Зеркальный объектив космического телескопа

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности, к зеркальным объективам космического базирования и может быть использована в высокоразрешающих электронных системах, предназначенных для дистанционного зондирования Земли в целях изучения природных ресурсов, для предупреждения техногенных катастроф, контроля чрезвычайных ситуаций, а также материалов для коммерческих целей. Задачей создания предлагаемой полезной модели является уменьшение габаритов и уменьшение дисторсии при сохранении качества изображения близкого к дифракционному пределу, улучшение светораспределения в плоскости изображения. Технический результат - использование объектива в оптико-электронном космическом аппарате с угловым рабочим полем зрения 22°. Зеркальный объектив космического телескопа содержит главное вогнутое эллиптическое зеркало 1, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало 2, третье вогнутое зеркало 3 эллиптической формы, плоские поворотные зеркала 4 и 5. Плоское поворотное зеркало 4, расположенное в плоскости действительного изображения входного зрачка, позволяет использовать его в качестве корректора волнового фронта для компенсации ошибок изготовления зеркал и сборки зеркального объектива. Плоское поворотное зеркало 5 позволяет перенести изображение в любое удобное место в данной конструкции, где можно расположить громоздкие приемники изображения. 3 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности, к зеркальным объективам космического базирования и может быть использована в высокоразрешающих электронных системах, предназначенных для дистанционного зондирования Земли в целях изучения природных ресурсов, для предупреждения техногенных катастроф, контроля чрезвычайных ситуаций, а также материалов для коммерческих целей.

Известен анастигматический трехзеркальный объектив телескопа [1], содержащий первичное зеркало эллипсоидальной формы, вторичное зеркало гиперболоидальной формы, третичное зеркало эллипсоидальной формы и поворотное плоское зеркало, расположенное под углом 45° к оптической оси объектива, предназначенное для отклонения пучков лучей от вторичного зеркала к третичному, либо для отражения света от третичного зеркала к плоскости изображения.

Недостатками известного объектива являются:

- большой продольный габарит объектива, определяемый расстоянием между вторичным и третичным зеркалами из зависимости: d₂·_экв=0,25, где d₂ - расстояние между вторичным и третичным зеркалами, _экв - эквивалентная оптическая сила объектива;

- большая дисторсия 3,4% на краю поля изображения при угловом поле зрения 2=1,5°, соотношение оптических сил удовлетворяет условию: _1,2экв; ₃-1^x где _1,2 - оптическая сила первичного и вторичного зеркал, ₃ - увеличение третьего зеркала. Качество изображения близкое к дифракционному пределу.

Из известных объективов наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является объектив космического телескопа [2] дистанционного зондирования Земли, содержащий последовательно установленные главное вогнутое зеркало эллиптической формы, второе выпуклое зеркало гиперболической формы, третье - вогнутое зеркало эллиптической формы, апертурную диафрагму, установленную между третьим зеркалом и плоскостью изображения. Вблизи апертурной диафрагмы установлена концентрическая линза с вогнутостью, обращенной к плоскости изображения. Перед приемниками изображения находится плоскопараллельная герметизирующая пластина.

Недостатками приведенного прототипа также являются:

- большой продольный габарит объектива, определяемый расстоянием между вторичным и третичным зеркалами из зависимости: d₂ ·=0,2;

- большая дисторсия 3,88% на краю поля изображения при угловом поле зрения 2=1,5°, соотношение оптических сил удовлетворяет условию: _1,2экв., ₃-1^x. Качество изображения близкое к дифракционному пределу.

Задачей создания предлагаемой полезной модели является уменьшение габаритов и уменьшение дисторсии при сохранении качества изображения близкого к дифракционному пределу, улучшение светораспределения в плоскости изображения. Технический результат - использование объектива в оптико-электронном космическом аппарате с угловым рабочим полем зрения 22°.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в зеркальном объективе космического телескопа, содержащем последовательно установленные по ходу луча главное вогнутое эллиптическое зеркало, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало, третье вогнутое зеркало эллиптической формы и два плоских поворотных зеркала, в отличие от прототипа одно из плоских поворотных зеркал расположено в плоскости действительного изображения входного зрачка, соотношение сил в объективе удовлетворяет условию: _1,22_экв., ₃=(-1,8-2)^x и продольный габарит объектива определяется соотношением: d₂·_экв=(0,14-0,16), где _1,2 - оптическая сила главного и вторичного зеркал, _экв - эквивалентная оптическая сила объектива, ₃ - увеличение третьего зеркала, d₂ - расстояние между вторичным и третьим зеркалами.

