Космический телескоп

 

Использование: в оптическом приборостроении, в частности, в зеркальных и зеркально-линзовых телескопах космического базирования и зрительных трубах для улучшения их технических характеристик.

Задача: упрощение конструкции и повышение надежности работы космического телескопа в условиях эксплуатации.

Сущность: в космическом телескопе, содержащем главное (первичное) и вторичное зеркала, оптико-электронный приемник изображения, установленный в фокальной плоскости телескопа, и светозащитные бленды, последние выполнены в виде n колец конической формы, установленные между главным (первичным) и вторичным зеркалами, оси колец расположены вдоль оптической оси, угол при вершине сечения конической поверхности удовлетворяет условию:

, где D - диаметр главного (первичного) зеркала, f' - фокусное расстояние главного (первичного) зеркала, - коэффициент центрального экранирования, при этом вершины конических поверхностей совмещены с фокусом главного (первичного) зеркала.

Кроме того, n-ое кольцо конической формы выполнено с толщиной dn вдоль оптической оси, равной , где , где

D1 - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы n удовлетворяет условию:

, где ln - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.

1 с.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 1 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности, к зеркальным и зеркально-линзовым телескопам космического базирования и зрительным трубам и может быть использована для улучшения их технических характеристик.

Все объективы крупногабаритных космических телескопов и зрительных труб состоят из главного, вторичного зеркал, а для широкопольных телескопов - корректора полевых аберраций, установленных в сходящемся ходе лучей перед фокальной плоскостью, и светозащитных бленд. Последние предназначены для экранирования паразитных лучей от объекта, которые попадают на приемник изображения, установленный в фокальной плоскости зеркального линзового объектива, минуя главное и вторичное зеркала. Защита фокальной плоскости от паразитного излучения является чрезвычайно важной, т.к. позволяет исключить снижение контраста изображения, обусловленное паразитным излучением.

Известны цилиндрические бленды [1], установленные перед вторичным зеркалом (ВЗ) и главным зеркалом (ГЗ). Иногда внутренняя поверхность бленды выполняется в виде конических диафрагм [2] для уменьшения бликов, отраженных от внутренней поверхности бленды.

Недостатком такого телескопа является большая длина L цилиндрической бленды.

Ее длина может доходить до размеров, определенных формулой

,

где D, DВЗ - диаметры главного и вторичного зеркал;

2y' - линейный размер поля в фокальной плоскости;

d - расстояние между главным и вторичным зеркалами.

Длина такой бленды может составлять (3-5)D и для ее реализации в телескопе приходится усложнять конструкцию, делать бленду складывающейся (телескопической), и тем самым снижать надежность работы телескопа в условиях эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой модели является зеркально-линзовый объектив зрительной трубы телескопа [3], содержащий главное (первичное) и вторичное зеркала, две внутренние бленды, одна из которых установлена перед главным зеркалом, а вторая за вторичным зеркалом, и наружная бленда, размещенная перед объективом.

Недостатком известного технического решения является необходимость установки наружной бленды, длина которой для широкопольных телескопов достаточно велика и может составить порядка (2-3)D.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции и повышение надежности работы космического телескопа в условиях эксплуатации.

Для решения поставленной задачи предлагается космический телескоп, который, как и прототип, содержит главное (первичное) и вторичное зеркала, оптико-электронный приемник изображения, установленный в фокальной плоскости телескопа, и светозащитные бленды.

В отличие от прототипа светозащитные бленды выполнены в виде n колец конической формы, установленных между главным (первичным) и вторичным зеркалами, оси колец расположены вдоль оптической оси, угол а при вершине сечения конической поверхности удовлетворяет условию:

,

где D - диаметр главного (первичного) зеркала, f' - фокусное расстояние главного (первичного) зеркала, - коэффициент центрального

экранирования, при этом вершины конических поверхностей совмещены с фокусом главного (первичного) зеркала.

Кроме того, n-ое кольцо конической формы выполнено с толщиной dn вдоль оптической оси, равной , где , где

D1 - диаметр нерабочей центральной зоны главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы n удовлетворяет условию:

, где ln - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.

Сущность предлагаемого космического телескопа заключается в выполнении светозащитной бленды в виде колец конической формы, установленных между главным (первичным) и вторичным зеркалами, оси которых расположены вдоль оптической оси, а коническая поверхность, угол при вершине сечения которой удовлетворяющий условию: , полностью защищает фокальную плоскость от паразитного освещения, т.е. полностью экранирует лучи, идущие к фокальной плоскости, минуя главное и вторичное зеркала, что позволяет исключить длинную, конструктивно сложную наружную бленду.

