RU2125285C1 - Catadioptric telescope - Google Patents
Catadioptric telescope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2125285C1 RU2125285C1 RU96105080A RU96105080A RU2125285C1 RU 2125285 C1 RU2125285 C1 RU 2125285C1 RU 96105080 A RU96105080 A RU 96105080A RU 96105080 A RU96105080 A RU 96105080A RU 2125285 C1 RU2125285 C1 RU 2125285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- glass
- glasses
- corrector
- correction element
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Telescopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области астрономических приборов и может быть использовано в серийных малогабаритных телескопах с диаметром действующего отверстия до 750 мм, служащих для исследования астроклимата, наблюдений Солнца, Луны и планет, а также для выполнения астрофотографических, спектральных, фотометрических и иных работ. Предлагаемая оптическая система может быть также использована в серийных телескопах, выпускаемых для учебно-просветительских целей, в частности для любителей астрономии. The invention relates to the field of astronomical instruments and can be used in serial small-sized telescopes with a diameter of the active hole up to 750 mm, used to study the astroclimate, observations of the Sun, Moon and planets, as well as to perform astrophotographic, spectral, photometric and other works. The proposed optical system can also be used in serial telescopes produced for educational purposes, in particular for astronomy enthusiasts.
Известна катадиоптрическая система телескопа, предложенная Аргуновым [1, 2] , содержащая главное сферическое зеркало и корректирующий элемент, состоящий из линз со сферическими поверхностями, одна из которых зеркальная, расположенный в сходящемся от главного зеркала пучке лучей, отличающаяся тем, что корректирующий элемент выполнен из разделенных воздушным промежутком двух или трех линз с показателем преломления не ниже 1,5, причем отношение эквивалентного фокусного расстояния телескопа к фокусному расстоянию главного зеркала не превышает 5. Known catadioptric telescope system proposed by Argunov [1, 2], containing the main spherical mirror and a correction element consisting of lenses with spherical surfaces, one of which is a mirror located in a beam of rays converging from the main mirror, characterized in that the correction element is made of separated by an air gap of two or three lenses with a refractive index of at least 1.5, with the ratio of the equivalent focal length of the telescope to the focal length of the main mirror not exceeding 5.
Основным недостатком этой системы является недопустимо большой остаточный хроматизм, понижающий качество изображения, сужающий спектральную область работы и не позволяющий обеспечить высокую светосилу телескопа. Для его уменьшения первую линзу корректора делают из стекла с показателем преломления не менее 1,7 (тяжелый флинт), а разность коэффициентов дисперсии стекол, по возможности, выбирают максимальной, причем желательно использовать хотя бы одно стекло с особым ходом дисперсии (особый флинт или флюорит). Однако, несмотря на это, не удается в должной степени уменьшить оптическую силу линз корректора, что является причиной большого вторичного спектра и сферохроматической аберрации и в свою очередь приводит к ухудшению качества изображения, сужению спектрального диапазона работы и к ограничению относительного отверстия этой системы до значения не свыше 1:10. Трехлинзовые варианты корректирующего элемента, содержащие особые технологически неблагоприятные марки стекла имеют уменьшенный вторичный спектр, однако, в этом случае коррекция остаточных осевых аберраций охватывает только сравнительно узкую видимую область спектра. The main disadvantage of this system is unacceptably large residual chromatism, which reduces the image quality, narrows the spectral region of work and does not allow for a high aperture ratio of the telescope. To reduce it, the first corrector lens is made of glass with a refractive index of at least 1.7 (heavy flint), and the difference in the dispersion coefficients of the glasses is chosen as high as possible, and it is advisable to use at least one glass with a special dispersion course (special flint or fluorite ) However, despite this, it is not possible to sufficiently reduce the optical power of the corrector lenses, which is the reason for the large secondary spectrum and spherochromatic aberration and, in turn, leads to a deterioration in image quality, a narrowing of the spectral range of operation, and limitation of the relative aperture of this system to a value over 1:10. Three-lens variants of the correction element containing special technologically unfavorable grades of glass have a reduced secondary spectrum, however, in this case, the correction of residual axial aberrations covers only a relatively narrow visible region of the spectrum.
Прототипом изобретения является катадиоптрическая система телескопа, предложенная автором [3], содержащая главное вогнутое сферическое зеркало и корректирующий элемент из двух одиночных линз, одна из которых отрицательная и имеет зеркально отражающую поверхность, установленный по ходу луча позади главного зеркала. The prototype of the invention is a catadioptric telescope system proposed by the author [3], containing a main concave spherical mirror and a correction element of two single lenses, one of which is negative and has a mirror-reflecting surface mounted along the beam behind the main mirror.
Более высокое качество коррекции аберраций и повышение светосилы в этой системе достигаются благодаря тому, что вторая линза корректирующего элемента выполнена в виде отрицательного квазиафокального мениска, обращенного вогнутостью к объекту, из материала отрицательной линзы с зеркальной поверхностью. A higher quality of aberration correction and an increase in aperture ratio in this system are achieved due to the fact that the second lens of the correction element is made in the form of a negative quasi-focal meniscus facing concavity to the object from a negative lens material with a mirror surface.
