RU2443005C2 - Catadioptric telescope - Google Patents

Catadioptric telescope Download PDF

Info

Publication number
RU2443005C2
RU2443005C2 RU2010117463/28A RU2010117463A RU2443005C2 RU 2443005 C2 RU2443005 C2 RU 2443005C2 RU 2010117463/28 A RU2010117463/28 A RU 2010117463/28A RU 2010117463 A RU2010117463 A RU 2010117463A RU 2443005 C2 RU2443005 C2 RU 2443005C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
telescope
compensator
lens
quasi
focal
Prior art date
Application number
RU2010117463/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010117463A (en
Inventor
Юрий Андреевич Клевцов (RU)
Юрий Андреевич Клевцов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ")
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 Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") filed Critical Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ")
Priority to RU2010117463/28A priority Critical patent/RU2443005C2/en
Publication of RU2010117463A publication Critical patent/RU2010117463A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2443005C2 publication Critical patent/RU2443005C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Telescopes (AREA)

Abstract

FIELD: astronomy.
SUBSTANCE: telescope may be used for serial compact devices operated with charge-coupled devices for astrophotographic, spectral, photometric observations of celestial objects in the broad-spectrum, for astroclimate study as well as for serial photovisual telescopes with the effective focal aperture of 150-400 mm. The telescope contains the following components (following the ray path): main concave dish (1), the correction element comprising two negative single lenses (2 and 3) of different glass brands with the dispersion factor that is quasi-proximal in the visible spectrum, the first one being a quasi-afocal meniscus with its concavity overlooking the object, the second one with mirror surface, made of a material with lower refraction index, and a three-lens isoplanatic off-axis aberration compensator installed in front of the telescope's focal plane. The first lens following the ray path is a quasi-afocal negative meniscus (4) with its concavity overlooking the image plane, the second (5) and the third (6) compensator lenses are glued together. The first plane of the glued lens unit following the ray path is a flat one, the remaining planes have their concavities overlooking the object.
EFFECT: reduced stray light, enhanced the image quality on the periphery of the viewing field, increasing the compensator's flange focal distance.
2 dwg, 2 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области астрономических приборов и может быть использовано в серийных малогабаритных телескопах фотографического назначения, работающих с приборами зарядовой связи (ПЗС-камерами и цифровыми фотоаппаратами), служащих для проведения разнообразных наблюдений небесных объектов в широкой области спектра, таких как астрофотографические, спектральные, фотометрические, изучение астроклимата и тому подобное. Предлагаемая оптическая система может быть использована также в серийных фотовизуальных телескопах с действующим отверстием 150-400 мм.The present invention relates to the field of astronomical instruments and can be used in serial small-sized telescopes for photographic purposes, working with charge communication devices (CCD cameras and digital cameras), which are used to conduct various observations of celestial objects in a wide spectral region, such as astrophotographic, spectral, photometric, astroclimate studies and the like. The proposed optical system can also be used in serial photovisual telescopes with a working hole of 150-400 mm.

Известен катадиоптрический телескоп, предложенный автором, содержащий 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 (Катадиоптрический телескоп [Текст]: пат. 2125285 Рос. Федерация: МПК G02В 17/08, 23/02 / автор Клевцов Ю.А.; патентообладатель Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники СО РАН).Known catadioptric telescope proposed by the author, containing installed along the beam, the main concave spherical mirror 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. The corrector lenses are made of different grades of glass with quasi-close dispersion coefficients in the visible spectral range (Catadioptric telescope [Text]: Pat. 2125285 Russian Federation: IPC G02B 17/08, 23/02 / author Klevtsov Yu.A.; patent holder Design- Technological Institute of Applied Microelectronics SB RAS).

В диапазоне длин волн 436-700 нм рабочей области спектра цифровой фотографической аппаратуры такие телескопы обеспечивают дифракционное качество изображения на оси при диаметре действующего отверстия до 800 мм и относительном отверстии до 1:7. Однако внеосевые аберрации: астигматизм, кривизна поля и хроматизм увеличения ограничивают поле зрения, на котором еще возможно получение изображений высокого качества.In the wavelength range of 436-700 nm, the working area of the spectrum of digital photographic equipment, such telescopes provide diffractive image quality on the axis with an active hole diameter of up to 800 mm and a relative hole of up to 1: 7. However, off-axis aberrations: astigmatism, field curvature, and magnification chromatism limit the field of view where high quality images can still be obtained.

Прототипом предлагаемого изобретения является катадиоптрический телескоп, предложенный автором, 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. 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. Первые две по ходу луча линзы компенсатора могут быть склеены (Катадиоптрический телескоп [Текст]: пат. 2248024 Рос. Федерация: МПК7 G02В 23/06, 17/08 / автор Клевцов Ю.А.; патентообладатель ГУП «ПО «НПЗ»).The prototype of the invention is a catadioptric telescope, proposed by the author, containing a main concave spherical mirror mounted along the beam and a correction element, including two single lenses from different grades of glass with dispersion coefficients quasi-close in the visible spectral region, 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, has a mirror reflective surface and is made of material with lower refractive index. In front of the focal plane of the telescope, a three-lens isoplanatic compensator for off-axis aberrations is installed, 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. The first two compensator lenses along the beam can be glued together (Catadioptric telescope [Text]: Pat. 2248024 Russian Federation: IPC 7 G02V 23/06, 17/08 / author Klevtsov Yu.A .; patent holder of the State Unitary Enterprise “PO“ NPZ ”) .

