RU152320U1 - OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E - Google Patents
OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E Download PDFInfo
- Publication number
- RU152320U1 RU152320U1 RU2014135962/28U RU2014135962U RU152320U1 RU 152320 U1 RU152320 U1 RU 152320U1 RU 2014135962/28 U RU2014135962/28 U RU 2014135962/28U RU 2014135962 U RU2014135962 U RU 2014135962U RU 152320 U1 RU152320 U1 RU 152320U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- detector
- telescope
- spherical
- optical system
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Telescopes (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Оптическая система широкоугольного телескопа, содержащая установленный по ходу луча двухлинзовый корректор, состоящий из положительной и отрицательной сферических линз, находящихся на расстоянии друг от друга, главное вогнутое сферическое зеркало и вторичное сферическое зеркало, нанесенное на поверхность отрицательной линзы, трех сферических компенсирующих внеосевые аберрации линз, две первые из которых удалены друг от друга, а третья расположена вплотную ко второй, плоскопараллельный фильтр, окно детектора из плавленого кварца, и находящийся в фокусе детектор, а также систему для устранения прямой засветки детектора, содержащую набор диафрагм, размещающихся в бленде длиной 290 мм, считая от вершины первой линзы, и охватывающих конический пучок полезного света, обеспечивающий поле зрения телескопа.The optical system of a wide-angle telescope containing a two-lens corrector installed along the beam, consisting of positive and negative spherical lenses located at a distance from each other, the main concave spherical mirror and a secondary spherical mirror deposited on the surface of the negative lens, three spherical compensating off-axis lens aberrations, the first two of which are distant from each other, and the third is located close to the second, plane-parallel filter, fused silica detector window, and the detector in focus, as well as a system for eliminating direct illumination of the detector, containing a set of diaphragms located in a hood 290 mm long, counting from the top of the first lens, and covering a conical beam of useful light, providing a telescope field of view.
Description
Оптическая система широкоугольного телескопа VT-72eWide-angle telescope optical system VT-72e
Настоящее техническое решение относится к области астрономических приборов и может быть использовано для серийного создания обзорных телескопов, служащих для мониторинга околоземных объектов искусственного и естественного происхождения, обнаружения сверхновых и переменных звезд, ряда других важных астрономических задач, требующих частого обновления информации для широких наблюдательных областей.This technical solution relates to the field of astronomical instruments and can be used for the serial creation of observational telescopes that serve to monitor near-Earth objects of artificial and natural origin, to detect supernovae and variable stars, a number of other important astronomical tasks that require frequent updating of information for wide observational areas.
Современные оптические телескопы позволяют получить более детальные изображения объектов, чем их предшественники, в частности, преодолен «атмосферный барьер» качества изображений. Класс широкоугольных оптических телескопов, обеспечивающих качество изображений не хуже одной угловой секунды в пределах поля зрения не менее одного углового градуса, предназначен для обнаружения на небе объектов переменной яркости и проведения обзорных работ. Из предшествующего уровня техники известен ряд оптических схем, из которых наиболее высокой эффективностью для задач обзорного характера обладают зеркально-линзовые (катадиоптрические) системы, такие как, камера Шмидта, система Максутова, схема Рихтера-Слефогта. Поскольку хроматическая аберрация быстро увеличивается с ростом оптической силы линз, желательно, чтобы линзовая составляющая была как можно ближе к афокальной системе, то есть имела как можно большее эффективное фокусное расстояние. Таким образом, силовые функции желательно возлагать на зеркальные элементы, тогда как основное назначение близкой к афокальной линзовой оптики - устранить монохроматические аберрации системы, по возможности не внося собственного хроматизма. Известна следующая этому требованию схема Рихтера-Слефогта (R. Richter, Н. Slevogt, German Patent Application 1941, No. Z 26592 IXa 42h.), представляющая собой модификацию схемы Шмидта. Эта схема включает сферическое зеркало и афокальный двухлинзовый корректор, представляющий собой тесный дублет из положительной и отрицательной тонких линз, суммарная оптическая сила которых равна нулю, используемый для компенсации некоторых аберраций. Эта система, однако, не является в достаточной мере широкоугольной из-за хроматизма увеличения при больших полевых углах, обусловленного зависимостью коэффициента увеличения системы от длины волны.Modern optical telescopes make it possible to obtain more detailed images of objects than their predecessors, in particular, the “atmospheric barrier” of image quality is overcome. A class of wide-angle optical telescopes that provide image quality no worse than one second of arc within the field of view of at least one angle of degree is designed to detect objects of variable brightness in the sky and conduct survey work. A number of optical schemes are known from the prior art, of which mirror-lens (catadioptric) systems, such as the Schmidt camera, the Maksutov system, and the Richter-Slefogt scheme, have the highest efficiency for survey tasks. Since chromatic aberration increases rapidly with increasing optical power of the lenses, it is desirable that the lens component be as close to the afocal system as possible, that is, have the largest effective focal length. Thus, it is desirable to assign power functions to mirror elements, while the main purpose of close to afocal lens optics is to eliminate monochromatic aberrations of the system, if possible without introducing intrinsic chromatism. The following Richter-Slefogt scheme is known (R. Richter, N. Slevogt, German Patent Application 1941, No. Z 26592 IXa 42h.), Which is a modification of the Schmidt scheme. This scheme includes a spherical mirror and an afocal two-lens corrector, which is a close doublet of positive and negative thin lenses, the total optical power of which is zero, used to compensate for some aberrations. This system, however, is not sufficiently wide-angle due to the chromatism of the increase at large field angles, due to the dependence of the coefficient of increase of the system on the wavelength.