Квазиафокальный отрицательный мениск обеспечивает коррекцию сферической аберрации и комы третьего порядка и, кроме того, существенно уменьшает хроматизм положения, а вторая по ходу луча отрицательная линза корректора, выполненная из материала первой линзы, полностью доисправляет хроматизм положения, при этом вторичный спектр имеет величину, на два порядка меньшую, чем в системе Аргунова [1]. Для системы с корректором из стекла К8 [4] в диапазоне спектра от линии F (486,13 нм) до линии C (656,27 нм) можно обеспечить относительное отверстие до 1:8 при диаметре действующего отверстия до 750 мм. The quasi-focal negative meniscus provides correction of spherical aberration and third-order coma and, in addition, significantly reduces position chromatism, and the second negative corrector lens along the beam made of the material of the first lens completely corrects the position chromatism, while the secondary spectrum has a value of two order less than in the Argunov system [1]. For a system with a K8 glass corrector [4] in the spectrum range from the F line (486.13 nm) to the C line (656.27 nm), a relative aperture of up to 1: 8 can be provided with an effective hole diameter of up to 750 mm.
Необходимое по соображениям универсальности расширение спектральной области и повышение светосилы до 1:6,5-1:7, позволяющей при разумном времени экспозиции (1-1,5 ч) обеспечить предельную проницающую способность телескопа при использовании современных фотографических эмульсий [5], в этой системе трудно обеспечить из-за большой кривизны поверхностей мениска и связанного с этим наличия больших (при значении относительного отверстия 1:6,5-1:7) остаточных аберраций, из которых первостепенное значение имеют остаточная сферическая и сферохроматическая аберрации. Кроме того, в ближней ультрафиолетовой и инфракрасной области спектра, для которых оптические стекла еще достаточно прозрачны (365-1500 нм), вторичный спектр также требует уменьшения. The expansion of the spectral region, necessary for reasons of universality, and an increase in luminosity to 1: 6.5-1: 7, which, with a reasonable exposure time (1-1.5 h), ensure the maximum penetrating ability of the telescope using modern photographic emulsions [5], in this It is difficult for the system to ensure, due to the large curvature of the meniscus surfaces and the associated presence of large (at a relative aperture of 1: 6.5-1: 7) residual aberrations, of which the residual spherical and spherochromatic are of primary importance Kaya aberration. In addition, in the near ultraviolet and infrared spectral regions, for which optical glasses are still sufficiently transparent (365-1500 nm), the secondary spectrum also requires reduction.
Предложенная катадиоптрическая система телескопа позволяет обеспечить еще более высокие технические характеристики: улучшить качество коррекции осевых аберраций, расширить спектральный диапазон работы и повысить светосилу системы. The proposed catadioptric system of the telescope makes it possible to provide even higher technical characteristics: to improve the quality of the correction of axial aberrations, to expand the spectral range of work and increase the aperture of the system.
Предложенная система, как и прототип, содержит установленные по ходу луча главное вогнутое сферическое зеркало и корректирующий элемент, состоящий из двух одиночных линз, первая из которых выполнена в виде отрицательного квазиафокального мениска, обращенного вогнутостью к объекту наблюдения, а вторая отрицательная и имеет зеркальную отражающую поверхность. The proposed system, like the prototype, contains the main concave spherical mirror installed along the beam and a correcting element consisting of two single lenses, the first of which is made in the form of a negative quasi-focal meniscus facing concavity to the object of observation, and the second negative and has a mirror reflective surface .
Более высокие технические характеристики предложенной системы обеспечиваются новой совокупностью отличительных признаков
1. Линзы корректирующего элемента выполнены из разных марок стекла, имеющих в видимой области спектра квазиблизкие коэффициенты дисперсии, причем первая линза выполнена из стекла с большим показателем преломления.Higher technical characteristics of the proposed system are provided by a new set of distinctive features
1. The lenses of the correction element are made of different grades of glass having quasi-close dispersion coefficients in the visible region of the spectrum, the first lens being made of glass with a high refractive index.
2. Показатель преломления первой линзы удовлетворяет соотношению 1,69 ≤ n ≤ 1,76, а коэффициент дисперсии второй линзы больше коэффициента дисперсии первой линзы причем
Выполнение линз корректора из стекол квазиблизких по дисперсии, удовлетворяющих отличительным признакам п. 2, дает возможность еще в несколько раз уменьшить вторичный спектр системы для области от 365 до 1500 нм, а использование для первой линзы корректора стекла с большим показателем преломления, удовлетворяющим соотношению по 2, дает возможность увеличить радиусы кривизны этой линзы и уменьшить остаточную сферическую и сферохроматическую аберрации, что позволяет довести относительное отверстие предлагаемой системы до оптимальных значений 1:6,5-1:7.2. The refractive index of the first lens satisfies the ratio of 1.69 ≤ n ≤ 1.76, and the dispersion coefficient of the second lens greater dispersion coefficient of the first lens moreover
The implementation of the corrector lenses from glasses quasibi dispersion, satisfying the distinguishing features of
Автору не известны оптические системы телескопов, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемую систему от прототипа, поэтому данная оптическая система обладает существенными отличиями. The author does not know the optical systems of telescopes that have features similar to those that distinguish the proposed system from the prototype, therefore this optical system has significant differences.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:
фиг. 1 - оптическая схема катадиоптрического телескопа; фиг. 2 - вторичный спектр вариантов оптической системы катадиоптрического телескопа; фиг. 3а - остаточные осевые аберрации прототипа с корректором из стекла марки СТК12; фиг. 3б - остаточные осевые аберрации предлагаемой системы с корректором из стекол СТК12 и КФ6; фиг. 4а - остаточные осевые аберрации предлагаемой системы с корректором из стекол SSK11 и SK24; фиг. 4б - остаточные осевые аберрации предлагаемой системы с корректором из стекол СТК10 и ТК21; фиг. 5 - остаточные осевые аберрации светосильного варианта предлагаемой системы с относительным отверстием 1:6,2 и корректором из стекол СТК10 и ТК21.The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:
FIG. 1 is an optical diagram of a catadioptric telescope; FIG. 2 - a secondary spectrum of options for the optical system of a catadioptric telescope; FIG. 3a - residual axial aberration of the prototype with a corrector made of glass grade STK12; FIG. 3b — residual axial aberrations of the proposed system with a corrector made of STK12 and KF6 glasses; FIG. 4a - residual axial aberrations of the proposed system with a corrector from glasses SSK11 and SK24; FIG. 4b — residual axial aberrations of the proposed system with a corrector made of STK10 and TK21 glasses; FIG. 5 - residual axial aberration of the fast version of the proposed system with a relative aperture of 1: 6.2 and a corrector made of STK10 and TK21 glasses.