Основными недостатками прототипа являются: наличие в плоскости изображения паразитного света от компенсатора внеосевых аберраций; относительно низкое, по современным требованиям, качество изображения точки по краям поля зрения (для систем с действующим отверстием от 250 мм и больше); сравнительно небольшое рабочее расстояние - 45,5 мм (в настоящее время для работы с современной фотографической аппаратурой требуется рабочее расстояние не менее 55 мм).The main disadvantages of the prototype are: the presence in the image plane of spurious light from the off-axis aberration compensator; relatively low, according to modern requirements, image quality of the point along the edges of the field of view (for systems with a working hole of 250 mm or more) a relatively small working distance of 45.5 mm (currently, working with modern photographic equipment requires a working distance of at least 55 mm).

Задачей предлагаемого изобретения является понижение уровня паразитного светового фона, уменьшение эффективного пятна рассеяния для краевых точек поля зрения и увеличение рабочего рассеяния преобразователя фокуса до принятых в настоящее время стандартов.The task of the invention is to lower the level of stray light background, reduce the effective scattering spot for the edge points of the field of view and increase the working scattering of the focus transducer to the currently accepted standards.

Поставленная задача достигается тем, что в катадиоптрическом телескопе, содержащем 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, трехлинзовый изопланатический компенсатор внеосевых аберраций, установленный перед фокальной плоскостью телескопа, первая по ходу луча линза компенсатора выполнена в виде квазиафокального отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, вторая и третья линзы компенсатора склеены, причем первая по ходу луча поверхность склеенного блока линз плоская, а остальные поверхности обращены вогнутостью к объекту наблюдения.The task is achieved by the fact that in a catadioptric telescope containing a main concave spherical mirror mounted along the beam and a correcting element, including two single lenses from different grades of glass with dispersion coefficients quasi-close in the visible spectral region, 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, has a mirror reflective surface and is made of material with a lower refractive index a three-lens isoplanatic off-axis aberration compensator installed in front of the focal plane of the telescope, the first compensator lens in the direction of the beam is made in the form of a quasi-focal negative meniscus facing concavity to the image plane, the second and third compensator lenses are glued, and the first surface of the glued lens block is flat along the beam , and the remaining surfaces are turned concavity to the object of observation.

Оптические поверхности квазиконцентрического мениска компенсатора внеосевых аберраций в прототипе являются источником паразитных бликов второго порядка, концентрирующихся вблизи плоскости изображения. Замена квазиконцентрического мениска на мениск квазиафокальный отрицательный и перенос его вперед по ходу луча, а также большая кривизна этого мениска способствуют удалению плоскости фокусировки паразитных бликов от плоскости изображения. Тем самым уменьшается паразитный световой фон в телескопе. Склейка второй и третьей линз компенсатора внеосевых аберраций и ориентация поверхностей склеенного блока вогнутостью к объекту наблюдения также способствуют уменьшению паразитного света. Относительно большая кривизна и осевая толщина первой менисковой линзы компенсатора внеосевых аберраций способствует увеличению его рабочего расстояния и компенсации хроматической комы телескопа, в результате чего происходит уменьшение эффективного пятна рассеяния по краям поля зрения.The optical surfaces of the quasiconcentric meniscus of the off-axis aberration compensator in the prototype are a source of second-order spurious reflections concentrated near the image plane. Replacing the quasiconcentric meniscus with a quasi-focal negative meniscus and moving it forward along the beam, as well as the greater curvature of this meniscus, help to remove the focus plane of spurious glare from the image plane. This reduces the spurious light background in the telescope. The gluing of the second and third lenses of the off-axis aberration compensator and the orientation of the surfaces of the glued block with concavity to the object of observation also contribute to the reduction of spurious light. The relatively large curvature and axial thickness of the first meniscus lens of the off-axis aberration compensator increases its working distance and compensates for the chromatic coma of the telescope, resulting in a decrease in the effective scattering spot at the edges of the field of view.

Заявителю не известны катадиоптрические телескопы, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемый катадиоптрический телескоп от прототипа.The applicant does not know catadioptric telescopes having features similar to those distinguishing the proposed catadioptric telescope from the prototype.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The invention is illustrated by the following graphic materials:

Фиг.1 - оптическая схема катадиоптрического телескопа;Figure 1 is an optical diagram of a catadioptric telescope;

Фиг.2 - точечные диаграммы для катадиопрического телескопа с действующим отверстием 300 мм (относительное отверстие - 1:6);Figure 2 - scatter diagrams for a catadiopric telescope with a working hole of 300 mm (relative hole - 1: 6);

Катадиоптрический телескоп 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 квазиафокального отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к объекту наблюдения, а вторая, отрицательная 3, имеет зеркальную отражающую поверхность и выполнена из материала с меньшим показателем преломления (Фиг.1). Вблизи фокальной плоскости телескопа установлен трехлинзовый изопланатический компенсатор внеосевых аберраций, включающий отрицательную квазиафокальную менисковую линзу 4 и склеенный блок, состоящий из положительной линзы 5 и отрицательной линзы 6.The catadioptric telescope contains the main concave spherical mirror 1 installed along the beam and a correction element, including two single lenses 2 and 3 of different grades of glass with dispersion coefficients quasiblique in the visible region of the spectrum, the first of which 2 is made in the form of a quasi-focal negative meniscus, facing 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 (Figure 1). Near the focal plane of the telescope, a three-lens isoplanatic compensator for off-axis aberrations is installed, including a negative quasi-focal meniscus lens 4 and a glued block consisting of a positive lens 5 and a negative lens 6.

