmatlit, 2005.
V. Terebizh, "New designs of survey telescopes", 2011, Astronomische Nachrichten 332, iss. 7, p. 714.V. Terebizh, "New designs of survey telescopes", 2011, Astronomische Nachrichten 332, iss. 7, p. 714.
Емельяненко В.В., и др., Отчет о прикладных научных исследованиях «Создание системы мониторинга околоземных объектов и предупреждения космических угроз на основе нового кластера широкоугольных телескопов. Теоретические исследования поставленных перед ПНИ задач. Промежуточный отчет (Этап 2)». М.: Институт астрономии РАН, 2015Emelianenko VV, et al., Report on Applied Scientific Research “Creating a system for monitoring near-Earth objects and preventing space threats based on a new cluster of wide-angle telescopes. Theoretical studies of tasks assigned to PNI. Interim Report (Step 2). ” M .: Institute of Astronomy RAS, 2015
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015124831/28U RU162010U1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015124831/28U RU162010U1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU162010U1 true RU162010U1 (en) | 2016-05-20 |
Family
ID=56012560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015124831/28U RU162010U1 (en) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU162010U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106646848A (en) * | 2017-01-18 | 2017-05-10 | 南通斯密特森光电科技有限公司 | Adjustment mechanism for secondary lens group of astronomical telescope |
-
2015
- 2015-06-25 RU RU2015124831/28U patent/RU162010U1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106646848A (en) * | 2017-01-18 | 2017-05-10 | 南通斯密特森光电科技有限公司 | Adjustment mechanism for secondary lens group of astronomical telescope |
CN106646848B (en) * | 2017-01-18 | 2023-08-22 | 南通斯密特森光电科技有限公司 | Adjusting mechanism of secondary lens group of astronomical telescope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20160137830A (en) | Wide Viewing Athermalized Infrared Lens Module | |
RU156006U1 (en) | ATHERMALIZED LENS FOR IR SPECTRUM | |
RU2443005C2 (en) | Catadioptric telescope | |
RU2365952C1 (en) | Infrared objective | |
RU2475788C1 (en) | Catadioptric telescope | |
US3524698A (en) | Anastigmatic wide-field cassegrain system | |
RU162010U1 (en) | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D | |
US2327947A (en) | Optical objective | |
RU163268U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
RU162339U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
RU162318U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
CN210072199U (en) | Eyepiece of handheld infrared observation appearance of non-refrigeration type | |
RU132572U1 (en) | MIRROR LENS LENS | |
RU162347U1 (en) | LIGHT ACHROMATIC LENS LENS OF INFRARED RANGE | |
RU2415451C1 (en) | Reflector lens | |
RU152320U1 (en) | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E | |
RU2652660C1 (en) | Eyepiece with increased eye relief of the exit pupil | |
RU2672703C1 (en) | Two-channel mirror-lens system | |
RU2650055C1 (en) | Catadioptric telescope | |
RU2646405C1 (en) | Infrared mirror-lens system | |
RU2670237C1 (en) | Reflector lens | |
RU127949U1 (en) | MIRROR LENS VARIO LENS | |
RU2798769C1 (en) | Mirror-lens telescope lens for a micro-class spacecraft | |
RU2560748C1 (en) | Large aperture optical system | |
KR101730030B1 (en) | Infrared Lens Module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB1K | Licence on use of utility model |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170214 |