Угловое поле большего диаметра достигается в оптической системе телескопа ТТМ, описанной в работе Tarasenko I., Terebizh V., Markelov S. "Some Issues of Creation of Wide-Field Telescopes for Monitoring Satellites and Space Debris in High Earth Orbits", 8th US/Russian Space Surveiiance Workshop, Maui, Hawaii, 18-23 April 2010. Эта схема включает в себя входной двухлинзовый корректор с линзами, расположенными на расстоянии друг от друга, вторичное зеркало, размещенное на задней поверхности второй линзы входного корректора, а также корректирующие сферические линзы, расположенные рядом с фокальной плоскостью. При этом элементы, входящие в систему, имеют сферические поверхности, что снижает трудоемкость изготовления и себестоимость системы. Данная оптическая система обеспечивает среднеквадратический диаметр изображений звезд по полю зрения от 12 мкм до 17 мкм (1.8-2.5 угловых секунд), диаметр кружка, охватывающего 80% энергии в изображении звезды, составляет для ТТМ 2.6″-4.0″.A larger angular field is achieved in the optical system of the TTM telescope described in Tarasenko I., Terebizh V., Markelov S. "Some Issues of Creation of Wide-Field Telescopes for Monitoring Satellites and Space Debris in High Earth Orbits", 8th US / Russian Space Surveiiance Workshop, Maui, Hawaii, April 18-23, 2010. This scheme includes an input two-lens corrector with lenses spaced apart from each other, a secondary mirror located on the rear surface of the second lens of the input corrector, as well as corrective spherical lenses located next to the focal plane. Moreover, the elements included in the system have spherical surfaces, which reduces the complexity of manufacturing and the cost of the system. This optical system provides a mean-square diameter of stellar images over the field of view from 12 μm to 17 μm (1.8-2.5 arc seconds), the diameter of a circle covering 80% of the energy in the star image is for the ТТМ 2.6 ″ -4.0 ″.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в улучшении оптической схемы ТТМ для получения более высокого качества изображений.The problem to which the claimed technical solution is directed is to improve the optical scheme of the TTM to obtain higher quality images.
Данный результат достигается за счет добавления третьей, отрицательной, линзы в выходной корректор, при ее размещении вплотную ко второй. Это позволяет улучшить среднеквадратический диаметр изображений звезд по полю зрения до 4.5-6.8 мкм (1.1″-1.6″), при этом диаметр кружка, охватывающего 80% энергии в изображении звезды, составляет 2.0″-2.7″. Кроме того, описанное изменение оптической системы позволяет примерно вдвое увеличить задний отрезок системы (расстояние от последней оптической поверхности до приемника излучения, back focal length, BFL) и настолько же отодвинуть плоскость изображений от главного зеркала; эти особенности очень важны в технологическом и эксплуатационном отношениях. Оптическая система реализуется при использовании сферических оптических поверхностей с радиусами кривизны из списка ГОСТ 1807-75 и типов оптического стекла, рекомендованных ГОСТ к оптическому производству. Диаметр центрального отверстия в главном зеркале можно произвольно выбрать в диапазоне 120-160 мм, не внося в систему дополнительного виньетирования света. Предполагается, что приемником излучения может служить одна из доступных сейчас ПЗС матриц с диагональю длиной ~52 мм и размером пикселя 9 или 12 мкм. Рассчитана версия оптической схемы с апертурой 400 мм при условии изготовления оптических элементов из стекла каталога Лыткаринского завода оптического стекла (ЛЗОС), причем выбраны наиболее употребительные радиусы кривизны оптических This result is achieved by adding a third, negative, lens to the output corrector, when placed close to the second. This allows us to improve the mean square diameter of the images of stars in the field of view to 4.5-6.8 μm (1.1 ″ -1.6 ″), while the diameter of the circle, covering 80% of the energy in the image of the star, is 2.0 ″ -2.7 ″. In addition, the described change in the optical system makes it possible to approximately double the rear segment of the system (distance from the last optical surface to the radiation receiver, back focal length, BFL) and move the image plane away from the main mirror by the same amount; These features are very important in technological and operational terms. The optical system is implemented using spherical optical surfaces with radii of curvature from the list of GOST 1807-75 and the types of optical glass recommended by GOST for optical production. The diameter of the central hole in the main mirror can be arbitrarily selected in the range of 120-160 mm without introducing additional light vignetting into the system. It is assumed that one of the currently available CCD arrays with a diagonal of ~ 52 mm and a pixel size of 9 or 12 μm can serve as a radiation receiver. A version of the optical scheme with an aperture of 400 mm was calculated provided that optical elements were made of glass from the catalog of the Lytkarino Optical Glass Plant (LZOS), and the most common optical curvature radii were selected
