RU2010272C1 - Reflecting lens of telescope - Google Patents

Reflecting lens of telescope Download PDF

Info

Publication number
RU2010272C1
RU2010272C1 SU5036014A RU2010272C1 RU 2010272 C1 RU2010272 C1 RU 2010272C1 SU 5036014 A SU5036014 A SU 5036014A RU 2010272 C1 RU2010272 C1 RU 2010272C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mirror
lens
primary
optical power
reflector
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Л.г. Кочетова
Л.П. Крупнова
Г.И. Лебедева
Э.А. Лустберг
С.В. Любарский
Original Assignee
Лустберг Эрик Антонович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Лустберг Эрик Антонович filed Critical Лустберг Эрик Антонович
Priority to SU5036014 priority Critical patent/RU2010272C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2010272C1 publication Critical patent/RU2010272C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of telescopes. SUBSTANCE: telescope lens includes primary concave and secondary convex spherical reflectors and third concave reflector which surface is deposited on backing common with primary one. In this case group including primary and secondary reflectors is imparted with negative optical power. Third reflector is imparted with optical power 1.5-2 times exceeding optical power of primary reflector which is given shape of hyperboloid with retouched surface. Surface of third reflector may also be retouched and aperture diaphragm may be integrated with secondary reflector. EFFECT: improved stability of operational characteristics. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к зеркальным объективам, и может быть использовано при создании телескопов, когда предъявляются требования обеспечения в жестких эксплуатационных условиях хорошего качества изображения в широкой спектральной области на поле величиной в несколько градусов, при высоких относительных отверстиях. The invention relates to optical instrumentation, namely to mirror lenses, and can be used to create telescopes when the requirements are to ensure good operating conditions in a wide spectral region of a few degrees at high relative apertures under high operating conditions.

Известны трехзеркальные объективы, построенные по оптической схеме Пауля [1] . Known three-mirror lenses, constructed according to the optical scheme of Paul [1].

Объектив по схеме Пауля может иметь сравнительно высокое значение относительного отверстия (А= 1: 3-1: 4), но из-за неисправленной кривизны изображения не может обеспечить хорошее качество на плоском поле, превосходящем несколько десятков минут. The lens according to the Paul scheme can have a relatively high value of the relative aperture (A = 1: 3-1: 4), but because of the uncorrected curvature of the image, it cannot provide good quality on a flat field exceeding several tens of minutes.

Известный трехзеркальный объектив Рамзеля [2] , являющийся наиболее близким к заявленному решению, состоит из первичного вогнутого, вторичного выпуклого и третьего вогнутого гиперболоидальных зеркал, причем вершина третьего зеркала совмещена с вершиной первичного зеркала и они выполнены в виде единой поверхности на общей подложке. При этом оптическая сила третьего зеркала равна оптической силе первичного зеркала. В объективе Рамзея группе, состоящей из первичного и вторичного зеркал, придана положительная оптическая сила. В этой схеме исправлена кривизна изображения, поэтому поле зрения объектива Рамзея существенно превосходит поле зрения объектива Пауля. The well-known three-mirror Ramzel lens [2], which is the closest to the claimed solution, consists of a primary concave, secondary convex and third concave hyperboloidal mirrors, with the top of the third mirror aligned with the top of the primary mirror and they are made in the form of a single surface on a common substrate. In this case, the optical power of the third mirror is equal to the optical power of the primary mirror. In the Ramsey lens, a group consisting of primary and secondary mirrors is given positive optical power. In this scheme, the curvature of the image is fixed, so the field of view of the Ramsey lens significantly exceeds the field of view of the Paul lens.

Но и этот объектив обеспечивает высокое качество изображения на поле не большем, чем 2 ω = 1о30', при относительном отверстии до А= 1: 3,5.But this lens also provides high image quality on a field no greater than 2 ω = 1 about 30 ', with a relative aperture up to A = 1: 3.5.

Целью изобретения является повышение относительного отверстия трехзеркального объектива. The aim of the invention is to increase the relative aperture of a three-mirror lens.

