RU2248024C2 - Katadioptrical telescope - Google Patents

Katadioptrical telescope Download PDF

Info

Publication number
RU2248024C2
RU2248024C2 RU2002112598/28A RU2002112598A RU2248024C2 RU 2248024 C2 RU2248024 C2 RU 2248024C2 RU 2002112598/28 A RU2002112598/28 A RU 2002112598/28A RU 2002112598 A RU2002112598 A RU 2002112598A RU 2248024 C2 RU2248024 C2 RU 2248024C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
telescope
lens
compensator
quasi
lenses
Prior art date
Application number
RU2002112598/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002112598A (en
Inventor
Ю.А. Клевцов (RU)
Ю.А. Клевцов
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод"
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 Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" filed Critical Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод"
Priority to RU2002112598/28A priority Critical patent/RU2248024C2/en
Publication of RU2002112598A publication Critical patent/RU2002112598A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2248024C2 publication Critical patent/RU2248024C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Telescopes (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: device has, mounted along beam path, main concave spherical mirror, correcting element, including two singular lenses of different grade glass with quasi-close in visible spectrum range dispersion coefficients, first of them is made in form of negative quasi-focal meniscus, directed by concave portion to observation object, and second one, negative, has mirror reflecting surface and is made of material with lesser refraction coefficient and three-lens isoplanatic compensator of non-axial aberrations, the last along beam path component of which is made in form of quasi-concentric meniscus, directed by concave portion to image plane.
EFFECT: better image quality, higher efficiency.
3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области астрономических приборов и может быть использовано в серийных малогабаритных телескопах, служащих для изучения астроклимата, наблюдений с прибором зарядной связи (ЛВС-камерами) разнообразных небесных объектов, а также для проведения астрофотографических, спектральных, фотометрических и иных работ в широком диапазоне спектра. Предлагаемая оптическая система может быть также использована в серийных любительских телескопах с диаметром действующего отверстия 150-400 мм.The present invention relates to the field of astronomical instruments and can be used in serial small-sized telescopes used to study the astroclimate, observations with a charging communication device (LAN cameras) of various celestial objects, as well as for conducting astrophotographic, spectral, photometric and other works in a wide range spectrum. The proposed optical system can also be used in serial amateur telescopes with a working hole diameter of 150-400 mm.

Известна катадиоптрическая система телескопа, предложенная автором [1], 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.Known catadioptric telescope system proposed by the author [1], containing the 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.

Первая по ходу луча линза корректирующего элемента в этой системе выполнена в виде отрицательного квазиафокального мениска, обращенного вогнутостью к объекту наблюдения, из материала отрицательной линзы с зеркальной поверхностью. Это существенно уменьшает вторичный спектр, делая его неощутимо малым для спектрального диапазона 486-656 нм, в котором человеческий глаз обладает наибольшей чувствительностью. Основным недостатком этой системы являются внеосевые аберрации. Астигматизм и кривизна поля, принципиально неустранимые в этой системе, возрастают при увеличении выноса плоскости фокусировки за главное зеркало. Это приводит к тому, что в серийных телескопах, построенных по этой схеме, имеющих вынос плоскости фокусировки за главное зеркало порядка величины действующего отверстия, приходится ограничивать эквивалентное относительное отверстие величиной 1:10, а поле зрения - величиной в 30-40 угловых минут, что явно недостаточно, например, для фотографических работ при использовании наиболее употребительной фотоаппаратуры с размером кадра 24×36 мм.The first corrective element lens in this system in the system is made in the form of a negative quasi-focal meniscus, turned concave to the object of observation, from a material of a negative lens with a mirror surface. This significantly reduces the secondary spectrum, making it imperceptibly small for the spectral range of 486-656 nm, in which the human eye has the greatest sensitivity. The main disadvantage of this system is off-axis aberration. Astigmatism and field curvature, which are fundamentally unavoidable in this system, increase with an increase in the extension of the focus plane beyond the main mirror. This leads to the fact that in serial telescopes constructed according to this scheme, having a focus plane extending beyond the main mirror of the order of magnitude of the active hole, it is necessary to limit the equivalent relative aperture to 1:10, and the field of view to 30-40 angular minutes, which obviously not enough, for example, for photographic work using the most common photo equipment with a frame size of 24 × 36 mm.

Кроме того, когда на современном этапе развития светоприемной аппаратуры все большее применение в наблюдательной астрономии получают ПЗС-матрицы и широко используются фотографические эмульсии, чувствительные к широкому спектральному диапазону, спектральная область работы 486-656 нм даже для любительского телескопа представляется явно недостаточной и нужна рабочая область спектра 400-900 нм при относительном отверстии кассегреновской системы до 1:6-1:7 и угловом поле зрения до 1,5 градусов.In addition, when CCD arrays are increasingly used in observational astronomy at the present stage of development of light-receiving equipment, and photographic emulsions that are sensitive to a wide spectral range are widely used, the spectral range of 486-656 nm even seems to be insufficient for an amateur telescope and a work area is needed spectrum 400-900 nm with a relative aperture of the Cassegrain system up to 1: 6-1: 7 and an angular field of view of up to 1.5 degrees.