На фиг. 1 изображена предлагаемая оптическая система катадиоптрического телескопа. Система содержит установленные по ходу луча главное вогнутое сферическое зеркало 1 и корректирующий элемент, состоящий из двух одиночных линз 2 и 3, первая из которых выполнена в виде отрицательного квазиафокального мениска, обращенного вогнутого к объекту наблюдения, а вторая отрицательная и имеет зеркальную отражающую поверхность. Линзы корректора выполнены из разных марок стекла. In FIG. 1 shows the proposed optical system of a catadioptric telescope. The system contains a main concave
Лучи света, отражаясь от главного зеркала 1, проходят через линзы корректора 2 и 3 и, отражаясь от зеркальной поверхности линзы 3, идут обратно через корректор, образуя изображение объекта наблюдения в фокальной плоскости, которая расположена позади главного зеркала 1. Rays of light, reflected from the
Обоснуем возможность достижения заявленных технических характеристик на конкретных примерах расчета шести вариантов оптических систем катадиоптрического телескопа, параметры которых приведены в табл. 1,
где r1-5 - радиусы кривизны поверхностей; d1-4 - толщины линз и воздушные промежутки, D - диаметр действующего отверстия системы (диаметр главного зеркала); св⌀2- световой диаметр первой поверхности корректора (определяет центральное экранирование зрачка); фокусное расстояние и последний отрезок системы в линии спектра с длиной волны 546,07 нм (е); Δ - вынос плоскости изображения за лицевую поверхность главного зеркала: A - относительное отверстие; показатели преломления, а коэффициенты дисперсии линз 2 и 3 для линии спектра e; Δr2,3/d2- отношение разности радиусов мениска к его толщине, определяющее величину и знак оптической силы линзы 2. Все линейные параметры схемы приводятся в мм. Радиусы и осевые промежутки указаны для одного прохождения лучей через корректор и в обратном ходе луча не приводятся. В нижней части табл. 1 введена нумерация рассчитанных вариантов, а в верхней части обозначения марки стекла линз 2 и 3, использованные для расчета корректора [4]. Для сравнения, в табл. 1 включены аналогичные варианты 1 и 3 с корректором из одной марки стекла.We will justify the possibility of achieving the stated technical characteristics with specific examples of calculating six variants of the optical systems of a catadioptric telescope, the parameters of which are given in table. 1,
where r 1-5 are the radii of curvature of the surfaces; d 1-4 - the thickness of the lenses and air gaps, D - the diameter of the active holes of the system (diameter of the main mirror); sv⌀ 2 - light diameter of the first surface of the corrector (determines the central screening of the pupil); focal length and last segment of the system in the spectral line with a wavelength of 546.07 nm (e); Δ - the removal of the image plane beyond the front surface of the main mirror: A - relative hole; refractive indices, and
Все системы табл. 1 рассчитаны с визуальным типом коррекции аберраций в области спектра от F до C при относительном отверстии 1:7. Исключение составляет особосветосильный вариант 6, где относительное отверстие равно 1:6,2. All systems tab. 1 are calculated with a visual type of aberration correction in the spectral region from F to C with a relative aperture of 1: 7. An exception is the particularly high-
Рассмотрим вначале требования к стеклам линз корректора, обеспечивающим исправление вторичного спектра в широком диапазоне длин волн. Отметим, что в предлагаемых вариантах систем вторичный спектр исправлялся в диапазоне - от ультрафиолетовой линии i (365 нм) до инфракрасной области с граничной длиной волны 1529,6 нм (вариант 2 табл. 1). Для этой спектральной области оптические стекла еще достаточно прозрачны. Остальные варианты табл. 1 (4, 5, 6) исправлены в области спектра от 436 до 852 нм. Из каталога [4] были выбраны три наиболее подходящие пары стекол: СТК12/КФ6; SSK11/SK24 (выпускается в Германии); СТК10/ТК21 (отечественный эквивалент предыдущей пары), обеспечивающие исправление продольного вторичного спектра в этом диапазоне. Let us first consider the requirements for corrector lens glasses, which provide correction of the secondary spectrum in a wide range of wavelengths. Note that in the proposed system variants, the secondary spectrum was corrected in the range from the ultraviolet line i (365 nm) to the infrared region with a boundary wavelength of 1529.6 nm (
В табл. 2 приводятся относительные значения продольного вторичного спектра в предлагаемых системах с этими стеклами (вариант 2a, 4a и 5) и в эквивалентных им системах из одной марки стекла (варианты 1 и 3). Номера вариантов табл. 2 соответствуют номерам систем табл. 1. В графе ΔPλ табл. 2 приведены разности относительных частных дисперсий стекол, выражаемые разности относительных частных дисперсий стекол, выражаемые формулой
Для наглядности, вторичный спектр некоторых систем табл. 2 (1, 2a и 4a) представлен в форме графиков на фиг. 2, где по оси ординат отложена длина волны λ (нм), а по оси абсцисс - величина продольного вторичного спектра выраженная в долях фокусного расстояния системы.In the table. 2 shows the relative values of the longitudinal secondary spectrum in the proposed systems with these glasses (
For clarity, the secondary spectrum of some systems of the table. 2 (1, 2a and 4a) is presented in the form of graphs in FIG. 2, where the wavelength λ (nm) is plotted along the ordinate axis, and the longitudinal secondary spectrum is plotted along the abscissa axis expressed in fractions of the focal length of the system.