Сущность изобретения заключается в том, что группе, включающей в себя первичное и вторичное зеркала, придана отрицательная оптическая сила, третьему зеркалу придана оптическая сила не менее чем в полтора и не более чем в два раза превосходящая оптическую силу первичного зеркала, между вершиной сферы, ближайшей к поверхности первичного зеркала, и вершиной третьего зеркала выдержано расстояние, лежащее в пределах от 0,002 до 0,015 величины фокусного расстояния объектива, первичному зеркалу приведена форма ретушированного гиперболоида. The essence of the invention lies in the fact that the group including the primary and secondary mirrors is given negative optical power, the third mirror is given the optical power of not less than one and a half and not more than two times the optical power of the primary mirror, between the top of the sphere closest to to the surface of the primary mirror, and the top of the third mirror maintains a distance lying in the range from 0.002 to 0.015 of the focal length of the lens, the shape of the retouched hyperboloid is shown to the primary mirror.

Кроме того, при обеспечении достижения первоначальной цели ставились и дополнительные цели:
- увеличение поля зрения и уменьшение аберрации астигматизма;
- уменьшение влияния смещения плоскости анализа изображения относительно фокальной плоскости на изменение масштаба изображения;
- придание кружку рассеяния размера, превосходящего в несколько раз диаметр дифракционного кружка, при сохранении возможности осуществления контроля децентрировки зеркал с высокой точностью.In addition, while ensuring the achievement of the original goal, additional goals were set:
- an increase in the field of view and a decrease in aberration of astigmatism;
- reducing the effect of the shift of the image analysis plane relative to the focal plane on the change in image scale;
- giving the scattering circle a size several times greater than the diameter of the diffraction circle, while maintaining the ability to control the decentration of the mirrors with high accuracy.

Сущность изобретений, позволяющих достигнуть указанные дополнительные цели одновременно с первоначальной, заключается соответственно в следующем:
- поверхность третьего зеркала ретуширована, ей придана асферическая форма;
- апертурная диафрагма объектива совмещена с вторичным зеркалом.The essence of the invention, allowing to achieve these additional goals simultaneously with the original, is accordingly as follows:
- the surface of the third mirror is retouched, given an aspherical shape;
- the aperture diaphragm of the lens is combined with a secondary mirror.

На фиг. 1 изображены объектив и ход лучей осевого пучка; на фиг. 2 приведены конструктивные параметры факультативного объектива; на фиг. 3 изображены графики аберраций объектива, параметры которого приведены на фиг. 2. Аберрации приведены с учетом введения в ход лучей защитного стекла фотоприемника (плоскопараллельной пластины толщиной d= 2 мм и показателем преломления n = 1,518294); на фиг. 4 приведены конструктивные параметры объектива, третьему зеркалу которого придана асферическая форма; на фиг. 5 изображены графики аберраций объектива, параметры которого приведены на фиг. 4. In FIG. 1 shows the lens and the beam path of the axial beam; in FIG. 2 shows the design parameters of the optional lens; in FIG. 3 shows graphs of aberrations of the lens, the parameters of which are shown in FIG. 2. Aberrations are given taking into account the introduction of the protective glass of the photodetector into the rays (a plane-parallel plate with a thickness of d = 2 mm and a refractive index of n = 1.518294); in FIG. 4 shows the design parameters of the lens, the third mirror of which is given an aspherical shape; in FIG. 5 shows graphs of aberrations of the lens, the parameters of which are shown in FIG. 4.

Объектив включает в себя рабочие поверхности трех зеркал: первичного вогнутого 1, вторичного выпуклого 2 и третьего вогнутого 3. The lens includes the working surfaces of three mirrors: the primary concave 1, the secondary convex 2 and the third concave 3.

Первичному вогнутому зеркалу 1 придана форма ретушированного гиперболоида, профиль которого определен уравнением y2+a1x+a2x2+a3x3+a4x4++a5x5+a6x6= 0, в котором хотя бы один коэффициент аi при члене Х в степени выше второй не равен нулю.The primary concave mirror 1 is given the shape of a retouched hyperboloid whose profile is defined by the equation y 2 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 + a 4 x 4 ++ a 5 x 5 + a 6 x 6 = 0, in which at least one coefficient a i with a term X to a degree higher than the second is not equal to zero.