поверхностей из списка ГОСТ 1807-75, что позволяет существенно упростить и удешевить изготовление оптической системы, а также альтернативные версии с использованием ассортимента стекол фирм Ohara и Schott. Основные характеристики системы являются общими для всех трех версий. В качестве материала окна детектора обычно применяется плавленый кварц; при расчетах подразумевался материал Fused Silica каталогов MISC или INFRARED компании ZEMAX. Однако, поскольку фильтр и окно детектора имеют нулевую оптическую силу, их положение, толщина и материал могут заметно изменяться без ухудшения качества изображений. Проверка показала, что в оптической системе нет опасных бликов, обусловленных двукратным отражением света от оптических поверхностей.surfaces from the list of GOST 1807-75, which allows to significantly simplify and reduce the cost of manufacturing the optical system, as well as alternative versions using the range of glasses from Ohara and Schott. The main characteristics of the system are common to all three versions. The material of the detector window is usually fused silica; the calculations were based on Fused Silica material from the ZEMAX MISC or INFRARED catalogs. However, since the filter and the detector window have zero optical power, their position, thickness and material can noticeably change without compromising image quality. Verification showed that in the optical system there are no dangerous glare due to double reflection of light from optical surfaces.
При поле зрения, которое обеспечивается в телескопе VT-72e, практически все пространство между главным и вторичным зеркалами заполнено световыми пучками от объектов, поэтому обычно применяемые внутренние отсекатели прямого света в форме усеченных конусов неприменимы, так как внесли бы нежелательно большое экранирование полезного света. Устранение прямой засветки детектора достигается размещением набора диафрагм в бленде длиной 290 мм, считая от вершины первой линзы. Диафрагмы охватывают конический пучок полезного света, обеспечивающий поле зрения 3.5°. Внутреннюю поверхность бленды следует сделать пористой. Диаметр светового пучка около первой линзы светового корректора лишь на 15 мм больше светового диаметра 115.6 мм этой линзы.With the field of view, which is provided by the VT-72e telescope, almost the entire space between the primary and secondary mirrors is filled with light beams from objects, therefore, the commonly used internal direct light cutoffs in the form of truncated cones are not applicable, since they would introduce an undesirably large screening of useful light. Elimination of direct illumination of the detector is achieved by placing a set of diaphragms in a hood with a length of 290 mm, counting from the top of the first lens. The diaphragms cover a conical beam of useful light, providing a field of view of 3.5 °. The inner surface of the hood should be made porous. The diameter of the light beam near the first lens of the light corrector is only 15 mm larger than the light diameter of 115.6 mm of this lens.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение качества звездных изображений в 1.5 раза относительно ближайшего аналога (оптическая система ТТМ), при достижении качества, близкого к дифракционному (3.5° при апертуре 400 мм), удлинение заднего отрезка в два раза, упрощение и удешевление изготовления оптической системы, компактность телескопа, нетребовательность к сортам стекла, отсутствие асферических поверхностей и мягкие допуски.The technical result provided by the given set of features is to increase the quality of stellar images by 1.5 times relative to the closest analogue (optical system ТТМ), while achieving a quality close to diffraction (3.5 ° at an aperture of 400 mm), lengthening the back section by half, simplifying and cheaper manufacturing of the optical system, compact telescope, low requirements for grades of glass, lack of aspherical surfaces and soft tolerances.