Из данных графы ΔPλ табл. 2 видно, что в применяемых для корректора парах стекла разность относительных частных дисперсий для области спектра от F до C малая положительная величина, не превышающая 0,001-0,0015. Известно, что относительные частные дисперсии стекол (за исключением особых стекол и кристаллов) связаны линейной зависимостью с коэффициентом дисперсии [4]
PF,C= a + bμ2,
где
(2)
Малая разность относительных частных дисперсий стекол, использованных для корректора, позволяет утверждать на основании зависимости (2), что и коэффициенты дисперсии стекол, составляющих в предлагаемой системе суперапохроматическую пару, должны быть близки по значению, что подтверждается данными табл. 1, откуда видно что , а разность Δμe не превышает 7% от величины .From the data of the column ΔP λ tab. 2 it can be seen that in the glass vapor used for the corrector, the difference in the relative partial dispersions for the spectral region from F to C is a small positive value, not exceeding 0.001-0.0015. It is known that the relative partial dispersions of glasses (with the exception of special glasses and crystals) are linearly related to the dispersion coefficient [4]
P F, C = a + bμ 2 ,
Where
(2)
The small difference in the relative partial dispersions of the glasses used for the corrector allows us to assert on the basis of dependence (2) that the dispersion coefficients of the glasses that make up the superachromatic couple in the proposed system should be close in value, which is confirmed by the data in Table. 1, which shows that , and the difference Δμ e does not exceed 7% of the value .
Вышесказанное становится очевидным, если учесть то простое обстоятельство, что в системе, принятой за прототип, с корректором из одной марки стекла вторичный спектр в области от линии i до линии 1529,6 нм составляет около - 1•10-4f'. Для компенсации этой малой, но все же столь ощутимо отражающейся на качестве изображения, величины вторичного спектра, безусловно, нужна сравнительно небольшая разность относительных частных дисперсий стекол.The foregoing becomes obvious, given the simple fact that in the system adopted as a prototype, with a corrector from one brand of glass, the secondary spectrum in the region from line i to line 1529.6 nm is about - 1 • 10 -4 f '. To compensate for this small, but still so noticeable effect on image quality, the magnitude of the secondary spectrum, of course, we need a relatively small difference in the relative partial dispersions of the glasses.
В доказательство сказанного выше, рассмотрим вторичный спектр вариантов эквивалентных систем 1, 2 и 3, 4 табл. 2. Обратим внимание на то, что вторичный спектр системы с разными стеклами можно представить в виде линейной функции вторичного спектра эквивалентной системы (с одинаковыми стеклами) и разности относительных частных дисперсий стекол ΔPλ
В столбце 2б и 4б табл. 2 приведены значения вторичного спектра систем со стеклами СТК12/КФ6 и SSK11/SK24, рассчитанные по формуле (3). Видно, что имеется хорошее соответствие между данными, полученными точным лучевым расчетом вторичного спектра, и данными, полученными по эмпирической зависимости (3). В области спектра от F до C вторичный спектр еще в 1,5-2,4 раза меньше, чем в прототипе. В области спектра от линии g до линии c длиной волны 852,1 нм, вторичный спектр вариантов со стеклами SSK11/SK24 и соответствующей ей отечественной пары СТК10/ТК21 в 1,6 раза меньше, чем в прототипе. Совершенно уникальными свойствами обладает пара стекол СТК12/КФ6, у которой в ближней ультрафиолетовой области вторичный спектр уменьшен в 4,8, а в инфракрасной - в 3,2 раза.To prove the above, we consider the secondary spectrum of variants of
In column 2b and 4b of the table. Figure 2 shows the values of the secondary spectrum of systems with STK12 / KF6 and SSK11 / SK24 glasses, calculated by formula (3). It can be seen that there is a good agreement between the data obtained by accurate radiation calculation of the secondary spectrum and the data obtained from the empirical dependence (3). In the spectrum from F to C, the secondary spectrum is still 1.5-2.4 times less than in the prototype. In the spectrum from the g line to the line with a wavelength of 852.1 nm, the secondary spectrum of options with SSK11 / SK24 glasses and the corresponding domestic pair STK10 / TK21 is 1.6 times smaller than in the prototype. A pair of STK12 / KF6 glasses has completely unique properties, in which the secondary spectrum is reduced by 4.8 in the near ultraviolet region and 3.2 times in the infrared region.