Вторичному зеркалу 2 придана форма гиперболоида. В центральной части зеркала 2 выполнено отверстие, диаметр которого не превосходит 0,6 диаметра вторичного зеркала. Группе, состоящей из первичного и вторичного зеркал, придана отрицательная оптическая сила, по своему абсолютному значению лежащая в пределах от 0,15 до 0,25 оптической силы объектива. Третьему зеркалу придана оптическая сила не менее, чем в полтора и не более чем в два раза превосходящая оптическую силу первичного зеркала. Secondary mirror 2 is given the shape of a hyperboloid. A hole is made in the central part of mirror 2, the diameter of which does not exceed 0.6 of the diameter of the secondary mirror. The group consisting of primary and secondary mirrors is given negative optical power, which in its absolute value lies in the range from 0.15 to 0.25 of the optical power of the lens. The third mirror is given an optical power of no less than one and a half and no more than twice the optical power of the primary mirror.

Рабочая поверхность третьего зеркала нанесена на общей подложке с поверхностью первичного зеркала. Между вершиной сферы, являющейся ближайшей к асферической поверхности первичного зеркала, и вершиной третьего зеркала выдержано расстояние, лежащее в пределах 0,002 до 0,015 величины фокусного расстояния объектива. The working surface of the third mirror is deposited on a common substrate with the surface of the primary mirror. Between the top of the sphere, which is the closest to the aspherical surface of the primary mirror, and the top of the third mirror, a distance is kept within 0.002 to 0.015 of the focal length of the lens.

Для предотвращения засветки изображения объектив снабжен светозащитными блендами 5, устраняющими попадание в фокальную плоскость пучков лучей, отраженных от зеркал 1 и 3 и не попавших на зеркало 2. To prevent illumination of the image, the lens is equipped with light-shielding hoods 5, which prevent the beams of rays reflected from mirrors 1 and 3 and not falling onto mirror 2 from entering the focal plane.

Пучки лучей бесконечно удаленного предмета после отражений последовательно от 1, 2 и 3 зеркал и прохождения через отверстие во вторичном зеркале строят изображение предмета в фокальной плоскости 4. Beams of rays of an infinitely distant object after reflections sequentially from 1, 2 and 3 mirrors and passing through a hole in the secondary mirror build an image of the object in the focal plane 4.

На фиг. 2 приведены конструктивные параметры факультативного выполнения объектива, обладающего фокусным расстоянием 800 мм, геометрическим относительным отверстием 1: 2 и угловым полем зрения 2 ω = 2о.In FIG. 2 shows the design parameters of the optional lens with a focal length of 800 mm, a geometric relative aperture of 1: 2 and an angular field of view of 2 ω = 2 about .

На фиг. 3 изображены в виде графиков геометрические аберрации этого варианта конструктивного выполнения объектива, из рассмотрения которых видно, что размеры кружка рассеяния в пределах угла поля зрения 2 ω = 2о составляют в угловой мере величину 2-2,5''.In FIG. Figure 3 shows the geometric aberrations of this embodiment of the lens in graphical form, from the examination of which it can be seen that the dimensions of the scattering circle within the angle of view 2 ω = 2 ° are in the angular measure 2-2.5 ''.

В варианте конструктивного выполнения объектива, приведенного на фиг. 2, третьему зеркалу придана сферическая форма. Расчеты показали, что, если, с целью увеличения поля зрения и уменьшения влияния аберрации астигматизма, третьему зеркалу придать асферическую форму, профиль которой определен уравнением вида:
у2+а1х+а2х2 = 0
при значении коэффициента а2, лежащего в пределах 0 < а2 < 1, то высокое качество изображения может быть получено в пределах поля 2 ω = 4о при геометрическом относительном отверстии 1: 2.In an embodiment of the lens shown in FIG. 2, the third mirror is given a spherical shape. The calculations showed that if, in order to increase the field of view and reduce the influence of astigmatism aberration, the third mirror should be given an aspherical shape, the profile of which is determined by an equation of the form:
y 2 + a 1 x + a 2 x 2 = 0
when the coefficient a 2 lies in the range 0 <a 2 <1, then high image quality can be obtained within the field 2 ω = 4 о with a geometric relative aperture of 1: 2.