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, из которого выходят приблизительно телецентрическими пучками и фокусируются 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 they are collected by lenses 4, 5, 6 of the off-axis aberration compensator, from which they exit approximately telecentric beams and are focused in the image plane of the telescope at a small distance behind the compensator.

Обоснуем возможность достижения в предложенном катадиоптрическом телескопе схеме заявленных технических характеристик.Let us justify the possibility of achieving the claimed technical characteristics in the proposed catadioptric telescope.

Причинами появления паразитного света в телескопе-прототипе, при наличии в поле зрения объекта большой яркости (яркие звезды и планеты), являются блики, возникающие в компенсаторе внеосевых аберраций. Сравнительно низкая квантовая эффективность ПЗС-матриц, используемых в цифровой фотоаппаратуре, приводит к тому, что до 30% света отражается в обратном направлении. Этот свет, в свою очередь, отражается от оптических поверхностей компенсатора внеосевых аберраций обратно в сторону плоскости изображения, где образует довольно интенсивные блики, способные, при определенных условиях, создавать в плоскости изображения паразитный световой фон. Кроме того, причиной появления паразитного света являются еще так называемые блики второго порядка, образующиеся в прямом ходе лучей при отражении света от поверхностей компенсатора внеосевых аберраций. Эти блики способны фокусироваться вблизи плоскости изображения и создавать вокруг яркого объекта причудливые ореолы, мешающие обнаружению слабых небесных объектов. Одной из причин появления бликов обратного отражения и бликов второго порядка в телескопе-прототипе является применение в компенсаторе внеосевых аберраций квазиконцентрической менисковой линзы, обращенной вогнутостью к плоскости изображения. Плоскость фокусировки паразитных бликов, образованных такой линзой, находится вблизи плоскости изображения. Именно это и является причиной образования паразитного светового фона.The reasons for the appearance of spurious light in the prototype telescope, in the presence of a large brightness object in the field of view (bright stars and planets), are glare arising in the off-axis aberration compensator. The relatively low quantum efficiency of CCDs used in digital cameras leads to the fact that up to 30% of the light is reflected in the opposite direction. This light, in turn, is reflected from the optical surfaces of the off-axis aberration compensator back towards the image plane, where it forms rather intense glare, which, under certain conditions, can create a stray light background in the image plane. In addition, the cause of the appearance of stray light is also the so-called second-order glare, which is formed in the direct course of the rays when light is reflected from the surfaces of the off-axis aberration compensator. These glare are able to focus near the image plane and create bizarre halos around a bright object that interfere with the detection of faint celestial objects. One of the reasons for the appearance of back-reflection glare and second-order glare in the prototype telescope is the use of a quasi-concentric meniscus lens in the compensator for off-axis aberrations, which is turned concave to the image plane. The focus plane of the parasitic glare formed by such a lens is located near the image plane. This is precisely the reason for the formation of spurious light background.

В предлагаемом катадиоптрическом телескопе использован иной принцип построения компенсатора внеосевых аберраций. Первая по ходу луча линза 4 выполнена в виде квазиафокального отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения. Так как между линзой 4 и плоскостью изображения расположена положительная склеенная линза 5, 6, то все это в совокупности позволяет удалить плоскости фокусировки паразитных бликов, связанных с линзой 4, от плоскости изображения телескопа. Кроме того, большая кривизна и толщина линзы 4 способствует увеличению рабочего расстояния компенсатора внеосевых аберраций и компенсации хроматической комы телескопа, что, как следствие, приводит к уменьшению эффективного пятна рассеяния по краям поля зрения. Склеенный блок, состоящий из положительной линзы 5 и отрицательной линзы 6, служащий для увеличения относительного отверстия телескопа, также принимает участие в формировании и образовании паразитных бликов. Склейка линз 5 и 6 значительно уменьшает интенсивность паразитных бликов от склеенной поверхности. Первая по ходу луча плоская поверхность склеенного блока и ориентация остальных поверхностей вогнутостью к объекту наблюдения не оставляют возможности для концентрации паразитного света вблизи плоскости изображения телескопа.The proposed catadioptric telescope uses a different principle for constructing a compensator for off-axis aberrations. The first lens 4 in the direction of the beam is made in the form of a quasi-focal negative meniscus facing concavity to the image plane. Since a positive glued lens 5, 6 is located between the lens 4 and the image plane, all this together allows you to remove the focus plane of the parasitic glare associated with the lens 4 from the image plane of the telescope. In addition, the large curvature and thickness of the lens 4 contributes to an increase in the working distance of the off-axis aberration compensator and compensation of the chromatic coma of the telescope, which, as a result, leads to a decrease in the effective scattering spot at the edges of the field of view. A glued block consisting of a positive lens 5 and a negative lens 6, which serves to increase the relative aperture of the telescope, also takes part in the formation and formation of spurious glare. Bonding of lenses 5 and 6 significantly reduces the intensity of spurious glare from the glued surface. The first flat surface of the glued block along the beam and the orientation of the remaining surfaces with concavity to the object of observation does not leave room for the concentration of spurious light near the image plane of the telescope.