Из сказанного выше можно сделать вывод о том, что подходящие для линз корректора стекла должны иметь, во-первых, близкие коэффициенты дисперсии, отличающиеся не более чем на 7% величины , и, во-вторых, для уменьшения вторичного спектра по крайней мере в диапазоне от линии g по линии с длиной волны 852,1 нм необходимо соблюдение условия .From the foregoing, we can conclude that suitable glass lenses for the corrector should have, firstly, close dispersion coefficients that differ by no more than 7% and, secondly, to reduce the secondary spectrum, at least in the range from the g line along the line with a wavelength of 852.1 nm, the condition .
Что касается коррекции вторичного спектра в более широком интервале от линии i до линии с длиной волны 1529,6 нм, то для этого необходимо иметь возможно более плавную функцию разности относительных частных дисперсий стекол, пропорциональную на краях компенсируемого спектрального диапазона соответствующим значениям вторичного спектра эквивалентной системы. Предлагаемая система со стеклами СТК12/КФ6 (вариант 2 табл. 1) наилучшим образом удовлетворяет этим условиям. As for the correction of the secondary spectrum in a wider interval from line i to the line with a wavelength of 1529.6 nm, for this it is necessary to have a smoother function of the difference in the relative partial dispersions of the glasses, which is proportional at the edges of the compensated spectral range to the corresponding values of the secondary spectrum of the equivalent system. The proposed system with STK12 / KF6 glasses (
Преимущество предлагаемой системы перед прототипом, обеспечиваемое при переходе от корректора из одной марки стекла к корректору, составленному из разных марок стекол, наглядно прослеживается при сопоставлении остаточных осевых аберраций в системах, эквивалентных по диаметру, относительному отверстию, габаритам корректора, толщине мениска и величине выноса фокальной плоскости за главное зеркало. The advantage of the proposed system over the prototype, which is provided when switching from a corrector from one glass brand to a corrector made up of different glass brands, is clearly seen when comparing residual axial aberrations in systems equivalent in diameter, relative aperture, corrector dimensions, meniscus thickness, and focal length planes behind the main mirror.
На фиг. 3, 4 и 5 изображены графики остаточных осевых аберраций: продольных и волновых, для вариантов систем из табл. 1. По оси ординат отложены значения зоны входного зрачка y (мм), а по оси абсцисс - значения продольных аберраций (мм). Соответствующие им значения волновой аберрации Nλ, выраженные в длинах волн своего цвета и рассчитанные в плоскости фокусировки, показанной на графике продольных аберраций штриховой линией, приведены справа. Графики аберраций приводятся для линий спектра i (365 нм); g (435,83 нм); F (486,13 нм); e (546,07 нм); C (656,27 нм) и длин волн 852,1 нм; 1128,6 нм и 1529,6 нм.In FIG. Figures 3, 4 and 5 show graphs of the residual axial aberrations: longitudinal and wave, for system variants from the table. 1. The ordinate of the entrance pupil y (mm) is plotted along the ordinate, and the longitudinal aberrations are plotted along the abscissa (mm). The corresponding wave aberration values N λ , expressed in wavelengths of a different color and calculated in the focusing plane shown in the graph of longitudinal aberrations by the dashed line, are shown on the right. Graphs of aberrations are given for the lines of the spectrum i (365 nm); g (435.83 nm); F (486.13 nm); e (546.07 nm); C (656.27 nm) and wavelengths of 852.1 nm; 1128.6 nm and 1529.6 nm.
На фиг. 3а показан ход осевых аберраций прототипа с маркой стекла корректора СТК12 (вариант 1 табл. 1), а на фиг. 3б в сопоставимом масштабе приводятся графики осевых аберраций предлагаемой эквивалентной системы, в которой линза 2 выполнена также из стекла СТК12, а линза 3 - из стекла КФ6. Из сопоставления хода остаточных осевых аберраций видно, что в предлагаемой системе в диапазоне спектра от линии i до линии с длиной волны 1529,6 нм имеет место существенное уменьшение остаточной сферической аберрации и сферохроматизма. Если графики остаточных осевых аберраций прототипа имеют характерный вид кривых, определяемых суммой аберраций третьего и пятого порядков, а сферохроматическая аберрация исправлена для зоны зрачка y=0,7D/2 и возрастает на краю зрачка, то в предлагаемой системе кривые остаточных аберраций имеют вид, характерный для систем с исправленной сферической аберрацией пятого порядка и исправленным сферохроматизмом. Из графиков фиг. 3б видно, что в пределах действующего отверстия имеются два узла пересечения кривых продольных аберраций: на краю зрачка и на зоне, приблизительно соответствующей 0,55D/2. Такая коррекция продольных осевых аберраций приводит к уменьшению интервала волновых аберраций в диапазоне спектра от F до C приблизительно в 2 раза, а в диапазоне спектра от 365 до 1529,6 нм более чем в 6 раз, последнее также связано и с уменьшением продольного вторичного спектра, о чем говорилось выше. In FIG. 3a shows the axial aberration of the prototype with the glass mark of the corrector STK12 (
Таким образом, использование в корректоре для линзы 2 стекла с показателем преломления около 1,7, а для линзы 3 стекла с показателем около 1,5 (смотри табл. 1 вариант 2) приводит к уменьшению остаточной сферической аберрации и сферохроматизма в широком диапазоне спектра. Thus, the use of glass with a refractive index of about 1.7 in the corrector for