Прототипом предлагаемого изобретения является катадиоптрическая система телескопа, предложенная автором [2], содержащая 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. Линзы корректора выполнены из разных марок стекла, имеющих в видимой области спектра квазиблизкие коэффициенты дисперсии.The prototype of the invention is a catadioptric telescope system proposed by the author [2], containing the main concave spherical mirror mounted along the beam and a correction 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 is negative and has a mirror reflective surface. The corrector lenses are made of different grades of glass having quasi-close dispersion coefficients in the visible spectrum.

Спектральный диапазон работы этой системы ограничен только коротковолновой границей пропускания стекла и спектральным интервалом просветляющего покрытия линз корректора. В рабочем диапазоне спектра 400-900 нм такие телескопы обеспечивают дифракционное качество изображения на оси при диаметре действующего отверстия 150-400 мм.The spectral range of this system is limited only by the short-wavelength transmission limit of the glass and the spectral range of the antireflection coating of the corrector lenses. In the operating spectral range of 400–900 nm, such telescopes provide diffractive image quality on the axis with an active hole diameter of 150–400 mm.

Однако в прототипе [2] астигматизм и кривизна поля не могут быть исправлены, поэтому при повышении относительного отверстия, например, до значения 1:7 поле зрения, на котором еще возможно получение изображения высокого качества, в зависимости от диаметра действующего отверстия системы не может быть более 30 угловых минут.However, in the prototype [2], the astigmatism and the curvature of the field cannot be corrected; therefore, when the relative aperture is increased, for example, to a value of 1: 7, the field of view, where it is still possible to obtain a high-quality image, depending on the diameter of the active aperture of the system, cannot be more than 30 arc minutes.

Предложенная система катадиоптрического телескопа позволяет обеспечить более высокие технические характеристики, а именно: повысить относительное отверстие и увеличить поле зрения телескопа.The proposed system of a catadioptric telescope allows to provide higher technical characteristics, namely: to increase the relative aperture and increase the field of view of the telescope.

Предложенная система, как и прототип, содержит установленные по ходу луча главное вогнутое сферическое зеркало и корректирующий элемент, включающий две одиночные линзы из разных марок стекла с квазиблизкими в видимой области спектра коэффициентами дисперсии, первая из которых выполнена в виде отрицательного квазиафокального мениска, обращенного вогнутостью к объекту наблюдения, а вторая отрицательная, имеет зеркальную отражающую поверхность и выполнена из материала с меньшим показателем преломления.The proposed system, like the prototype, contains the main concave spherical mirror installed along the beam and a correcting element, including two single lenses of different grades of glass with dispersion coefficients quasiblique in the visible spectral region, the first of which is made in the form of a negative quasi-focal meniscus facing concavity to object of observation, and the second negative, has a mirror reflective surface and is made of material with a lower refractive index.

Более высокие технические характеристики предложенной системы обеспечиваются новой совокупностью отличительных признаков:Higher technical characteristics of the proposed system are provided by a new set of distinctive features:

1. Перед фокальной плоскостью телескопа установлен трехлинзовый изопланатический компенсатор внеосевых аберраций, причем последний по ходу луча компонент компенсатора выполнен в виде квазиконцентрического мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения.1. A three-lens isoplanatic compensator for off-axis aberrations is installed in front of the focal plane of the telescope, and the last component of the compensator along the beam is made in the form of a quasiconcentric meniscus facing concavity to the image plane.

2. Первые две по ходу луча линзы компенсатора внеосевых аберраций могут быть склеены.2. The first two off-axis lens compensators of off-axis aberrations can be glued.

3. Показатель преломления первой по ходу луча линзы корректирующего элемента для спектральной линии 589,3 нм не превышает 1,66, а коэффициент дисперсии больше коэффициента дисперсии второй линзы на величину, не превышающую 3%.3. The refractive index of the first correcting element along the lens beam for the spectral line 589.3 nm does not exceed 1.66, and the dispersion coefficient is greater than the dispersion coefficient of the second lens by an amount not exceeding 3%.

Установка вблизи фокальной плоскости телескопа линзового изопланатического (с исправленной комой и незначительной сферической аберрацией) компенсатора внеосевых аберраций, имеющего положительную оптическую силу, дает возможность уменьшить эквивалентное фокусное расстояние телескопа, а следовательно, увеличить его эквивалентное относительное отверстие и одновременно за счет введения весьма незначительной сферической аберрации на оси исправить астигматизм всей системы.The installation of an off-axis aberration compensator with positive optical power near the focal plane of the telescope of the lens isoplanatic (with corrected coma and slight spherical aberration) makes it possible to reduce the equivalent focal length of the telescope and, consequently, increase its equivalent relative aperture and at the same time introduce very insignificant spherical aberration on the axis correct astigmatism of the entire system.

Особая конструкция компенсатора внеосевых аберраций, удовлетворяющая признакам п.1 и п.2, дает возможность расширения поля зрения за счет исправления астигматизма, кривизны поля и хроматизма увеличения.The special design of the off-axis aberration compensator, which satisfies the features of Claims 1 and 2, makes it possible to expand the field of view by correcting astigmatism, field curvature, and increase chromatism.

Выполнение линз корректора из стекол, удовлетворяющих признакам п.3, дает возможность строить корректор из стекол повышенной однородности и светопропускания.The implementation of the corrector lenses from glasses that meet the characteristics of paragraph 3, makes it possible to build a corrector from glasses of increased uniformity and light transmission.

