RU2449329C2

RU2449329C2 - Catadioptric telescope

Info

Publication number: RU2449329C2
Application number: RU2010130640/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Веселков (RU); Сергей Александрович Веселков
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-04-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: in a catadioptric telescope, having a meniscus lens, a primary mirror and a secondary mirror placed on the beam path, according to the invention, the secondary mirror is in form of a convex hyperboloid and lies at a distance of 0.35…0.45 times the meniscus diameter from the back surface of the meniscus lens.

EFFECT: high image quality and wider field of view of the telescope while keeping its dimensions small.

3 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к астрономическим телескопам, и может быть реализовано при производстве серийных малогабаритных телескопов, служащих для изучения астроклимата и наблюдений разнообразных небесных объектов с приборами зарядовой связи (ПЗС-матрицами).The invention relates to optical instrumentation, in particular to astronomical telescopes, and can be implemented in the production of serial small-sized telescopes that serve to study the astroclimate and observations of a variety of celestial objects with charge communication devices (CCD matrices).

Известны катадиоптрические системы телескопа (менисковые Кассегрены), содержащие только сферическую оптику. В них по ходу луча расположены мениск, главное зеркало и вторичное зеркало (см. Максутов Д.Д. Астрономическая оптика, «Наука», 1979, с.331-355; Попов Г.М. Асферические поверхности в астрономической оптике, М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980, с.113-125). Сферическая оптика не позволяет получить изображение высокого качества на достаточно большом поле (например, 1,5 угловых градуса).Known catadioptric telescope systems (meniscus Cassegrains) containing only spherical optics. In them along the beam are the meniscus, the main mirror and the secondary mirror (see Maksutov D. D. Astronomical Optics, Nauka, 1979, pp. 313-355; Popov G. M. Aspheric surfaces in astronomical optics, M .: Science, Main Edition of Physics and Mathematics, 1980, pp. 113-125). Spherical optics does not allow to obtain a high-quality image on a sufficiently large field (for example, 1.5 angular degrees).

Высокое качество изображения менискового Кассегрена при сферической оптике получается только при значительном удалении мениска в сторону пространства предметов. При этом возрастает размер главного зеркала и общая длина оптической системы (во многих случаях такие габаритные размеры являются недопустимыми).High quality image of the meniscus Cassegrain with spherical optics is obtained only with a significant removal of the meniscus in the direction of the space of objects. This increases the size of the main mirror and the total length of the optical system (in many cases, such overall dimensions are unacceptable).

Прототипом предлагаемого изобретения является катадиоптрическая система телескопа (патент РФ №13707, МПК⁷ G02B 23/00), где по ходу луча установлены мениск, главное зеркало и вторичное зеркало, наклеенное на мениск. Однако в прототипе вся оптика сферическая и вторичное зеркало жестко привязано и находится в непосредственной близости от задней поверхности мениска, что не позволяет устранить остаточную сферическую аберрацию, остаточную кому и астигматизм, то есть получить изображение высокого качества на большом поле зрения.The prototype of the invention is a catadioptric telescope system (RF patent No. 13707, IPC ⁷ G02B 23/00), where a meniscus, a main mirror and a secondary mirror glued to the meniscus are installed along the beam. However, in the prototype, all the optics are spherical and the secondary mirror is rigidly attached and located in close proximity to the rear surface of the meniscus, which does not allow to eliminate residual spherical aberration, residual coma and astigmatism, that is, to obtain a high-quality image in a large field of view.

Задачей изобретения является повышение качества изображения и увеличение поля зрения телескопа при небольших габаритных размерах.The objective of the invention is to improve image quality and increase the field of view of the telescope with small overall dimensions.

Поставленная задача решается тем, что в известном катадиоптрическом телескопе, содержащем установленные по ходу луча мениск, главное зеркало и вторичное зеркало, согласно изобретению вторичное зеркало выполнено в форме выпуклого гиперболоида и отстоит от задней поверхности мениска на расстоянии 0,35…0,45 диаметра мениска.The problem is solved in that in the known catadioptric telescope containing the meniscus installed along the beam, the main mirror and the secondary mirror, according to the invention, the secondary mirror is made in the form of a convex hyperboloid and is separated from the meniscus at a distance of 0.35 ... 0.45 of the meniscus diameter .

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.The proposed invention is illustrated by the following graphic materials.

Фиг.1 - оптическая схема заявляемого катадиоптрического телескопа.Figure 1 is an optical diagram of the inventive catadioptric telescope.

Фиг.2 - точечные диаграммы пятен рассеяния для заявляемого телескопа при действующем отверстии 200 мм (относительное отверстие 1:8).Figure 2 - scatter plots of scattering spots for the inventive telescope with a working hole of 200 mm (relative hole 1: 8).

Фиг.3 - график концентрации энергии в пятне рассеяния при действующем отверстии 200 мм (относительное отверстие 1:8).Figure 3 is a graph of the energy concentration in the scattering spot with an active hole of 200 mm (relative hole 1: 8).