Поскольку предлагаемая катадиоптрическая система телескопа, как и прототип, не свободна от хроматизма увеличения, зависящего от марки стекла корректора и свободных параметров системы, к которым относятся толщина квазиафокального мениска 2, габариты корректора и величина выноса плоскости фокусировки за главное зеркало, то использовать для линзы 2 группу относительно дешевых стекол типа тяжелый флинт, имеющих показатель преломления более 1,7, нельзя, так как хроматизм увеличения при заданной оптимальными условиями исправления аберраций толщине мениска может недопустимо возрасти. Так как он обратно пропорционален коэффициенту дисперсии стекла, наиболее пригодным материалом для линзы 2 следует считать стекла из группы сверхтяжелых кронов (СТК), у которых коэффициенты дисперсии в видимой области спектра варьируют от 45 до 57, а показатели преломления от 1,66 до 1,79. Среди этих стекол марки с показателем преломления ниже 1,69 выбирать не следует по причине того, что им соответствуют стекла для линзы 3 с показателем преломления меньше 1,5. В каталоге [4] таких стекол, близких по дисперсии к стеклам типа СТК, нет, поэтому стекло для мениска 2, выбираемое из группы СТК, должно иметь показатель преломления не меньше 1,69. Правда, в каталоге [4] имеется группа стекол, представленная пока только одной маркой ТФК1 с показателем преломления 1,61 и коэффициентом дисперсии около 65. К этому стеклу в качестве апохроматической пары подходят плавленый кварц и стекло ЛК1, имеющие показатель преломления 1,46-1,44. Расчеты, однако, показывают, что продольные аберрации вариантов с этими марками стекол исправления намного хуже рассмотренных, а расширения спектральной области не происходит. С другой стороны, увеличение показателя преломления для стекла линзы 2 до 1,74-1,76 приводит, как это видно из табл. 1, к увеличению показателя преломления стекла линзы 3 до значения 1,66-1,67. Ассортимент стекла с такими показателями преломления сравнительно невелик и подобрать пару, обеспечивающую суперахроматическую коррекцию в широкой области спектра трудно. Варианты 4 и 5 табл. 1 являются, по-видимому, наилучшими из возможных. Увеличение показателя преломления стекла линзы 2 свыше значения 1,76 приводит к еще большим трудностям в выборе пары и к технологически неблагоприятным маркам стекла с низкой дисперсией из группы тяжелых баритовых флинтов. Наиболее оптимальный диапазон изменения показателя преломления стекла линзы 2 лежит, таким образом, в пределах от 1,69 до 1,76. Since the proposed catadioptric system of the telescope, like the prototype, is not free of the chromaticity of the increase, depending on the glass corrector and free parameters of the system, which include the thickness of the
Рассмотрим осевые аберрации предлагаемых систем, находящихся на верхнем пределе этого диапазона. На фиг. 4а изображены графики продольных и волновых аберраций варианта 4 табл. 1. Графики аберраций фиг. 4б соответствуют варианту 5 той же таблицы. Оба варианта почти равноценны по аберрациям, обеспечивая при относительном отверстии 1:7 спектральную область работы от линии g до линии с длиной волны 1128,6 нм, причем волновые аберрации в этой области спектра не выходят за пределы для варианта 4 - 0,17λ, а для варианта 5 - 0,26λ. Соответствующим выбором плоскости фокусировки волновые аберрации в диапазоне спектра от g до 852,1 нм могут быть значительно уменьшены. Это говорит о возможности еще большего повышения светосилы. На фиг. 5 приведены графики осевых аберраций особосветосильного варианта 6 табл. 1. В диапазоне спектра от линии g до линии с длиной волны 852,1 нм волновые аберрации не выходят за пределы 0,16λ. Относительное отверстие составляет 1:6,2, что значительно выше, чем в прототипе. Consider the axial aberrations of the proposed systems, which are at the upper limit of this range. In FIG. 4a shows graphs of longitudinal and wave aberrations of
Из табл. 1 видно, что предлагаемая система, несмотря на разный сортамент стекла линз корректора, сохраняет все признаки, объединяющие ее с прототипом и отличающие ее от аналога. Линза 3 - отрицательная (см, r4 и r5 в табл. 1), а квазиафокальный мениск 2 обернут вогнутостью к объекту наблюдения и имеет слабую отрицательную оптическую силу. В табл. 1 в графе Δr2,3/d2 вверху приводится значение этого отношения для рассчитанных вариантов, а ниже - для афокального мениска из того же материала. Видно, что нижние значения во всех вариантах меньше верхних, следовательно, оптическая сила мениска отрицательная. Таким образом, все существенные признаки, объединяющие предлагаемую оптическую систему телескопа с прототипом, сохранены.From the table. 1 shows that the proposed system, despite a different assortment of glass corrector lenses, retains all the features that combine it with the prototype and distinguish it from the analogue.
Как доказано выше, предлагаемая система обеспечивает улучшение качества коррекции остаточных осевых аберраций, расширение спектрального диапазона работы и повышение относительного отверстия до значения 1:6,2-1:7, что обеспечивается наличием следующих новых отличительных признаков:
1. Линзы корректирующего элемента выполнены из разных марок стекла, имеющих в видимой области спектра квазиблизкие коэффициенты дисперсии, причем первая линза выполнена из стекла с большим показателем преломления.As proved above, the proposed system improves the quality of correction of residual axial aberrations, broadens the spectral range of operation and increases the relative aperture to a value of 1: 6.2-1: 7, which is ensured by the presence of the following new distinguishing features:
1. The lenses of the correction element are made of different grades of glass having quasi-close dispersion coefficients in the visible region of the spectrum, the first lens being made of glass with a high refractive index.