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:The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:

Фиг.1 - оптическая схема катадиоптрического телескопа с изопланатическим компенсатором внеосевых аберраций;Figure 1 is an optical diagram of a catadioptric telescope with an isoplanatic compensator for off-axis aberrations;

фиг.2 - точечные диаграммы для телескопа с действующим отверстием 200 мм (относительное отверстие - 1:6,5);figure 2 - scatter diagrams for a telescope with a working hole of 200 mm (relative hole - 1: 6.5);

фиг.3 - точечные диаграммы для телескопа с действующим отверстием 250 мм (относительное отверстие - 1:6,3).figure 3 - scatter diagrams for a telescope with a working hole of 250 mm (relative hole - 1: 6.3).

На фиг.1 изображена предлагаемая оптическая система катадиоптрического телескопа. Система содержит установленные по ходу луча главное вогнутое сферическое зеркало 1 и корректирующий элемент, включающий две одиночные линзы 2 и 3 из разных марок стекла с квазиблизкими в видимой области спектра коэффициентами дисперсии, первая из которых (2) выполнена в виде отрицательного квазиафокального мениска, обращенного вогнутостью к объекту наблюдения, а вторая отрицательная (3) имеет зеркальную отражающую поверхность и выполнена из материала с меньшим показателем преломления. Вблизи фокальной плоскости телескопа установлен трехлинзовый изопланатический компенсатор внеосевых аберраций, включающий одиночные линзы 4, 5 и 6, причем последний по ходу луча компонент компенсатора 6 выполнен в виде квазиконцентрического мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения. В предложенном варианте телескопа одиночные линзы компенсатора 4 и 5 могут быть склеены своими внутренними поверхностями.Figure 1 shows the proposed optical system catadioptric telescope. The system contains a main concave spherical mirror 1 installed along the beam and a correction element, including two single lenses 2 and 3 from different grades of glass with dispersion coefficients quasiblique in the visible spectral region, the first of which (2) is made in the form of a negative quasi-focal meniscus reversed by concavity to the object of observation, and the second negative (3) has a mirror reflective surface and is made of material with a lower refractive index. Near the focal plane of the telescope, a three-lens isoplanatic off-axis aberration compensator is installed, including single lenses 4, 5 and 6, and the last component of the compensator 6 along the beam is made in the form of a quasi-concentric meniscus facing concavity to the image plane. In the proposed version of the telescope, the single lenses of the compensator 4 and 5 can be glued with their internal surfaces.

Лучи света, отражаясь от главного зеркала 1, проходят через линзы корректирующего элемента 2 и 3 и, отражаясь от зеркальной поверхности линзы 3, идут обратно через корректор, выходя из которого, собираются линзами 4, 5, 6 компенсатора внеосевых аберраций в плоскости изображения телескопа на небольшом расстоянии за компенсатором.Rays of light, reflected from the main mirror 1, pass through the lenses of the correction element 2 and 3 and, reflected from the mirror surface of the lens 3, go back through the corrector, leaving which are collected by the lenses 4, 5, 6 of the off-axis aberration compensator in the image plane of the telescope on a short distance behind the compensator.

Обоснуем возможность достижения в предложенной схеме заявленных технических характеристик.We will justify the possibility of achieving the claimed technical characteristics in the proposed scheme.

Расширению поля зрения в катадиоптрическом телескопе-прототипе [2] препятствует ряд факторов: во-первых, принципиально неисправимые в этой схеме внеосевые аберрации - астигматизм и кривизна поля, возрастающие к тому же с увеличением выноса фокальной плоскости за главное зеркало, во-вторых, наличие в этой системе хроматизма увеличения, который мал только для небольших угловых полей и области спектра, к которой человеческий глаз наиболее чувствителен, но для области спектра 400-900 нм в угловом поле системы до 1,5 градусов может составить величину, весьма существенную - в 2-3 раза большую величины фотографического рассеяния современных пленок (20-30 мкм). Относительное отверстие в телескопе-прототипе с выносом фокуса за главное зеркало порядка величины действующего отверстия, а именно с таким выносом для удобства размещения светоприемных устройств строятся серийные кассегреновские телескопы, не превышает величины 1:8 1:8,5. Для ряда астрофотографических работ требуется относительное отверстие, более высокое. В серийной схеме телескопа-прототипа увеличивать дальше относительное отверстие означает не только ухудшить качество изображения на оси системы, но и сузить допуски на ее параметры и юстировку настолько, что осуществление такой схемы в серийном производстве станет нереальным, кроме того, как уже указывалось выше, такой путь не приводит к расширению поля зрения.The expansion of the field of view in a catadioptric telescope prototype [2] is hindered by a number of factors: firstly, off-axis aberrations that are fundamentally unrecoverable in this scheme — astigmatism and field curvature, which also increase with increasing focal plane offset beyond the main mirror, and secondly, the presence of in this chromaticity system, an increase that is small only for small angular fields and the spectral region to which the human eye is most sensitive, but for the spectral region 400-900 nm in the angular field of the system up to 1.5 degrees, can be well, a very substantial - 2-3 times larger magnitude of the photographic scattering of modern films (20-30 microns). The relative aperture in the prototype telescope with the focus removed beyond the main mirror is of the order of magnitude of the active hole, namely, with this extension, serial Cassegrain telescopes are built for ease of placement of light-receiving devices, it does not exceed 1: 8 1: 8.5. A number of astrophotographic works require a relative hole, a higher one. In the prototype telescope’s serial circuit, increasing the relative aperture further means not only degrading the image quality on the system axis, but also narrowing the tolerances on its parameters and alignment so that the implementation of such a scheme in serial production becomes unrealistic, in addition, as mentioned above, such the path does not expand the field of view.