Из рассмотрения графиков аберраций фиг. 5 видно, что размеры кружка рассеяния в пределах угла поля зрения 2 ω = 4о при относительном отверстии 1: 2 составляют в угловой мере величину ≈2''.From a consideration of the aberration plots of FIG. Figure 5 shows that the sizes of the scattering circle within the angle of view 2 ω = 4 о with a relative aperture of 1: 2 are in the angular measure ≈2 ''.

Апертурная диафрагма объектива совмещена с вторым зеркалом. Таким образом обеспечивается ход лучей в пространстве изображения объектива, близкий к телецентрическому. The aperture diaphragm of the lens is combined with the second mirror. This ensures the path of the rays in the image space of the lens, close to telecentric.

При этом в центре поля зрения значение поперечной сферической аберрации δ уuвыдержано в соответствии с соотношением:
δ yu= K sin3u, где u- задний апертурный угол объектива, и значение К лежит в пределах 2 < К < 6, а отступление сферической аберрации от указанного соотношения не превышает 0,25λ.Moreover, in the center of the field of view, the value of the transverse spherical aberration δ уu is maintained in accordance with the ratio:
δ yu = K sin 3 u, where u is the rear aperture angle of the lens, and the value of K lies within 2 <K <6, and the deviation of the spherical aberration from the indicated ratio does not exceed 0.25λ.

Объектив позволяет построить изображение удельного точечного объектива в виде симметричного кружка, сохраняющего симметрию и на краю поля зрения, при обеспечении плавного падения освещенности от центра к краю. The lens allows you to build the image of a specific point lens in the form of a symmetrical circle, preserving symmetry at the edge of the field of view, while ensuring a smooth drop in illumination from the center to the edge.

Введение в его ход лучей объектива технологической компенсационной плоскопараллельной пластиной толщиной d = 21,4 мм из стекла К8 позволяет уменьшить значение волновой сферической аберрации до величины, не превышающей 0,25 λ и таким образом осуществить контроль зацентрировкой зеркал на отсутствие аберрации комы на оси с высокой степенью точности. The introduction of the lens rays into it with a technological compensation plane-parallel plate with a thickness of d = 21.4 mm made of K8 glass makes it possible to reduce the value of wave spherical aberration to a value not exceeding 0.25 λ and thus control the centering of the mirrors for the absence of coma aberration on the axis with high degree of accuracy.

Изобретение дает существенный положительный эффект при оснащении им телескопа, звездных датчиков и других оптико-электронных приборов как в части использования, ввиду высоких оптических характеристик по светосиле, качеству изображения в широкой спектральной области, стабильности масштаба изображения и отсутствия разъюстировки, так и в части совершенствования технологии изготовления и сборки зеркальных объективов. (56) 1. Попова Т. М. Современная астрономическая оптика. М. : Наука, 1988, с. 140. The invention gives a significant positive effect when equipping it with a telescope, star sensors and other optoelectronic devices, both in terms of use, due to the high optical characteristics in aperture ratio, image quality in a wide spectral region, image stability and lack of misalignment, and in terms of improving technology manufacturing and assembling mirror lenses. (56) 1. Popova T.M. Modern astronomical optics. M.: Science, 1988, p. 140.

2. Слюсарев Г. Т. Расчеты оптических систем. Л. " Машиностроение, 1975, с. 379-382. 2. Slyusarev G. T. Calculations of optical systems. L. "Engineering, 1975, S. 379-382.

Claims (3)

1. ЗЕРКАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ ТЕЛЕСКОПА , содеpжащий пеpвичное вогнутое и втоpичное выпуклое гипеpболоидальные зеpкала, тpетье вогнутое зеpкало, pабочая повеpхность котоpого pасположена на общей подложке с пеpвичным зеpкалом, и апеpтуpную диафpагму, отличающийся тем, что пеpвичное и втоpичное зеpкала выполнены с отpицательной эквивалентной оптической силой, а тpетье зеpкало - с оптической силой, в 1,5 - 2 pаза пpевышающей оптическую силу пеpвичного зеpкала, пpи этом pасстояние между веpшиной сфеpы, ближайшей к повеpхности пеpвичного зеpкала, и веpшиной тpетьего зеpкала составляет 0,002 - 0,015 величины фокусного pасстояния объектива, а пpофиль повеpхности пеpвичного зеpкала опpеделен уpавнением вида
y2+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6= 0,
в котоpом хотя бы один из коэффициентов ai пpи члене x в степени выше втоpой не pавен 0.1. A MIRROR LENS OF A TELESCOPE containing a primary concave and secondary convex hyperboloidal mirror, a third concave mirror, a working surface of which is located on a common substrate with a primary mirror, and the third is a mirror - with optical power 1.5–2 times higher than the optical power of the primary mirror, and the distance between the top of the sphere closest to the surface of the primary mirror and the top of the third mirror feces is 0.002 - 0.015 of the focal length of the lens, and the surface profile of the primary mirror is determined by the equation
y 2 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 + a 4 x 4 + a 5 x 5 + a 6 x 6 = 0,
in which at least one of the coefficients a i for a term x to a power higher than the second is not equal to 0. 2. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что пpофиль повеpхности тpетьего зеpкала опpеделен уpавнением вида
y2+a1x+a2x2= 0 при значении коэффициента a*2, лежащего в пределах
0 < a2 < 1.2. The lens according to claim 1, characterized in that the profile of the surface of the third mirror is defined by the equation
y 2 + a 1 x + a 2 x 2 = 0 for a coefficient a * 2 lying in the range
0 <a 2 <1. 3. Объектив по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что апеpтуpная диафpагма объектива совмещена с втоpичным зеpкалом. 3. The lens according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the aperture diaphragm of the lens is combined with the secondary mirror.
SU5036014 1992-04-01 1992-04-01 Reflecting lens of telescope RU2010272C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5036014 RU2010272C1 (en) 1992-04-01 1992-04-01 Reflecting lens of telescope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5036014 RU2010272C1 (en) 1992-04-01 1992-04-01 Reflecting lens of telescope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2010272C1 true RU2010272C1 (en) 1994-03-30

Family

ID=21601194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5036014 RU2010272C1 (en) 1992-04-01 1992-04-01 Reflecting lens of telescope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2010272C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446420C1 (en) * 2010-12-20 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) Catadioptric system
RU2449329C2 (en) * 2010-07-21 2012-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Catadioptric telescope
CN105278089A (en) * 2015-11-13 2016-01-27 中国科学院光电技术研究所 Coaxial three-reflection optical system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449329C2 (en) * 2010-07-21 2012-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) Catadioptric telescope
RU2446420C1 (en) * 2010-12-20 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) Catadioptric system
CN105278089A (en) * 2015-11-13 2016-01-27 中国科学院光电技术研究所 Coaxial three-reflection optical system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8134778B2 (en) Monolithic eccentric Mersenne-Cassegrain telescope
US5153778A (en) Powerless field-corrective lens
WO2007067701A1 (en) Catadioptric telescopes
CN111367066B (en) Coaxial four-reflection optical system
US2817270A (en) Telescope objective systems
JP2000235151A (en) Method for correcting optical wave aberration in optical system, and optical system and microscope manufactured based on it
JP4212721B2 (en) Wide-angle reflective optics
JP2003167196A (en) Cata-dioptric system
US4576452A (en) Reflective Schmidt system with nonrotationally symmetric corrector
RU2010272C1 (en) Reflecting lens of telescope
US4097141A (en) Optical objectives using apertured retrodirective reflectors
WO2023124293A1 (en) Catadioptric focus-free optical system
JPH1114913A (en) Telescope using concave spherical reflector as 1st surface
CN116300070A (en) Dual-mode coaxial integrated optical system
US2576011A (en) Catadioptric optical system
Seppala Improved optical design for the large synoptic survey telescope (lsst)
US4266849A (en) Optical objectives
RU2521249C1 (en) Reflecting autocollimating spectrometer
US3494688A (en) Color corrected mangin mirror
Wynne Correction of atmospheric dispersion in the infrared
RU2248024C2 (en) Katadioptrical telescope
Wynne Atmospheric-dispersion correctors at prime focus
Wynne A more efficient faint-object spectrograph
SU1254406A1 (en) Catadioptric lens of telescope
CN114236796B (en) Visible light-medium wave infrared afocal optical system