В качестве конкретного примера, подтверждающего обоснованность связи рассмотренных отличительных признаков с достижением заявленных технических характеристик, рассмотрим конкретный компенсатор внеосевых аберраций для телескопа ТАЛ-300К (относительное отверстие 1:8). Действующее отверстие телескопа - 300 мм. Материал линз корректирующего элемента такой: линза 2 - СТК12; линза 3 - ТК2. Материал линзы 4 - стекло ТК2; линзы 5 - стекло БК8, а линзы 6 - стекло ОФ4. Расстояние от последней поверхности линзы 6 до плоскости изображения составляет 76,2 мм, что позволяет не только уложиться в настоящие стандарты цифровой фотографической аппаратуры, но и использовать имеющийся запас рабочего расстояния на установку за компенсатором оптической системы бокового гида. Относительное отверстие телескопа с компенсатором внеосевых аберраций составляет 1:6.As a specific example, confirming the validity of the connection of the considered distinguishing features with the achievement of the declared technical characteristics, we consider a specific off-axis aberration compensator for the TAL-300K telescope (relative aperture 1: 8). The current opening of the telescope is 300 mm. The material of the lenses of the correction element is as follows: lens 2 - STK12; lens 3 - TK2. Lens material 4 - glass TK2; lenses 5 - glass BK8, and lenses 6 - glass OF4. The distance from the last surface of the lens 6 to the image plane is 76.2 mm, which makes it possible not only to meet the current standards of digital photographic equipment, but also to use the available margin of working distance for the installation of the side guide optical system compensator. The relative aperture of the telescope with an off-axis aberration compensator is 1: 6.

На фиг.2 приведены точечные диаграммы пятен рассеяния телескопа ТАЛ-300К с предлагаемым компенсатором внеосевых аберраций в диапазоне спектра от 436 до 700 нм.Figure 2 shows the scatter plots of the scattering spots of the TAL-300K telescope with the proposed compensator for off-axis aberrations in the spectrum range from 436 to 700 nm.

Точечные диаграммы рассчитаны по шести линиям спектра: 550; 436; 450; 600; 650 и 700 нм с учетом спектральной чувствительности ПЗС-матрицы и всего оптического тракта прибора для пяти углов поля зрения Wy=0°; 0,1675°; 0,335°; 0,5025°; 0,67° (Изопланатический преобразователь фокусного расстояния для катадиоптрического телескопа с менисковым корректором [Текст] / Ю.А.Клевцов. // Оптический журнал. - 2006 - Т.73. - №8. - С.50-54).Scatter plots are calculated along six lines of the spectrum: 550; 436; 450; 600; 650 and 700 nm, taking into account the spectral sensitivity of the CCD matrix and the entire optical path of the device for five angles of field of view W y = 0 °; 0.1675 °; 0.335 °; 0.5025 °; 0.67 ° (Isoplanatic focal length transducer for catadioptric telescope with meniscus corrector [Text] / Yu.A. Klevtsov. // Optical journal. - 2006 - T.73. - No. 8. - P.50-54).

Таким образом, полное угловое поле телескопа ТАЛ-300К с компенсатором внеосевых аберраций предлагаемой конструкции составляет 2Wy=1,34°. Радиус окружности ограничения на точечной диаграмме фиг.2 составляет 15 мкм.Thus, the total angular field of the TAL-300K telescope with a compensator for off-axis aberrations of the proposed design is 2W y = 1.34 °. The radius of the circumference of the restriction in the scatter plot of FIG. 2 is 15 μm.

Из фиг.2 видно, что диаметр геометрического пятна рассеяния для центра поля зрения в указанном диапазоне спектра и выбранной плоскости фокусировки менее 15 мкм, а на краю поля в направлении меридионального сечения (Y) - порядка 30 мкм. Данные (с учетом дифракции света) оценки размеров эффективных пятен рассеяния (с концентрацией энергии Е=80%), а также оценка разрешающей способности телескопа с компенсатором внеосевых аберраций в диапазоне спектра 436-700 нм приведены в таблице 1.From figure 2 it is seen that the diameter of the geometric scattering spot for the center of the field of view in the specified range of the spectrum and the selected focusing plane is less than 15 microns, and at the edge of the field in the direction of the meridional section (Y) is about 30 microns. The data (including light diffraction) for estimating the sizes of effective scattering spots (with an energy concentration of E = 80%), as well as an estimate of the resolution of a telescope with an off-axis aberration compensator in the spectrum range 436-700 nm, are shown in Table 1.

Таблица 1Table 1

Figure 00000001
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000002
2ρ (мкм) при Е=80% для λ (нм) 436÷7002ρ (μm) at E = 80% for λ (nm) 436 ÷ 700 α" угл. сек. при Т=20% для λ (нм) 436÷700α "arcsec. at T = 20% for λ (nm) 436 ÷ 700 0,00,0 0,00,0 13,713.7 0,580.58 0,140.14 4,44.4 13,813.8 0,620.62 0,340.34 10,710.7 14,814.8 0,950.95 0,540.54 17,017.0 16,016,0 1,21,2 0,740.74 23,423,4 16,216,2 1,21,2 0,940.94 29,929.9 16,716.7 1,61,6 1,141.14 36,436,4 20,820.8 2,22.2 1,241.24 39,839.8 22,022.0 2,52.5 1,341.34 43,143.1 20,420,4 2,22.2

В таблице 1:In table 1:

Figure 00000003
- угловое поле телескопа;
Figure 00000003
- the angular field of the telescope;

Figure 00000002
- линейное поле телескопа с преобразователем фокусного расстояния в плоскости изображения;
Figure 00000002
- a linear field of a telescope with a focal length converter in the image plane;

2ρ - диаметр эффективного пятна рассеяния по уровню концентрации энергии Е=80%;2ρ is the diameter of the effective scattering spot according to the energy concentration level E = 80%;

α" - угловое разрешение по уровню контраста Т=20% для наихудшего направления штрихов миры;α "is the angular resolution in terms of contrast T = 20% for the worst direction of strokes of the worlds;

λ - длина волны света.λ is the wavelength of light.