Для того чтобы обойти указанные затруднения, в схему фиг.1 вводится дополнительный оптический элемент - компенсатор внеосевых аберраций. Компенсатор имеет положительную оптическую силу, в связи с чем уменьшает фокусное расстояние телескопа и увеличивает его эквивалентное относительное отверстие. Особая изопланатическая конструкция компенсатора внеосевых аберраций позволяет исправлять астигматизм, кривизну поля и хроматизм увеличения. Компенсатор содержит три одиночные линзы 4, 5 и 6 (фиг.1). Линза 6 представляет из себя квазиафокальный отрицательный мениск, весьма близкий к концентрическому, обращенный вогнутостью к плоскости изображения. Эта линза используется для коррекции кривизны поля и хроматизма увеличения. Эквивалентная оптическая сила блока линз 4 и 5 положительная, благодаря чему компенсатор увеличивает относительное отверстие телескопа. Блок линз 4 и 5 самостоятельно исправлен на хроматизм положения и кому, но имеет сравнительно небольшую отрицательную сферическую аберрацию, которая вводится для того, чтобы компенсировать принципиально неисправимый отрицательный астигматизм системы: главное зеркало 1 - корректирующий элемент (линзы 2, 3). Такой тип коррекции оптической системы в оптике принято называть изопланатическим.In order to circumvent these difficulties, an additional optical element, a compensator for off-axis aberrations, is introduced into the diagram of Fig. 1. The compensator has a positive optical power, and therefore reduces the focal length of the telescope and increases its equivalent relative aperture. The special isoplanatic design of the off-axis aberration compensator corrects astigmatism, field curvature and magnification chromatism. The compensator contains three single lenses 4, 5 and 6 (figure 1). Lens 6 is a quasi-focal negative meniscus, very close to concentric, facing concavity to the image plane. This lens is used to correct field curvature and magnification chromatism. The equivalent optical power of the lens unit 4 and 5 is positive, due to which the compensator increases the relative aperture of the telescope. The lens block 4 and 5 is independently corrected for position chromatism and coma, but it has a relatively small negative spherical aberration, which is introduced in order to compensate for the fundamentally incorrigible negative astigmatism of the system: the main mirror 1 is a correction element (lenses 2, 3). This type of correction of the optical system in optics is called isoplanatic.

Продольная сферическая аберрация на оси телескопа имеет отрицательное значение и зависит от положения компенсатора внеосевых аберраций. Чем меньше задний отрезок системы (расстояние между последней поверхностью линзы 6 (фиг.1) и плоскостью изображения), тем меньше сферическая аберрация и лучше качество изображения. Поэтому задний отрезок системы следует выбирать лишь незначительно больше рабочего отрезка фотоаппарата. Для фотоаппарата с форматом кадра 24×36 мм этот отрезок составляет 45,5 мм и этого расстояния вполне достаточно для того, чтобы обеспечить в предлагаемой системе телескопа качество изображения, близкое к дифракционному в центре поля зрения и удовлетворяющее требованиям к размерам эффективного пятна рассеяния (20-30 мкм) для современных светоприемных устройств в его периферийной части.The longitudinal spherical aberration on the axis of the telescope is negative and depends on the position of the compensator for off-axis aberrations. The smaller the back segment of the system (the distance between the last surface of the lens 6 (Fig. 1) and the image plane), the lower the spherical aberration and the better the image quality. Therefore, the back section of the system should be selected only slightly larger than the working section of the camera. For a camera with a 24 × 36 mm frame format, this segment is 45.5 mm and this distance is enough to ensure the image quality in the proposed telescope system that is close to diffraction in the center of the field of view and satisfies the requirements for the size of the effective scattering spot (20 -30 μm) for modern light-receiving devices in its peripheral part.