Выполнение светозащитных бленд в виде n колец конической формы с d n вдоль оптической оси, равной , где , где D1 - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы n удовлетворяет условию:

, где ln - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным)

зеркалом и вторичным зеркалом позволяет минизировать виньетирование рабочего излучения коническими кольцами.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков предлагаемого космического телескопа позволяет решить поставленную задачу.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - представлена общая оптическая схема космического телескопа.

Оптическая схема космического телескопа состоит из главного (первичного) зеркала 1, вторичного зеркала 2, оптико-электронного приемника 3 и n светозащитных бленд конической формы 4.

В пределах углового поля телескопа могут быть паразитные лучи 5.

Лучи 6 - рабочие лучи, отражаются от главного зеркала 1.

Оси колец расположены вдоль оптической оси аа, угол при вершине сечения конической поверхности удовлетворяет условию: , где D - диаметр главного зеркала, f' - фокусное расстояние главного зеркала, - коэффициент центрального экранирования.

Вершины всех конических колец совмещены с точкой F - фокусом главного зеркала.

Толщина n-го кольца конической формы d n вдоль оптической оси, равна , где , где D1 - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы n удовлетворяет условию:

, где ln - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.

Работа космического телескопа осуществляется следующим образом.

Лучи, исходящие от бесконечно удаленного объекта после отражения от главного зеркала 1 и вторичного зеркала 2 формируются на оптико-электронном приемнике 3. Размеры оптико-электронного приемника 3-2y' определяют рабочее угловое поле телескопа 2, определяемое как .

В пределах этого углового поля могут быть лучи 5, которые, минуя главное и вторичное зеркала, непосредственно падают на оптико-электронный приемник 3. Это паразитные лучи. Светозащитные кольца конической формы 5 экранируют их и не допускают их попадания на оптико-электронный приемник 3.

Рабочие лучи, например, 6 после отражения от главного зеркала идут вдоль конической поверхности, толщина стенки которой t мала, и виньетирование рабочего излучения минимально.

Это условие обеспечивается совмещением вершин конических поверхностей с фокусом F главного зеркала и выбором угла из условия:

, где D - диаметр главного зеркала, f' - его фокусное расстояние, - коэффициент центрального экранирования.

Толщина dn n-ого кольца конической формы вдоль оптической оси, равна: , где , где D1 - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы n удовлетворяет условию:

, где ln - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.

Выбор указанных параметров колец позволяет полностью исключить попадание паразитного излучения на оптико-электронный приемник 3.

Прилагается расчет оптической схемы космического телескопа со следующими параметрами:

D=1500 мм  
f'=5000 ммd=3333 ммD 1=550 мм
=0,33  
0,1<tg<0,3  

Количество колец конической формы n=11

n1=1 tg 1=0,3d 1=167 ммПри расчете принято
n2=2 tg 2=0,27d 2=185 ммln+1 =ln+dn
n3=3 tg 3=0,25d 3=200 мм 
n4=4tg 4=0,21d 4=240 мм 
n5=5tg 5=0,19d 5=263 мм 
n6=6tg 6=0,17d 6=294 мм 
n7=7tg 7=0,15d 7=325 мм 
n8=8tg 8=0,14d 8=358 мм 
n9=9tg 9=0,13d 2=385 мм 
n10=10tg 10=0,11d 10=431 мм 
n11=11tg 11=0,10d 11=500 мм 

Расчеты показывают, что светозащитные бленды полностью устраняют попадание паразитных лучей в плоскость оптико-электронного приемника, исключая возникновение рассеянного света.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. Теория и конструкция, изд. Наука, 1976 г.

2. Российская Федерация, патент на изобретение №2073903, МПК: 6 G03B 11/04, 1997 г.

3. Российская Федерация, патент на изобретение №2037857, МПК: 6 G02В 23/00, 1995 г. - прототип.

1. Космический телескоп, содержащий главное (первичное) и вторичное зеркала, оптико-электронный приемник изображения, установленные в фокальной плоскости телескопа, и светозащитные бленды, отличающийся тем, что светозащитные бленды выполнены в виде n колец конической формы, установленных между главным (первичным) и вторичным зеркалами, оси колец расположены вдоль оптической оси, угол при вершине сечения конической поверхности удовлетворяет условию

,

где D - диаметр главного (первичного) зеркала, f' - фокусное расстояние главного (первичного) зеркала, - коэффициент центрального экранирования, при этом вершины конических поверхностей совмещены с фокусом главного (первичного) зеркала.

2. Космический телескоп по п.1, отличающийся тем, что n-е кольцо конической формы выполнено с толщиной d n вдоль оптической оси, равной ,

где ,

где D1 - нерабочая центральная зона главного (первичного) зеркала, угол при вершине n-го кольца конической формы n удовлетворяет условию

,

где ln - расстояние от вторичного зеркала до n-го кольца конической формы, d - расстояние между главным (первичным) зеркалом и вторичным зеркалом.



 

Наверх