2. Показатель преломления первой линзы удовлетворяет соотношению: 1,69 ≤ n ≤ 1,76, а коэффициент дисперсии второй линзы больше коэффициента дисперсии первой линзы причем
По отношению к прототипу предлагаемая система телескопа обладает двумя основными преимуществами:
лучшей коррекцией остаточных осевых аберраций, распространяющейся на значительно более широкую область спектра 365-1530 нм;
возможностью повышения светосилы до 1:6,5-1:7 за счет лучшего исправления остаточных аберраций на оси.2. The refractive index of the first lens satisfies the ratio: 1.69 ≤ n ≤ 1.76, and the dispersion coefficient of the second lens greater dispersion coefficient of the first lens moreover
In relation to the prototype, the proposed telescope system has two main advantages:
better correction of residual axial aberrations, extending to a much wider spectral region 365-1530 nm;
the ability to increase aperture ratio to 1: 6.5-1: 7 due to better correction of residual aberrations on the axis.
Сохраняя все конструктивные достоинства аналога и прототипа, такие как сферическая форма оптических поверхностей и относительно небольшие размеры корректирующих линз (около 1/3 диаметра действующего отверстия), предлагаемая система за счет увеличения светосилы имеет еще большую компактность - расстояние между главным зеркалом и корректором лишь незначительно превышает диаметр действующего отверстия (см. табл. 1). Keeping all the structural advantages of the analogue and the prototype, such as the spherical shape of the optical surfaces and the relatively small size of the corrective lenses (about 1/3 of the diameter of the active hole), the proposed system due to the increase in aperture ratio has even greater compactness - the distance between the main mirror and the corrector only slightly exceeds diameter of the active hole (see table. 1).
Коррекция остаточных осевых аберраций системы, достигаемая без применения асферических поверхностей, позволяет развить ее относительное отверстие до значения 1:7 и даже больших (1:6,2), что позволяет при приемлемом времени экспозиции (1-1,5 ч) достичь предела проницающей способности телескопа на современных фотографических эмульсиях. Correction of the residual axial aberrations of the system, achieved without the use of aspherical surfaces, allows one to develop its relative aperture to a value of 1: 7 and even large (1: 6.2), which allows reaching the penetrating limit at an acceptable exposure time (1-1.5 h) Telescope abilities on modern photographic emulsions.
Астигматизм и кривизна поля изображения, принципиально неисправимые, как и в прототипе, однако, достаточно малы и даже при значении относительного отверстия 1:7 позволяют обеспечить поле изображения диаметром 30 угловых минут. Для системы с диаметром действующего отверстия 200 мм пятно рассеяния от астигматизма на поверхности наилучших изображений не превышает 2'' дуги. Остаточная кома для системы того же диаметра и на том же поле не превышает 0,6''-0,8'', а дисторсия - величины, равной 0,006%. Хроматизм увеличения для линий спектра от F до C, которые еще хорошо различаются глазом, довольно мал и составляет 0,08%. При относительном отверстии 1:7 коррекция остаточных осевых аберраций наилучшего варианта системы со стеклами корректора СТК12/КФ6 позволяет охватить область спектра 365-1530 нм при диаметре действующего отверстия телескопа 200-250 мм, в области спектра от линии h до линии с длиной волны 1530 нм диаметр действующего отверстия может быть увеличен до 500-750 мм, при этом волновые аберрации на оси по краям спектрального диапазона не выходят за пределы 1/4λ.
Предлагаемая система существенно лучше прототипа и в отношении уровня паразитного фона. Как легко заметить (см. табл. 1), отношение радиусов отрицательной линзы 3 (r4/r5) в предлагаемой системе намного больше, чем в прототипе, где оно составляло от 1,5 до 2. Это приводит к еще большему удалению плоскости фокусировки блика, образующегося при отражении света от четвертой поверхности, от плоскости изображения системы. Просветление линз корректора при таких благоприятных условиях устранит паразитный фон практически полностью, в связи с чем предлагаемую систему можно уверенно рекомендовать для астрофотографических и фотометрических работ.The astigmatism and curvature of the image field, fundamentally incorrigible, as in the prototype, however, are quite small and even with a relative aperture value of 1: 7 make it possible to provide an image field with a diameter of 30 arc minutes. For a system with an active hole diameter of 200 mm, the astigmatism scattering spot on the surface of the best images does not exceed 2 '' arcs. The residual coma for a system of the same diameter and in the same field does not exceed 0.6 '' - 0.8 '', and distortion - a value of 0.006%. The chromaticity of increase for the lines of the spectrum from F to C, which are still well distinguished by the eye, is quite small and amounts to 0.08%. With a relative aperture of 1: 7, the correction of the residual axial aberrations of the best version of the system with corrector glasses STK12 / KF6 allows you to cover the spectral region 365-1530 nm with a telescope aperture diameter of 200-250 mm, in the spectral region from the h line to the line with a wavelength of 1530 nm the diameter of the active hole can be increased to 500-750 mm, while the wave aberrations on the axis along the edges of the spectral range do not go beyond 1 / 4λ.
The proposed system is significantly better than the prototype in relation to the level of spurious background. As you can easily see (see table. 1), the ratio of the radii of the negative lens 3 (r 4 / r 5 ) in the proposed system is much larger than in the prototype, where it ranged from 1.5 to 2. This leads to an even greater removal of the plane focusing of the glare that is formed when light is reflected from the fourth surface, from the image plane of the system. The enlightenment of the corrector lenses under such favorable conditions will eliminate the parasitic background almost completely, and therefore the proposed system can be confidently recommended for astrophotographic and photometric work.