В широкой области спектра 400-900 нм на поле зрения до 1,5 градуса большое значение имеет исправление хроматизма увеличения. Квазиконцентрический мениск 6 дает противоположный по знаку хроматизм увеличения относительно системы: главное зеркало 1 - корректирующий элемент (линзы 2 и 3). Можно выбрать толщину этого мениска таким образом, чтобы полностью исправить эту аберрацию, но в широкой области спектра, обеспечив по краю поля зрения исправление хроматизма увеличения для крайних линий, например 400 и 900 нм, невозможно получить одновременного исправления хроматизма увеличения для лучей видимой области из-за наличия в системе вторичного хроматизма увеличения. Эта аберрация связана с выбором марок стекла линз 4 и 5 компенсатора внеосевых аберраций. Для обеспечения спектральной области работы 436-768 нм достаточно стекол с обычным ходом дисперсии, а блок линз 4 и 5 компенсатора внеосевых аберраций может иметь обычную ахроматическую (для двух линий спектра) коррекцию хроматизма положения. В этом случае выбор марок стекла для линз 4 и 5 относительно свободен и дает возможность склеить их внутренними поверхностями в единый блок, чем упрощается конструкция, уменьшается паразитный свет и увеличивается светопропускание системы. Но, чтобы расширить спектральную область работы телескопа до 400-900 нм, необходимо полностью исправить вторичный хроматизм увеличения. Для этого достаточно одну из линз 4 или 5 выполнить из стекла с особым ходом дисперсии. Блок линз 4 и 5 компенсатора при этом будет иметь апохроматическую (для трех линий спектра) коррекцию хроматизма положения. С точки зрения минимизации хроматических аберраций лучше всего из особого стекла выполнять положительную линзу 5, а в качестве материала для этой линзы использовать флюорит или заменяющее его стекло из серии особых кронов (стекло ОК4 ГОСТ 3514-94). Поскольку коэффициент линейного расширения этих материалов существенно отличается от обычного стекла, использующегося в линзе 4 для обеспечения апохроматической коррекции силового компонента, склеить линзы 4 и 5 в единый узел не удается и компенсатор с коррекцией хроматических аберраций в широкой области спектра 400-900 нм будет содержать три отдельных линзы. Чередование оптических сил линз 4 и 5 в компенсаторе может быть произвольным. Обе возможных конструкции не имеют существенных различий в смысле коррекции остаточных аберраций.In a wide spectral region of 400–900 nm in the field of view of up to 1.5 degrees, correction of the increase chromatism is of great importance. The quasiconcentric meniscus 6 gives the opposite in sign chromatism of the increase relative to the system: the main mirror 1 is a correction element (lenses 2 and 3). You can choose the thickness of this meniscus in such a way as to completely correct this aberration, but in a wide spectral region, providing along the edge of the field of view correction of chromaticity of magnification for the extreme lines, for example 400 and 900 nm, it is impossible to obtain simultaneous correction of chromaticity of magnification for the rays of the visible region from for the presence in the system of secondary chromatism increase. This aberration is associated with the choice of grades of glass lenses 4 and 5 of the compensator for off-axis aberrations. To provide a spectral range of 436–768 nm, glasses with the usual dispersion path are sufficient, and the lens block 4 and 5 of the off-axis aberration compensator can have the usual achromatic (for two spectral lines) correction of position chromatism. In this case, the choice of glass grades for lenses 4 and 5 is relatively free and makes it possible to glue them with internal surfaces into a single unit, which simplifies the design, reduces stray light and increases the light transmission of the system. But, in order to expand the spectral range of the telescope to 400–900 nm, it is necessary to completely correct the secondary chromatism of magnification. To do this, it is enough to make one of the lenses 4 or 5 out of glass with a special dispersion course. The lens block 4 and 5 of the compensator will have an apochromatic (for three spectral lines) correction of the position chromatism. From the point of view of minimizing chromatic aberrations, it is best to use a positive lens 5 from special glass, and use fluorite or a glass replacing it from a series of special crowns as a material for this lens (glass OK4 GOST 3514-94). Since the linear expansion coefficient of these materials differs significantly from ordinary glass, which is used in lens 4 to provide apochromatic correction of the power component, it is not possible to glue lenses 4 and 5 into a single assembly and the compensator with correction of chromatic aberrations in a wide spectral region of 400–900 nm will contain three individual lenses. The alternation of the optical powers of lenses 4 and 5 in the compensator can be arbitrary. Both possible designs do not have significant differences in the sense of correction of residual aberrations.

Область сортамента стекла корректирующего элемента в предлагаемой системе катадиоптрического телескопа существенно отличается от таковой для системы-прототипа [2]. В частности, для мениска системы-прототипа применялось стекло из серии сверхтяжелый крон с показателем преломления для линии 589,3 нм от 1,69 до 1,76, коэффициент дисперсии которого в видимой области спектра был меньше, чем коэффициент дисперсии отрицательной линзы 3.The range of the glass range of the correction element in the proposed system of the catadioptric telescope is significantly different from that for the prototype system [2]. In particular, for the meniscus of the prototype system, glass from a series of superheavy crowns was used with a refractive index for the line 589.3 nm from 1.69 to 1.76, the dispersion coefficient of which in the visible region of the spectrum was less than the dispersion coefficient of the negative lens 3.

В указанной области изменения показателя преломления заводы оптического стекла не производят сверхтяжелых кронов с повышенной однородностью и светопропусканием, пригодных для использования в астрономических приборах. Это создает большие трудности при серийном отборе такого стекла для мениска в системе-прототипе [2].In the indicated region of refractive index variation, optical glass plants do not produce superheavy crowns with increased uniformity and light transmission suitable for use in astronomical instruments. This creates great difficulties in the serial selection of such glass for the meniscus in the prototype system [2].

Однако для мениска 2 (фиг.1) предложенной системы можно применять стекла с показателем преломления 1,61-1,66, что соответствует также и области тяжелых кронов, которые лучше освоены в производстве, обладают высокой прозрачностью и однородностью. При этом в отличие от прототипа коэффициент дисперсии мениска 2 в видимой области спектра должен быть не меньше, а больше, чем у отрицательной линзы 3, на величину, не превышающую 3%.However, for meniscus 2 (Fig. 1) of the proposed system, glasses with a refractive index of 1.61-1.66 can be used, which also corresponds to the region of heavy crowns, which are better mastered in production, have high transparency and uniformity. Moreover, in contrast to the prototype, the dispersion coefficient of meniscus 2 in the visible region of the spectrum should be not less, but more than that of negative lens 3, by an amount not exceeding 3%.