Расположение одного из плоских поворотных зеркал в плоскости действительного изображения входного зрачка позволило не только сократить габариты, но и использовать его в качестве корректора волнового фронта для компенсации ошибок изготовления зеркал и сборки зеркального объектива и для удобства размещения приемников изображения в фокальной плоскости зеркального объектива.

Изменение увеличения третьего зеркала ₃=(-1,8-2)^x, вместо ₃1^x у прототипа, позволило существенно уменьшить габарит зеркального объектива, определяемый соотношением d ₂·=(0,140,16) и создать анастигматическое, близкое к дифракционному пределу изображение, с дисторсией, не превышающей (1,2-0.44)% в пределах углового поля зрения 2=1,5°, улучшить светораспределение по полю изображения за счет уменьшения углов падения пучков лучей на плоскость изображения.

На фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема зеркального объектива космического телескопа.

На фиг.2 приведены в качестве примера конструктивные параметры зеркального объектива.

На фиг.3 представлен график функции передачи модуляции, которая рассчитана при равномерном распределении спектральной эффективности в области спектра (500900)нм.

Зеркальный объектив космического телескопа содержит главное вогнутое эллиптическое зеркало 1, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало 2, третье вогнутое зеркало 3 эллиптической формы, плоские поворотные зеркала 4 и 5. Плоское поворотное зеркало 4, расположенное в плоскости действительного изображения входного зрачка, позволяет использовать его в качестве корректора волнового фронта для компенсации ошибок изготовления зеркал и сборки зеркального объектива. Плоское поворотное зеркало 5 позволяет перенести изображение в любое удобное место в данной конструкции, где можно расположить громоздкие приемники изображения. Оптические силы удовлетворяют условию _1,22_экв., увеличение третьего зеркала 3 ₃=(-1,8-2)^x, продольный габарит объектива определяется соотношением: d₂·_экв=(0,14-0,16).

Пример. Зеркальный объектив космического телескопа имеет следующие характеристики:

1. фокусное расстояние f'=9136 мм;

2. относительное отверстие 1:12.2;

3. угловое поле зрения 2=1,7°;

4. значение коэффициента передачи модуляции (КПМ) на пространственной частоте 55 мм^-1 в пределах всего поля зрения - не ниже 0,35;

5. максимальная дисторсия 0,6%;

6. центральное экранирование 0,3.

Работа зеркального объектива космического телескопа осуществляется следующим образом.

Световой поток, исходящий от бесконечно удаленного предмета попадает на главное вогнутое эллиптическое зеркало 1. После отражения от зеркала 1 световой поток попадает на вторичное зеркало 2, отразившись от него, фокусируется в плоскости промежуточного изображения. Зеркало 3 проецирует промежуточное изображение с увеличением ₃=-2^x с помощью плоских поворотных зеркал 4 и 5 в фокальную плоскость зеркального объектива, в которой установлены приемники изображения.

График на фиг.3 подтверждает, что качество изображения близко к дифракционному пределу, дисторсия не превышает 0,6% в пределах всего углового поля.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. Патент США 4101195, публикация 1977, МПК G02B 17/06.

2. Свидетельство на полезную модель RU 35446 U1, публикация 2004, МПК G02B 23/00 - прототип.

Зеркальный объектив космического телескопа, содержащий последовательно установленные по ходу луча главное вогнутое эллиптическое зеркало, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало, третье вогнутое зеркало эллиптической формы и два плоских поворотных зеркала, отличающийся тем, что одно из плоских поворотных зеркал расположено в плоскости действительного изображения входного зрачка, соотношение сил в объективе удовлетворяет условию: _1,22_экв, ₃=(-1,8-2)^x и продольный габарит объектива определяется соотношением: d₂·_экв=(0,14-0,16), где _1,2 - оптическая сила главного и вторичного зеркал, _экв - эквивалентная оптическая сила объектива, ₃ - увеличение третьего зеркала, d₂ - расстояние между вторичным и третьим зеркалами.