В центре поля зрения эффективное пятно рассеяния не превышает 13,7 мкм, а по полю зрения - 22 мкм. В схеме прототипа с 250 мм действующим отверстием при относительном отверстии с компенсатором внеосевых аберраций 1:6,3, практически в том же интервале спектра и по краю того же углового поля, получено эффективное пятно рассеяния диаметром 26 мкм (Катадиоптрический телескоп [Текст]: пат. 2248024 Рос. Федерация: МПК7 G02В 23/06, 17/08 / автор Клевцов Ю.А.; патентообладатель ГУП «ПО «НПЗ»).In the center of the field of view, the effective scattering spot does not exceed 13.7 μm, and over the field of view - 22 μm. In the prototype scheme with a 250 mm working hole with a relative hole with an off-axis aberration compensator of 1: 6.3, practically in the same spectral range and along the edge of the same angular field, an effective scattering spot with a diameter of 26 μm was obtained (Catadioptric telescope [Text]: pat 2248024 Russian Federation: IPC 7 G02V 23/06, 17/08 / author Klevtsov Yu.A .; patent holder of the State Unitary Enterprise “PO“ Oil Refinery ”).

Пропорциональный пересчет показывает, что выигрыш в размерах эффективного пятна рассеяния, в пределах углового поля зрения 1,3°, который дает предлагаемая схема катадиопрического телескопа, составляет не менее 1,5.A proportional recalculation shows that the gain in the size of the effective scattering spot, within the angular field of view of 1.3 °, which gives the proposed scheme of the catadiopric telescope, is at least 1.5.

Произведем оценку паразитного света в предлагаемой схеме 300 мм катадиопрического телескопа с компенсатором внеосевых аберраций.Let us evaluate the stray light in the proposed scheme of a 300 mm catadiopric telescope with an off-axis aberration compensator.

Рассмотрим просветленный и непросветленный компенсатор внеосевых аберраций. Интегральный коэффициент отражения света от просветленной преломляющей поверхности в диапазоне спектра 436-700 нм примем равным 0,6%, а интегральный коэффициент отражения зеркал - 96%. В первом случае пропускание всего телескопа (без учета экранирования в центре зрачка) будет τ0=0,87, во втором случае τ0=0,72. Квантовую эффективность ПЗС-матрицы будем считать равной 70% оценку интенсивности всех возникающих в компенсаторе внеосевых аберраций, бликов обратного отражения и бликов второго порядка (объект наблюдения находится в центре поля зрения). Данные расчета приводятся в таблице 2.Consider an enlightened and unenlightened compensator for off-axis aberrations. In the spectrum range 436–700 nm, we take the integral coefficient of light reflection from the antireflected refracting surface equal to 0.6%, and the integral mirror reflection coefficient — 96%. In the first case, the transmission of the entire telescope (excluding screening in the center of the pupil) will be τ 0 = 0.87, in the second case, τ 0 = 0.72. We will consider the quantum efficiency of the CCD matrix to be equal to 70% the intensity estimate for all off-axis aberrations, back-reflection flares, and second-order flares that appear in the compensator (the object of observation is in the center of the field of view). The calculation data are given in table 2.

Таблица 2table 2 ii № п/пNo. p / p

Figure 00000004
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000007
ζi ζ i τi τ i ПросветленныйEnlightened НепросветленныйUnenlightened 1one 1010 -99,4-99.4 -325,6-325.6 98,998.9 32,732,7 0,3050,305 0,001500.00150 0,007760,00776 22 11eleven -86,5-86.5 -388,0-388.0 70,570.5 23,823.8 0,2230.223 0,001520,00152 0,008600.00860 33 1212 -252,7-252.7 3212,03212,0 23,823.8 8,48.4 -0,0787-0.0787 0,001540,00154 0,008790.00879 4four 1313 -91,7-91.7 265,7265.7 119,7119.7 37,237,2 -0,345-0.345 0,000280,00028 0,0002050,000205 55 14fourteen -110,6-110.6 814,0814.0 41,441,4 14,414,4 -0,136-0.136 0,001560,00156 0,013080.01308 66 10-1410-14 -146,2-146.2 1900,71900.7 22,522.5 8,18.1 -0,0769-0.0769 0,00003040.0000304 0,001780,00178 77 10-1310-13 -71,7-71.7 -442,7-442.7 60,760.7 17,617.6 0,1620.162 0,000005480.00000548 0,00003170,0000317 88 10-1210-12 -105,0-105.0 394,6394.6 84,784.7 28,428,4 -0,266-0.266 0,00003080.0000308 0,001500.00150 99 10-1110-11 -81,6-81.6 440,0440.0 56,856.8 19,719.7 -0,186-0.186 0,00003120.0000312 0,001780,00178 1010 11-1411-14 -109,7-109.7 790,5790.5 41,741.7 14,714.7 -0,139-0.139 0,00003080.0000308 0,001970,00197 11eleven 12-1412-14 -73,0-73.0 740,6740.6 30,230,2 10,510.5 -0,0985-0.0985 0,00003110.0000311 0,002020,00202 1212 13-1413-14 -104,9-104.9 -659,8-659.8 48,448,4 16,916.9 0,1590.159 0,000005610.00000561 0,00004700.0000470 1313 11-1311-13 -464,5-464.5 5073,05073,0 21,421,4 9,59.5 -0,0916-0.0916 0,000005540.00000554 0,00003510.0000351 14fourteen 12-1312-13 -90,2-90.2 263,4263.4 118,9118.9 36,936.9 -0,343-0.343 0,000005610.00000561 0,00003590.0000359 15fifteen 11-1211-12 -93,0-93.0 384,1384.1 76,576.5 25,825.8 -0,242-0.242 0,00003120.0000312 0,001660,00166