В качестве конкретного примера, подтверждающего обоснованность связи рассмотренных отличительных признаков с достижением заявленных технических характеристик, приведем точечные диаграммы для двух рассчитанных по предлагаемой оптической схеме систем.As a specific example, confirming the validity of the relationship of the considered distinguishing features with the achievement of the claimed technical characteristics, we present the scatter diagrams for two systems calculated according to the proposed optical design.

Система с диаметром действующего отверстия 200 мм имеет без компенсатора внеосевых аберраций относительное отверстие 1:8,75. Марки стекла для линз корректирующего элемента, использованные в этой схеме, - ТК14 и КФ4 (по ГОСТ 3514-94). Компенсатор внеосевых аберраций увеличивает эквивалентное относительное отверстие до величины 1:6,5. Марки стекол компенсатора: для линзы 4 и 6 - ТФ4, для линзы 5 БФ12. Линзы 4 и 5 склеены. Угловое поле зрения составляет 1,3 градуса. Задний отрезок системы - 53 мм. Точечные диаграммы в диапазоне спектра 436-768 нм и пяти углов поля зрения 0, 0,325, 0,65, 0,975 и 1,3 градуса приведены на фиг.2.A system with an active hole diameter of 200 mm has a relative aperture of 1: 8.75 without an off-axis aberration compensator. The glass grades for the lenses of the correction element used in this scheme are TK14 and KF4 (according to GOST 3514-94). The off-axis aberration compensator increases the equivalent relative aperture to a value of 1: 6.5. The brands of compensator glasses: for lenses 4 and 6 - TF4, for lens 5 BF12. Lenses 4 and 5 are glued together. The angular field of view is 1.3 degrees. The rear section of the system is 53 mm. Scatter plots in the spectral range 436-768 nm and five angles of the field of view of 0, 0.325, 0.65, 0.975 and 1.3 degrees are shown in figure 2.

Схема с диаметром действующего отверстия 250 мм имеет без компенсатора внеосевых аберраций относительное отверстие 1:8,5. Марки стекла для линз корректирующего элемента, использованные в этой схеме, - СТКЗ и БК10. Компенсатор внеосевых аберраций увеличивает эквивалентное относительное отверстие до величины 1:6,3. Марки стекол компенсатора: для линзы 4 - КФ4, для линзы 5 - флюорит и для линзы 6 - ТФ4. Линзы 4 и 5 не склеены. Угловое поле зрения составляет 1,3 градуса. Задний отрезок системы - 55 мм. Точечные диаграммы в диапазоне спектра 400-900 нм и пяти углов поля зрения 0, 0,325, 0,65, 0,975 и 1.3 градуса приведены на фиг.3.The circuit with a diameter of the active hole of 250 mm has a relative aperture of 1: 8.5 without an off-axis aberration compensator. The glass grades for the lenses of the correction element used in this scheme are STKZ and BK10. The off-axis aberration compensator increases the equivalent relative aperture to a value of 1: 6.3. The brands of compensator glasses: for lens 4 - KF4, for lens 5 - fluorite and for lens 6 - TF4. Lenses 4 and 5 are not glued. The angular field of view is 1.3 degrees. The back section of the system is 55 mm. Scatter plots in the spectral range of 400-900 nm and five angles of field of view of 0, 0.325, 0.65, 0.975 and 1.3 degrees are shown in Fig.3.

Радиус окружности ограничения на точечных диаграммах фиг.2 и 3 составляет 15 мкм.The radius of the circumference of the restriction in the scatter diagrams of FIGS. 2 and 3 is 15 μm.

Из фиг.2 и 3 видно, что поперечные аберрации предлагаемой системы с компенсатором внеосевых аберраций в указанном диапазоне спектра и выбранной плоскости фокусировки укладываются для углового поля до 1/3 градуса в величину 15-20 мкм, а на краю поля составляют величину порядка 30 мкм. Точный расчет диаметра эффективного пятна рассеяния, в котором содержится 80% энергии света, достигающего плоскости фокусировки в заданном диапазоне спектра, с учетом дифракции и спектральной чувствительности тонкой многослойной ПЗС-матрицы [3] позволяет утверждать, что обе системы в указанных диапазонах спектра на угловом поле до 1/3 градуса дают изображение точечного объекта (звезды) эффективного диаметра 17-18 мкм, а в пределах поля зрения до 1,3 градуса - 24-26 мкм, что удовлетворяет самым строгим требованиям к изображению точечного тест-объекта для астрофотографии и практически укладывается в требования к качеству изображения для астрономических систем, работающих с ПЗС-матрицами, для которых размеры эффективного светочувствительного пятна в настоящее время составляют 7-9 мкм, и следовательно, изображение звезды может иметь размеры 14-18 мкм.From figure 2 and 3 it is seen that the transverse aberrations of the proposed system with a compensator for off-axis aberrations in the specified range of the spectrum and the selected focusing plane fit for an angular field of up to 1/3 degree in the amount of 15-20 microns, and at the edge of the field are about 30 microns . An accurate calculation of the diameter of the effective scattering spot, which contains 80% of the light energy reaching the focusing plane in a given spectrum range, taking into account the diffraction and spectral sensitivity of a thin multilayer CCD matrix [3], allows us to state that both systems in the indicated spectral ranges are in an angular field up to 1/3 of a degree give an image of a point object (star) with an effective diameter of 17-18 microns, and within the field of view up to 1.3 degrees - 24-26 microns, which meets the most stringent requirements for the image of a point test object that for astro and substantially fits in to the image quality requirements for astronomical systems operating with CCDs for which the effective size of the photosensitive spots currently represent 7-9 microns, and therefore, the star image may have a size of 14-18 microns.