Параметры оптической системы VT-72e сведены в таблицу 1. Характеристики диафрагм, размещаемых в бленде для устранения прямой засветки детектора, приведены в таблице 2. Результирующие общие характеристики телескопа представлены в таблице 3.The parameters of the VT-72e optical system are summarized in Table 1. The characteristics of the diaphragms placed in the hood to eliminate direct exposure to the detector are shown in Table 2. The resulting general characteristics of the telescope are presented in Table 3.
1) Все поверхности - сферы. Нумерация поверхностей соответствует ходу лучей.1) All surfaces are spheres. The numbering of surfaces corresponds to the course of the rays.
2) Апертурная диафрагма.2) Aperture diaphragm.
3) Диаметр центрального отверстия в главном зеркале выбирается в интервале 120-160 мм.3) The diameter of the central hole in the main mirror is selected in the range of 120-160 mm.
4) Вторичное зеркало нанесено на поверхность №4.4) A secondary mirror is applied to surface No. 4.
5) Fused Silica - плавленый кварц.5) Fused Silica - fused silica.
Система VT-72e устойчива относительно замены типов стекла ЛЗОС на соответствующие марки каталога Ohara. Радиусы всех оптических поверхностей и толщины линз остаются прежними; изменения сводятся к заменам, перечисленным в табл. 4.The VT-72e system is resistant to replacing LZOS glass types with the corresponding Ohara catalog brands. The radii of all optical surfaces and the thickness of the lenses remain the same; changes are reduced to replacements listed in table. four.
Система также может быть реализована с использованием марок стекла, изготавливаемых компанией Schott. Все радиусы остаются прежними, изменения касаются только двух линз выходного корректора (табл. 5).The system can also be implemented using glass grades manufactured by Schott. All radii remain the same, the changes concern only two lenses of the output corrector (Table 5).
Предложенная полезная модель иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed utility model is illustrated by the following graphic materials:
Фиг. 1 - Оптическая схема системы VT-72e.FIG. 1 - Optical design of the VT-72e system.
Фиг. 2 - Точечные диаграммы телескопа VT-72e в интегральном свете.FIG. 2 - Scatter plots of the VT-72e telescope in integrated light.
Фиг. 3 -Интегральное распределение энергии в изображении точечного источника для значений полевого угла 0; 0.5°; 1.0°; 1.25°; 1.5°; 1.75°. Вверху каждого квадрата указан полевой угол точечного источника, внизу - координаты изображения на детекторе. Сторона квадрата соответствует 12 мкм (2.9").FIG. 3 - Integral energy distribution in the image of a point source for field angle values of 0; 0.5 °; 1.0 °; 1.25 °; 1.5 °; 1.75 °. At the top of each square is the field angle of the point source, and at the bottom are the coordinates of the image on the detector. The side of the square corresponds to 12 μm (2.9 ").
Фиг. 4 - Доля невиньетированных лучей в зависимости от полевого угла.FIG. 4 - The proportion of non-vignette rays depending on the field angle.
Фиг. 5 - Ход лучей в телескопе, снабженном блендой и системой входных диафрагм. Номера диафрагм приведены по табл. 2.FIG. 5 - The path of the rays in a telescope equipped with a hood and a system of input diaphragms. The numbers of the diaphragms are given in table. 2.
На Фиг. 1 изображена предлагаемая оптическая система широкоугольного телескопа VT-72e. Система содержит установленный по ходу луча двухлинзовый корректор, состоящий из положительной (поверхности 1, 2) и отрицательной (3, 4) сферических линз, сделанных из одного и того же сорта стекла (в таблице 1 LZ_K8 ЛЗОС) и находящихся на расстоянии друг от друга, главное вогнутое сферическое зеркало (5) и вторичное сферическое зеркало (6), нанесенное на поверхность отрицательной линзы (4), трех сферических компенсирующих внеосевые аберрации линз (поверхности 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12) непосредственно перед фокусом, две первые из которых удалены друг от друга и сделаны из стекла другого сорта (в таблице 1 LZ_T16 ЛЗОС), а третья расположена вплотную ко второй и сделана из стекла того же сорта, что и линзы (1,2) и (3,4), плоскопараллельный фильтр (поверхности 13 и 14) из того же материала (LZ_K8), окно детектора из плавленого кварца (поверхности 15 и 16) и детектор (17). Лучи света проходят через двухлинзовый корректор (1,2) и (3,4), отражаясь от главного зеркала 5 и вторичного зеркала 6, нанесенного на поверхность 4 линзы корректора, и собираются линзами (7,8), (9,10) и (11,12) компенсатора внеосевых аберраций в плоскости изображения телескопа на небольшом расстоянии за компенсатором.In FIG. 1 shows the proposed optical system of the VT-72e wide-angle telescope. The system contains a two-lens corrector installed along the beam, consisting of positive (
На Фиг. 5 показана методика устранения прямой засветки детектора, позволяющая избежать нежелательно большого экранирования полезного света при использовании оптической схемы VT-72e. Эта цель достигается размещением набора диафрагм (18-21) в бленде длиной 290 мм, считая от вершины первой линзы. Диафрагмы охватывают конический пучок полезного света, обеспечивающий поле зрения 3.5°.In FIG. 5 shows a technique for eliminating direct exposure to the detector, avoiding undesirably large shielding of useful light when using the VT-72e optical circuit. This goal is achieved by placing a set of diaphragms (18-21) in a hood 290 mm long, counting from the top of the first lens. The diaphragms cover a conical beam of useful light, providing a field of view of 3.5 °.