В таблице 2:In table 2:

i - номер блика (с 1 по 5 - блики обратного отражения от поверхностей компенсатора, образующиеся при участии ПЗС-матрицы, с 6 по 15 - блики второго порядка, образующиеся при отражении света от поверхностей компенсатора);i - glare number (from 1 to 5 - glare of back reflection from the surfaces of the compensator, formed with the participation of the CCD matrix, from 6 to 15 - glare of the second order, formed when light is reflected from the surfaces of the compensator);

№ п/п - номер поверхности (поверхностей) схемы, участвующих в образовании блика (входной зрачок является поверхностью №1). 10 - номер первой по по ходу луча поверхности компенсатора внеосевых аберраций, 14 - номер его последней поверхности;No. p / p - the number of the surface (surfaces) of the circuit involved in the formation of flare (the entrance pupil is surface No. 1). 10 - number of the first along the beam surface of the off-axis aberration compensator, 14 - number of its last surface;

Figure 00000008
- расстояние плоскости фокусировки блика от плоскости изображения;
Figure 00000008
- distance of the focus plane of the glare from the image plane;

Figure 00000009
- фокусное расстояние системы паразитного отражения;
Figure 00000009
- the focal length of the parasitic reflection system;

Figure 00000010
- внешний диаметр кольца блика на плоскости изображения (точка на оси);
Figure 00000010
- the outer diameter of the flare ring on the image plane (point on the axis);

Figure 00000011
- внутренний диаметр кольца блика на плоскости изображения (точка на оси);
Figure 00000011
- the inner diameter of the flare ring on the image plane (point on the axis);

Figure 00000012
(основной параметр блика);
Figure 00000012
(main flare parameter);

τi - интенсивность блика (в долях интенсивности объекта).τ i - the intensity of the flare (in fractions of the intensity of the object).

Расчет допустимой яркости объекта m (в звездных величинах), создающего на плоскости изображения паразитный световой фон, сопоставимый с естественным фоном ночного неба (+22 звездных величины с квадратной секунды за атмосферой Земли) рассчитывают согласно зависимости (Новые апохроматические зеркально-линзовые системы с менисковыми корректорами [Текст]: Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца / Ю.А.Клевцов. // 1988. - №79. - С.178-185):The calculation of the permissible brightness of an object m (in magnitude), which creates a stray light background on the image plane comparable to the natural background of the night sky (+22 magnitude per square second per Earth’s atmosphere), is calculated according to the dependence (New apochromatic mirror-lens systems with meniscus corrections [Text]: Research on geomagnetism, aeronomy and physics of the Sun / Yu.A. Klevtsov. // 1988. - No. 79. - S.178-185):

Figure 00000013
.
Figure 00000013
.

m - яркость объекта (в звездных величинах);m is the brightness of the object (in magnitude);

τ0 - коэффициент пропускания оптической системы;τ 0 - transmittance of the optical system;

Э - относительный фокус (величина, обратная относительному отверстию оптической системы);e - relative focus (the reciprocal of the relative aperture of the optical system);

τi - интенсивность блика (в долях интенсивности объекта);τ i - flare intensity (in fractions of the object intensity);

ζi - основной параметр блика.ζ i is the main flare parameter.

Если принять что в некоторой зоне поля изображения все блики пересекаются, что справедливо в том случае, когда объект находится вне центра поля зрения, то анализ данных табл.2 дает для просветленного преобразователя фокуса m=-1,3, а для непросветленного (или плохо просветленного) преобразователя фокуса m=+1,2. Звезд с яркостью большей +1,2 на северном небе всего 18. Таким образом, при наличии в поле зрения сравнительно ярких объектов (что случается довольно редко) даже в случае отсутствия просветления оптики (или при плохом просветлении) интенсивность паразитного света будет сопоставима с естественным фоном ночного неба и слабые объекты, находящиеся на пределе видимости, не будут потеряны. При хорошем просветлении оптики вполне допустимо наличие в поле зрения телескопа также и планет (за исключением Венеры, имеющей яркость - 4,3). Как видно из таблицы 2 (см. столбец