Все использованные в корректоре марки оптического стекла ТК14, КФ4, СТКЗ, БК10 по ГОСТ 3514-94 имеют высшую категорию оптической однородности и удовлетворяют п.3 патентной формулы.All brands of optical glass TK14, KF4, STKZ, BK10 used in the corrector according to GOST 3514-94 have the highest category of optical uniformity and satisfy claim 3 of the patent formula.

Как доказано выше, предлагаемая система обеспечивает высокое качество оптического изображения в широком диапазоне спектра, при этом ее относительное отверстие и угловое поле могут быть увеличены. Это обеспечивается благодаря наличию новой совокупности отличительных признаков:As proved above, the proposed system provides high quality optical images in a wide range of the spectrum, while its relative aperture and angular field can be increased. This is ensured by the presence of a new set of distinctive features:

1. Перед фокальной плоскостью телескопа установлен трехлинзовый изопланатический компенсатор внеосевых аберраций, причем последний по ходу луча компонент компенсатора выполнен в виде квазиконцентрического мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения.1. A three-lens isoplanatic compensator for off-axis aberrations is installed in front of the focal plane of the telescope, and the last component of the compensator along the beam is made in the form of a quasiconcentric meniscus facing concavity to the image plane.

2. Первые две по ходу луча линзы компенсатора внеосевых аберраций могут быть склеены.2. The first two off-axis lens compensators of off-axis aberrations can be glued.

3. Показатель преломления первой по ходу луча линзы корректирующего элемента для спектральной линии 589,3 нм не превышает 1,66, а коэффициент дисперсии больше коэффициента дисперсии второй линзы на величину, не превышающую 3%.3. The refractive index of the first correcting element along the lens beam for the spectral line 589.3 nm does not exceed 1.66, and the dispersion coefficient is greater than the dispersion coefficient of the second lens by an amount not exceeding 3%.

Предлагаемая система, сохраняя все конструктивные достоинства аналога и прототипа: сферическую форму оптических поверхностей, малый размер корректирующих линз, компактность и отсутствие паразитного света, обладает по отношению к прототипу следующими основными преимуществами:The proposed system, while retaining all the structural advantages of the analogue and prototype: the spherical shape of the optical surfaces, the small size of the corrective lenses, compactness and the absence of stray light, has the following main advantages with respect to the prototype:

1. Возможностью увеличения относительного отверстия без потери качества изображения в широкой области спектра и сужения допусков на параметры системы и ее центрировку до значения 1:6,3.1. The possibility of increasing the relative aperture without loss of image quality in a wide spectral region and narrowing the tolerances on the system parameters and its centering to a value of 1: 6.3.

2. Возможностью увеличения углового поля зрения до величины в 1,3 градуса благодаря введению в оптическую систему телескопа компенсатора внеосевых аберраций особой конструкции, исправляющего астигматизм, кривизну поля и хроматизм увеличения.2. The possibility of increasing the angular field of view to a value of 1.3 degrees due to the introduction of an off-axis aberration compensator of a special design in the optical system of the telescope that corrects astigmatism, field curvature and increase chromatism.

3. Возможностью улучшения качества изображения за счет расширения допустимого сортамента стекол корректора и открывающейся вследствие этого возможностью использования в корректоре марок стекла с высоким пропусканием и однородностью.3. The ability to improve image quality by expanding the acceptable range of corrector glasses and the resulting opportunity to use glass grades with high transmittance and uniformity in the corrector.

Благодаря указанным преимуществам предлагаемую систему телескопа можно рекомендовать для астрофотографических работ и наблюдений с ПЗС-матрицами, выполняемыми в широком спектральном диапазоне 400-900 нм.Due to these advantages, the proposed telescope system can be recommended for astrophotographic work and observations with CCD arrays, performed in a wide spectral range of 400-900 nm.

Наилучшая область применения предлагаемой оптической системы - производство на ее основе серийных, относительно дешевых, малогабаритных с диаметром действующего отверстия 150 - 400 мм и относительным отверстием 1:6,3 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, "менисковый Кассегрен" Максутова и систему Шмидта-Кассегрена, которые, кроме того, она превосходит еще и по качеству изображения в широком диапазоне спектра и позволяет сравнительно простыми средствами без применения асферических поверхностей и ретуши обеспечить высокую светосилу телескопа и достаточно большое поле хороших изображений размером в 1,3 градуса.The best field of application of the proposed optical system is the production on its basis of serial, relatively cheap, small-sized with an effective hole diameter of 150 - 400 mm and a relative aperture of 1: 6.3 universal telescopes for educational purposes and astronomy lovers. In this area of application, the proposed system, due to its simplicity and relative cheapness, surpasses such well-known and widely used types of telescopes as the Ritchie-Chretien system, the “meniscus Cassegrain” of Maksutov and the Schmidt-Cassegrain system, which, in addition, it also surpasses in image quality in a wide range of the spectrum and allows using relatively simple means without the use of aspherical surfaces and retouching to provide a high aperture of the telescope and a sufficiently large field of good images with a size of 1.3 grams baleen.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Клевцов Ю.А. "Катадиоптрический телескоп". Авторское свидетельство СССР № 605189, Бюллетень № 16, 1978.1. Klevtsov Yu.A. "Catadioptric telescope." USSR copyright certificate No. 605189, Bulletin No. 16, 1978.