ЛИТЕРАТУРА.LITERATURE.
R. Richter, Н. Slevogt, German Patent Application 1941, No. Z 26592 IXa 42hR. Richter, N. Slevogt, German Patent Application 1941, No. Z 26592 IXa 42h
Tarasenko I., Terebizh V., Markelov S. "Some Issues of Creation of Wide-Field Telescopes for Monitoring Satellites and Space Debris in High Earth Orbits", 8th US/Russian Space Surveiiance Workshop, Maui, Hawaii, 18-23 April 2010.Tarasenko I., Terebizh V., Markelov S. "Some Issues of Creation of Wide-Field Telescopes for Monitoring Satellites and Space Debris in High Earth Orbits", 8th US / Russian Space Surveiiance Workshop, Maui, Hawaii, April 18-23, 2010 .
В.Ю. Теребиж, «Современные оптические телескопы». М.: Физматлит, 2005.V.Yu. Terebizh, "Modern optical telescopes." M .: Fizmatlit, 2005.
V.Terebizh, "New designs of survey telescopes", 2011, Astronomische Nachrichten 332, iss. 7, p.714.V. Terebizh, "New designs of survey telescopes", 2011, Astronomische Nachrichten 332, iss. 7, p. 714.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014135962/28U RU152320U1 (en) | 2014-09-04 | 2014-09-04 | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014135962/28U RU152320U1 (en) | 2014-09-04 | 2014-09-04 | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU152320U1 true RU152320U1 (en) | 2015-05-20 |
Family
ID=53297694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014135962/28U RU152320U1 (en) | 2014-09-04 | 2014-09-04 | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU152320U1 (en) |
-
2014
- 2014-09-04 RU RU2014135962/28U patent/RU152320U1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9651763B2 (en) | Co-aperture broadband infrared optical system | |
CN104317039A (en) | Reflex type telephoto objective lens | |
CN108957725A (en) | Improved Schmidt telescopic optical system | |
RU2443005C2 (en) | Catadioptric telescope | |
RU2475788C1 (en) | Catadioptric telescope | |
CN102253479B (en) | Main focus type refraction and reflection optical system | |
CN206282023U (en) | Short-wave and long-wave infrared dual-waveband confocal-surface large-relative-aperture optical system | |
US2327947A (en) | Optical objective | |
RU152320U1 (en) | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-72E | |
CN114236796B (en) | Visible light-medium wave infrared afocal optical system | |
Seppala | Improved optical design for the large synoptic survey telescope (lsst) | |
RU2650055C1 (en) | Catadioptric telescope | |
Tofani et al. | Design of the EnVisS instrument optical head | |
RU162010U1 (en) | OPTICAL SYSTEM WIDE-ANGLE TELESCOPE VT-78D | |
CN110543006A (en) | Optical system of wide-field wide-band astronomical telescope | |
CN210376871U (en) | Catadioptric astronomical telescope with dual focal length system | |
CN210072199U (en) | Eyepiece of handheld infrared observation appearance of non-refrigeration type | |
CN108152241B (en) | Long-wave infrared imaging optical system | |
RU2415451C1 (en) | Reflector lens | |
CN114236798A (en) | Catadioptric afocal optical system | |
RU2798087C1 (en) | Mirror lens | |
RU2472190C1 (en) | Catadioptric telescope | |
GB2532840A (en) | Wide-angle lens | |
RU2248024C2 (en) | Katadioptrical telescope | |
RU23508U1 (en) | DEVICE OF CATADIOPTRICAL TELESCOPE |