Figure 00000014
), паразитных бликов в катадиоприческом телескопе с предлагаемым компенсатором внеосевых аберраций, сфокусированных вблизи плоскости изображения, не образуется, чем он выгодно отличается от прототипа, где около яркого объекта всегда отчетливо видны два блика второго порядка, имеющие диаметр 1,5-2 мм.If we assume that in a certain area of the image field all the flares intersect, which is true when the object is outside the center of the field of view, then an analysis of the data in Table 2 gives m = -1.3 for the illuminated focus transducer, and for the unenlightened (or poor enlightened) focus transducer m = + 1.2. There are only 18 stars with a brightness greater than +1.2 in the northern sky. Thus, if there are relatively bright objects in the field of view (which happens quite rarely), even in the absence of optical illumination (or poor illumination), the intensity of stray light will be comparable to natural the background of the night sky and weak objects that are at the limit of visibility will not be lost. With good illumination of the optics, it is quite acceptable that the telescope also has planets in the field of view (with the exception of Venus, which has a brightness of 4.3). As can be seen from table 2 (see column
Figure 00000014
), parasitic glare in a catadioptic telescope with the proposed compensator for off-axis aberrations focused near the image plane does not form, which compares favorably with the prototype, where two second-order glares with a diameter of 1.5-2 mm are always clearly visible near a bright object.

Таким образом, можно считать обоснованным, что предлагаемый катадиоптрический телескоп с компенсатором внеосевых аберраций относительно прототипа имеет пониженный уровень паразитного светового фона, лучшее качество изображения краевых точек поля зрения и большее рабочее расстояние.Thus, it can be considered reasonable that the proposed catadioptric telescope with compensator for off-axis aberrations relative to the prototype has a lower level of spurious light background, better image quality of the edge points of the field of view and a greater working distance.

Предлагаемый катадиопрический телескоп, сохраняя все конструктивные достоинства аналога и прототипа: сферическую форму оптических поверхностей, малый размер корректирующих линз и компактность, обладает по отношению к прототипу следующими преимуществами:The proposed catadiopric telescope, 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 and compactness, has the following advantages with respect to the prototype:

1. Не имеет паразитных бликов, сфокусированных вблизи плоскости изображения;1. Does not have spurious glare focused near the image plane;

2. Паразитный световой фон в катадиоприческом телескопе зависит только от качества просветляющих покрытий и в самом худшем случае полного отсутствия просветления, даже при наличии в поле зрения самых ярких звезд, не превышает естественного фона ночного неба;2. The parasitic light background in a catadiopric telescope depends only on the quality of the antireflection coatings and, in the worst case, the complete absence of enlightenment, even if the brightest stars are in the field of view, it does not exceed the natural background of the night sky;

3. Предлагаемый катадиопрический телескоп при прочих равных условиях обеспечивает примерно в 1,5 раза лучшее качество изображения по полю зрения;3. The proposed catadiopric telescope, ceteris paribus, provides about 1.5 times the best image quality in the field of view;

4. Компенсатор внеосевых аберраций предлагаемого катадиоптрического телескопа имеет значительно большее, чем в прототипе, рабочее расстояние, что позволяет не только удовлетворить действующим в настоящее время стандартам на фотографическую аппаратуру, но и дает возможность установки за компенсатором некоторых дополнительных аксессуаров, таких, например, как внеосевой гид.4. The off-axis aberration compensator of the proposed catadioptric telescope has a significantly greater working distance than in the prototype, which not only meets the current standards for photographic equipment, but also makes it possible to install some additional accessories behind the compensator, such as off-axis guide.

Благодаря этим преимуществам предлагаемый катадиопрический телескоп можно рекомендовать для астрофотографических работ со специализированными ПЗС-матрицами и современными цифровыми фотоаппаратами, рассчитанными на формат узкого кадра 24×36 мм (с диагональю 43,1 мм), а также для фотометрических и спектральных работ в диапазоне длин волн как минимум от 436 нм до 700 нм.Due to these advantages, the proposed catadioptric telescope can be recommended for astrophotographic work with specialized CCD arrays and modern digital cameras designed for a narrow frame format of 24 × 36 mm (with a diagonal of 43.1 mm), as well as for photometric and spectral works in the wavelength range at least from 436 nm to 700 nm.

Наилучшая область применения предлагаемой оптической системы катадиопрического телескопа - производство на ее основе серийных, относительно дешевых, малогабаритных с диаметром действующего отверстия 150-400 мм при относительном отверстии от 1:5,5 до 1:6 универсальных телескопов для учебно-просветительских целей и любителей астрономии. В этой области применения предлагаемая система катадиопрического телескопа, 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. Последние два типа телескопов предлагаемая система катадиопрического телескопа, кроме того, еще превосходит по качеству изображения в широком диапазоне спектра, а систему Шмидта-Кассегрена - по уровню паразитного света. Предлагаемый катадиопрический телескоп позволяет сравнительно простыми средствами без применения асферических поверхностей и ретуши обеспечить высокую светосилу телескопа и достаточно большое поле хороших изображений размером в 1,34°.The best field of application of the proposed optical system of a cathodioptic telescope is the production on its basis of serial, relatively cheap, small-sized with an effective hole diameter of 150-400 mm with a relative aperture of 1: 5.5 to 1: 6 universal telescopes for educational purposes and astronomy enthusiasts . In this field of application, the proposed system of a catadiopric telescope, in view of its simplicity and relative cheapness, exceeds such well-known and widely used types of telescopes as the Ritchie-Chretien system, the meniscus Cassegrain of Maksutov and the Schmidt-Cassegrain system. The last two types of telescopes, the proposed system of a catadiopric telescope, in addition, still surpasses the image quality in a wide range of the spectrum, and the Schmidt-Cassegrain system - in terms of stray light. The proposed catadiopric telescope allows 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 1.34 °.