2. Клевцов Ю.А. "Катадиоптрический телескоп". Патент на изобретение РФ № 2125285, Бюллетень № 2, 1999.2. Klevtsov Yu.A. "Catadioptric telescope." Patent for the invention of the Russian Federation No. 2125285, Bulletin No. 2, 1999.

3. Г.Уокер "Астрономические наблюдения", перевод с англ. под ред. П.В.Щеглова М.: Мир, 1990, стр.309.3. G. Walker "Astronomical observations", translation from English. under the editorship of P.V. Shcheglova M .: Mir, 1990, p. 309.

Claims (3)

1. Катадиоптрический телескоп, содержащий установленные по ходу луча главное вогнутое сферическое зеркало и корректирующий элемент, включающий две одиночные линзы из разных марок стекла с квазиблизкими в видимой области спектра коэффициентами дисперсии, первая из которых выполнена в виде отрицательного квазиафокального мениска, обращенного вогнутостью к объекту наблюдения, а вторая, отрицательная, имеет зеркальную отражающую поверхность и выполнена из материала с меньшим показателем преломления, отличающийся тем, что перед фокальной плоскостью телескопа установлен трехлинзовый изопланатический компенсатор внеосевых аберраций, причем последний по ходу луча компонент компенсатора выполнен в виде квазиконцентрического мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения.1. A catadioptric telescope containing a main concave spherical mirror mounted along the beam and a correcting element, including two single lenses of different grades of glass with dispersion coefficients quasi-close in the visible region of the spectrum, the first of which is made in the form of a negative quasi-focal meniscus turned concave to the object of observation and the second, negative, has a specular reflective surface and is made of a material with a lower refractive index, characterized in that in front of the focal plane three-lens telescope mounted isoplanatic compensator off-axis aberrations, the latter being downstream of the compensator component beam is formed as a meniscus kvazikontsentricheskogo facing concave to the image plane. 2. Телескоп по п.1, отличающийся тем, что первые две по ходу луча линзы компенсатора внеосевых аберраций могут быть склеены.2. The telescope according to claim 1, characterized in that the first two off-axis lenses of the off-axis aberration compensator can be glued. 3. Телескоп по п.1 или 2, отличающийся тем, что показатель преломления первой по ходу луча линзы корректирующего элемента для спектральной линии с длиной волны 589,3 нм не превышает 1,66, а коэффициент дисперсии больше коэффициента дисперсии второй линзы на величину, не превышающую 3%.3. The telescope according to claim 1 or 2, characterized in that the refractive index of the first correction element along the lens beam for a spectral line with a wavelength of 589.3 nm does not exceed 1.66, and the dispersion coefficient is greater than the dispersion coefficient of the second lens by, not exceeding 3%.
RU2002112598/28A 2002-05-13 2002-05-13 Katadioptrical telescope RU2248024C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002112598/28A RU2248024C2 (en) 2002-05-13 2002-05-13 Katadioptrical telescope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002112598/28A RU2248024C2 (en) 2002-05-13 2002-05-13 Katadioptrical telescope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002112598A RU2002112598A (en) 2004-02-10
RU2248024C2 true RU2248024C2 (en) 2005-03-10

Family

ID=35365021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002112598/28A RU2248024C2 (en) 2002-05-13 2002-05-13 Katadioptrical telescope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2248024C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2650055C1 (en) * 2017-02-08 2018-04-06 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" Catadioptric telescope

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
EA022143B1 (en) * 2012-04-06 2015-11-30 Акционерное общество "Швабе - Оборона и Защита" Device of catadioptric telescope
RU2650055C1 (en) * 2017-02-08 2018-04-06 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" Catadioptric telescope

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002112598A (en) 2004-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9297987B2 (en) Wide field athermalized orthoscopic lens system
US5446588A (en) Wide-angle eyepiece optical system employing refractive and diffractive optical elements
US6349004B1 (en) Head mounted display viewing optics with improved optical performance
RU2475788C1 (en) Catadioptric telescope
RU2443005C2 (en) Catadioptric telescope
RU2248024C2 (en) Katadioptrical telescope
GB2269024A (en) Optical system having at least one tilted Mangin mirror
RU2650055C1 (en) Catadioptric telescope
US20050007676A1 (en) Optical arrangement for high power microobjective
US4266849A (en) Optical objectives
JPH09171146A (en) Optical expanding equipment
Wynne Shorter than a Schmidt
RU2472190C1 (en) Catadioptric telescope
RU2125285C1 (en) Catadioptric telescope
JP4161568B2 (en) UV and infrared catadioptric optical systems
Wynne Atmospheric-dispersion correctors at prime focus
SU1714562A1 (en) Infrared objective
RU222247U1 (en) Mirror-lens binoculars
RU210434U1 (en) reflex binoculars
RU2092880C1 (en) Ocular
Klevtsov New optical systems for small-size telescopes
SU1742771A1 (en) Objective
RU35446U1 (en) Space telescope lens
SU605189A1 (en) Catadioptic telescope
RU2359293C1 (en) Large aperture lens system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090514

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20100910

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20120726

PD4A Correction of name of patent owner
PD4A Correction of name of patent owner
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190514