Телескоп (фиг.1) содержит установленные по ходу луча ахроматический мениск 1 диаметром D, обращенный вогнутой стороной в сторону пространства предметов, главное вогнутое сферическое зеркало 2 и вторичное выпуклое гиперболическое зеркало 3. Главное и вторичное зеркала выполнены с практически одинаковыми радиусами кривизны. Это позволяет устранить кривизну поля. Вторичное зеркало крепится без растяжек через отверстие в мениске на расстоянии d=0,35…0,45D от задней поверхности мениска. Асферичность вторичного зеркала при диаметре 90 мм составляет 0,11 мкм (квадрат эксценриситета 2,3862), что в 3-5 раз меньше асферичности аналогичного классического Кассегрена. Это позволяет получить более качественное изображение за счет исправления остаточной сферической аберрации, комы и значительного снижения астигматизма. Изготовление вторичного гиперболического зеркала контролируется с помощью сферы Хиндла (нуль-тест). Вынос фокальной плоскости за вершину главного зеркала q=170 мм. Рабочая область спектра 656-486 нм.The telescope (Fig. 1) contains an achromatic meniscus 1 with a diameter D installed along the beam, facing the concave side toward the space of objects, the main concave spherical mirror 2 and the secondary convex hyperbolic mirror 3. The main and secondary mirrors are made with almost the same radii of curvature. This eliminates the curvature of the field. The secondary mirror is mounted without stretch marks through an opening in the meniscus at a distance d = 0.35 ... 0.45D from the rear surface of the meniscus. The asphericity of the secondary mirror with a diameter of 90 mm is 0.11 μm (eccentricity square 2.3862), which is 3-5 times less than the asphericity of the same classical Cassegrain. This allows you to get a better image by correcting the residual spherical aberration, coma and a significant reduction in astigmatism. The manufacture of a secondary hyperbolic mirror is controlled using the Hindle sphere (null test). The removal of the focal plane beyond the top of the main mirror q = 170 mm. The working range of the spectrum is 656-486 nm.

Работа катадиоптрического телескопа осуществляется следующим образом.The operation of the catadioptric telescope is as follows.

Лучи света проходят через ахроматический мениск 1, отражаясь от главного вогнутого сферического зеркала 2, попадают на вторичное выпуклое гиперболическое зеркало 3 и формируют в фокальной плоскости f изображение.The rays of light pass through the achromatic meniscus 1, reflected from the main concave spherical mirror 2, fall on the secondary convex hyperbolic mirror 3 and form an image in the focal plane f.

В качестве примера, подтверждающего достижение заявленных технических характеристик, для телескопа с действующим отверстием D=200 мм (относительное отверстие 1:8) на фиг.2 приведены точечные диаграммы пятен рассеяния для четырех углов поля зрения. Под каждым пятном приведен мерный отрезок длиной 50 мкм. Среднеквадратичный размер пятен рассеяния составляет менее 6,5 мкм для поля размером один градус и 18 мкм на краю 1,5-го поля. Размер кружка Эри для рассчитанной системы составляет 10,7 мкм для длины волны 0,55 мкм.As an example, confirming the achievement of the declared technical characteristics, for a telescope with an active hole D = 200 mm (relative aperture 1: 8) in Fig. 2 are scatter plots of scattering spots for four angles of the field of view. Under each spot is a measured length of 50 microns. The rms size of the scattering spots is less than 6.5 microns for a field of one degree and 18 microns at the edge of the 1.5th field. The size of the Erie circle for the calculated system is 10.7 μm for a wavelength of 0.55 μm.

На фиг.3 представлена характеристика качества оптической системы - количество энергии в пятне рассеяния в зависимости от угла поля. Кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют углам 0; 0,25; 0,5 и 0,75 градусов от оси. Из графика видно, что более 85% энергии попадает в кружок размером менее 10 мкм для поля размером один градус и 25 мкм на краю поля в 1,5 градуса.Figure 3 presents the quality characteristic of the optical system - the amount of energy in the scattering spot, depending on the field angle. Curves 1, 2, 3, and 4 correspond to angles 0; 0.25; 0.5 and 0.75 degrees from the axis. It can be seen from the graph that more than 85% of the energy falls into a circle smaller than 10 microns in size for a field of one degree and 25 microns at the edge of the field of 1.5 degrees.

Данный катадиоптрический телескоп обеспечивает более высокие технические характеристики по сравнению с прототипом: при небольших габаритных размерах повышено качество изображения и увеличено поле зрения телескопа. Предлагаемая оптическая система имеет дифракционное качество изображения на поле один градус, а на поле 1,5 градуса - качество, достаточное для фотографирования с современными ПЗС-матрицами с размером пикселя от 6 до 15 мкм, поэтому ее можно использовать для визуальных наблюдений и астрофотографических работ с ПЗС-матрицами. Заявляемый телескоп дает качественное изображение при действующем отверстии от 100 до 350 мм. В настоящее время по данной схеме изготовлено два телескопа с действующим отверстием 130 мм.This catadioptric telescope provides higher technical characteristics compared to the prototype: with small overall dimensions, the image quality is increased and the field of view of the telescope is increased. The proposed optical system has a diffraction image quality of one degree on the field, and 1.5 degrees on the field — a quality sufficient for photographing with modern CCD arrays with a pixel size of 6 to 15 μm, so it can be used for visual observations and astrophotographic work with CCD matrices. The inventive telescope gives a high-quality image with a working hole from 100 to 350 mm. Currently, according to this scheme, two telescopes with a working hole of 130 mm have been manufactured.

Claims

A catadioptric telescope containing a meniscus mounted along the beam, a main mirror and a secondary mirror, characterized in that the secondary mirror is made in the form of a convex hyperboloid and is installed from the rear surface of the meniscus at a distance of 0.35 ... 0.45 of the diameter of the meniscus.