Claims (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, трехлинзовый изопланатический компенсатор внеосевых аберраций, установленный перед фокальной плоскостью телескопа, отличающийся тем, что первая по ходу луча линза компенсатора выполнена в виде квазиафокального отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, вторая и третья линзы компенсатора склеены, причем первая по ходу луча поверхность склеенного блока линз плоская, а остальные поверхности обращены вогнутостью к объекту наблюдения. A catadioptric telescope containing the main concave spherical mirror mounted along the beam and a correction element, including two single lenses of different grades of glass with dispersion coefficients quasiblique in the visible region of the spectrum, 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, has a mirror reflective surface and is made of a material with a lower refractive index, a three-lens isoplanatic comp an off-axis aberration ator installed in front of the focal plane of the telescope, characterized in that the first compensator lens along the beam is made in the form of a quasi-focal negative meniscus facing concavity to the image plane, the second and third compensator lenses are glued, the first surface of the glued lens block being flat along the beam , and the remaining surfaces are turned concavity to the object of observation.
RU2010117463/28A 2010-04-30 2010-04-30 Catadioptric telescope RU2443005C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010117463/28A RU2443005C2 (en) 2010-04-30 2010-04-30 Catadioptric telescope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010117463/28A RU2443005C2 (en) 2010-04-30 2010-04-30 Catadioptric telescope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010117463A RU2010117463A (en) 2011-11-10
RU2443005C2 true RU2443005C2 (en) 2012-02-20

Family

ID=44996799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010117463/28A RU2443005C2 (en) 2010-04-30 2010-04-30 Catadioptric telescope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2443005C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475788C1 (en) * 2012-04-06 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" (ОАО "ПО "НПЗ") Catadioptric telescope
CN107462978A (en) * 2017-09-26 2017-12-12 张家港中贺自动化科技有限公司 A kind of large visual field high resolution object lens
RU2650055C1 (en) * 2017-02-08 2018-04-06 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" Catadioptric telescope

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108205183B (en) * 2017-12-28 2019-09-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 Transmission type large-aperture infrared lens, machining tool and machining method
CN110703411A (en) * 2019-09-03 2020-01-17 佛山科学技术学院 Optical system of ultra-wide-spectrum long-focal-distance star sensor
CN113946041B (en) * 2021-10-22 2022-09-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Catadioptric Cassegrain telescope system and polarization aberration correction method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2030315A (en) * 1978-08-24 1980-04-02 Pilkington Perkin Elmer Ltd Catadioptric Infra-red Lenses
SU1191862A1 (en) * 1984-05-17 1985-11-15 Сибирский Институт Земного Магнетизма,Ионосферы И Распространения Радиоволн Со Ан Ссср Teleskope reflecting objective lens
SU1270735A1 (en) * 1984-11-21 1986-11-15 Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Точной Механики И Оптики Versions of high speed catadioptric lens
RU2125285C1 (en) * 1996-03-19 1999-01-20 Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники СО РАН Catadioptric telescope
RU2248024C2 (en) * 2002-05-13 2005-03-10 Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" Katadioptrical telescope

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2030315A (en) * 1978-08-24 1980-04-02 Pilkington Perkin Elmer Ltd Catadioptric Infra-red Lenses
SU1191862A1 (en) * 1984-05-17 1985-11-15 Сибирский Институт Земного Магнетизма,Ионосферы И Распространения Радиоволн Со Ан Ссср Teleskope reflecting objective lens
SU1270735A1 (en) * 1984-11-21 1986-11-15 Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Точной Механики И Оптики Versions of high speed catadioptric lens
RU2125285C1 (en) * 1996-03-19 1999-01-20 Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники СО РАН Catadioptric telescope
RU2248024C2 (en) * 2002-05-13 2005-03-10 Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" Katadioptrical telescope

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN107462978A (en) * 2017-09-26 2017-12-12 张家港中贺自动化科技有限公司 A kind of large visual field high resolution object lens

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010117463A (en) 2011-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2443005C2 (en) Catadioptric telescope
Willstrop The Mersenne–Schmidt: a three-mirror survey telescope
JP2016212197A (en) Catoptric system and astronomical observation device using the same
RU2650055C1 (en) Catadioptric telescope
US6882481B2 (en) Optical arrangement for high power microobjective
JP2018537708A (en) Broadband catadioptric microscope objective with a small central shield
CN108345095A (en) Wide-width low-stray-light all-time star tracker optical structure
RU2384868C1 (en) Doublet objective lens
Wynne Shorter than a Schmidt
RU2248024C2 (en) Katadioptrical telescope
RU2415451C1 (en) Reflector lens
RU2652660C1 (en) Eyepiece with increased eye relief of the exit pupil
RU2316795C1 (en) Two-lens objective
RU2646405C1 (en) Infrared mirror-lens system
US6914728B2 (en) Optical arrangement for microscope objective
RU2798087C1 (en) Mirror lens
RU2472190C1 (en) Catadioptric telescope
RU2769088C1 (en) Catadioptric lens
RU2759050C1 (en) Doublet-objective lens
RU2281536C1 (en) Infrared lens with remote entrance pupil
RU152320U1 (en) OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E
RU2798769C1 (en) Mirror-lens telescope lens for a micro-class spacecraft
SU1762291A1 (en) Catodioptric objective
RU2360269C1 (en) Objective for night vision device
Klevtsov Prospects for developing Cassegrain telescopes with a corrector in convergent beams

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20200501