Наилучшая область применения предлагаемой оптической системы - производство на ее основе серийных, относительно дешевых, малогабаритных (с диаметром действующего отверстия 200-400 мм и относительным отверстием 1:7 - 1: 8) и универсальных телескопов для учебно-просветительских целей и любителей астрономии. В этой области применения предлагаемая система, ввиду ее простоты и относительной дешевизны, превосходит такие известные и широко применяемые типы телескопов, как система Ричи-Кретьена и "менисковый кассегрен" Максутова, практически не уступая им по качеству изображения и позволяя сравнительно простыми средствами без применения асферических поверхностей и ретуши, обеспечить высокую светосилу телескопа и достаточно большое поле хороших изображений порядка 30 угловых минут. The best field of application of the proposed optical system is the production on its basis of serial, relatively cheap, small-sized (with a working hole diameter of 200-400 mm and a relative hole of 1: 7 - 1: 8) and universal telescopes for educational purposes and astronomy lovers. In this area of application, the proposed system, in view of its simplicity and relative cheapness, surpasses such well-known and widely used types of telescopes as the Ritchie-Chretien system and Maksutov’s meniscus cassegrain, practically not inferior to them in image quality and allowing relatively simple means without aspheric surfaces and retouching, to ensure high aperture of the telescope and a sufficiently large field of good images of about 30 arc minutes.
Литература
1. Аргунов П. П. "Катадиоптрический телескоп", Авторское свидетельство СССР N 158697, Бюллетень N 22, 1963.Literature
1. Argunov P. P. "Catadioptric telescope", USSR Copyright Certificate N 158697, Bulletin N 22, 1963.
2. Аргунов П.П. "Катадиоптрический телескоп". Новая техника в астрономии.-М.: Наука, 1965, вып. 2, с. 8-16. 2. Argunov P.P. "Catadioptric telescope." A New Technique in Astronomy.-M.: Nauka, 1965, no. 2, p. 8-16.
3. Клевцов Ю. А. "Катадиоптрический телескоп", Авторское свидетельство СССР N 605189, Бюллетень N 16, 1978. 3. Klevtsov Yu. A. "Catadioptric telescope", USSR Author's Certificate N 605189, Bulletin N 16, 1978.
4. Оптическое стекло СССР - ГДР (совместный каталог), В/О МАШПРИБОРИНТОРГ. 4. Optical glass of the USSR - GDR (joint catalog), V / O MASHPRIBORINTORG.
5. Щеглов П. В. "Проблемы оптической астрономии".-М.: Наука, 1980, с. 272. 5. Scheglov P. V. "Problems of optical astronomy" .- M .: Nauka, 1980, p. 272.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96105080A RU2125285C1 (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Catadioptric telescope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96105080A RU2125285C1 (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Catadioptric telescope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96105080A RU96105080A (en) | 1998-06-27 |
RU2125285C1 true RU2125285C1 (en) | 1999-01-20 |
Family
ID=20178108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96105080A RU2125285C1 (en) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | Catadioptric telescope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2125285C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443005C2 (en) * | 2010-04-30 | 2012-02-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
RU2472190C1 (en) * | 2011-07-21 | 2013-01-10 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
RU2475788C1 (en) * | 2012-04-06 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
-
1996
- 1996-03-19 RU RU96105080A patent/RU2125285C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443005C2 (en) * | 2010-04-30 | 2012-02-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
RU2472190C1 (en) * | 2011-07-21 | 2013-01-10 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
EA020517B1 (en) * | 2011-07-21 | 2014-11-28 | Открытое акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" | Catadioptric telescope |
RU2475788C1 (en) * | 2012-04-06 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") | Catadioptric telescope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5446588A (en) | Wide-angle eyepiece optical system employing refractive and diffractive optical elements | |
US9297987B2 (en) | Wide field athermalized orthoscopic lens system | |
US2500017A (en) | Apochromatic telescope objectives and systems including same | |
US6266191B1 (en) | Diffractive-refractive achromatic lens | |
EP1076838A1 (en) | Dual field-of-view objective system for the infrared | |
US5864436A (en) | Constant deviation objective lens | |
US5444569A (en) | Collapsible terrestrial telescope | |
RU2475788C1 (en) | Catadioptric telescope | |
RU2125285C1 (en) | Catadioptric telescope | |
JP4915990B2 (en) | Eyepiece | |
US3486805A (en) | Ultra-achromatic fluorite silica triplet lens system | |
GB2269024A (en) | Optical system having at least one tilted Mangin mirror | |
US5703721A (en) | Optical magnifier | |
US2327947A (en) | Optical objective | |
JPS61132901A (en) | Achromatic optical system | |
US2576011A (en) | Catadioptric optical system | |
US5909307A (en) | Optical system for infrared camera | |
RU2248024C2 (en) | Katadioptrical telescope | |
US5587837A (en) | Binocular eyepiece with extended eye relief | |
US4190324A (en) | Achromatic objective lens | |
US2968220A (en) | Cassegrain mirror lens objective | |
US20160147059A1 (en) | Apochromatic optical design | |
Klevtsov | New optical systems for small-size telescopes | |
JP4161568B2 (en) | UV and infrared catadioptric optical systems | |
US5912770A (en) | Achromatic lens system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090320 |