ОБЪЕКТИВ КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА

Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности, зеркальных и зеркально-линзовых космических телескопов и может быть использована для улучшения их технических характеристик, а именно для получения малых габаритов, большого углового поля, расширения спектрального интервала и т.д.
Известны аналогичные зеркально-линзовые объективы телескопов, содержащие первое главное вогнутое зеркало эллиптической формы, второе выпуклое зеркало гиперболической формы и третье вогнутое зеркало эллиптической формы. Между третьим зеркалом и плоскостью изображения установлена апертурная диафрагма, сопряженная с поверхностью первого зеркала. В фокальной плоскости установлены оптико-электронные приемники (ОЭП).
Объективы имеют высокое качество изображения по всему полю изображения, но при установке ОЭП появляется хроматизм увеличения, снижающий качество изображения по полю [1].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой модели является объектив, содержащий три последовательно установленные главное вогнутое зеркало эллиптической формы, второе выпуклое зеркало гиперболической формы, третье вогнутое зеркало эллиптической формы, апертурную диафрагму, установленную между третьим вогнутым зеркалом и плоскостью изображения, концентрическую линзу, установленную вблизи апертурной диафрагмы, плоскопараллельные герметизирующие пластины, установленные перед оптико-электронными приемниками [2].
Недостатками известного объектива является экранирование центральной части поля изображения, делающей ее нерабочей. Это
приводит к потери информации, обусловленной не использованием центральной части поля.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение информативности космического телескопа за счет одновременной работы трех каналов: двух видимого диапазона и одного инфракрасного диапазона.
Для решения поставленной задачи предлагается объектив космического телескопа дистанционного зондирования Земли, который, как и прототип, содержит 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, концентрическую линзу, установленную вблизи апертурной диафрагмы и плоскопараллельные герметизирующие пластины, установленные перед оптико-электронными приемниками.
В отличие от прототипа в объектив дополнительно введен проекционный объектив с оптической осью, совмещенной с оптической осью объектива, в центральной части промежуточного изображения объекта, создаваемого первым и вторым зеркалами, установлен коллектив, а в третьем зеркале выполнено центральное отверстием, у которого установлен дополнительный оптико-электронный приемник.
к
об
Кроме того, объектив космического телескопа снабжен двумя дополнительными оптико-электронными приемниками на видимый диапазон спектра, установленными вне центральной части поля изображения симметрично оптической оси объектива, а линзовая проекционная система дополнена оптико-электронным приемником на ИК область спектра (3-5)μ или (8-12)μ, при этом эквивалентная оптическая сила ИК канала φ<φ,
об
где φ - оптическая сила всего объектива в целом.
к
об
Предложенное построение оптической системы позволяет использовать центральную часть поля и реализовать дополнительный канал наблюдения. Учитывая, что для формирования изображения в ИК-диапазоне спектра, светосила объектива должна быть выше, чем для видимого диапазона (ВД) спектра, дополнительный проекционный объектив работает с увеличением V < |-1|, т.е. эквивалентная оптическая сила (φ) ИК канала больше оптической силы всего объектива (φ) в целом.
Следовательно, фокусное расстояние ИК канала меньше фокусного расстояния канала ВД и соответственно светосила ИК канала выше светосилы канала ВД.
Наличие центрального отверстия в третьем зеркале позволяет удачно расположить ИК-ОЭП.
Введение коллектива в плоскости промежуточного изображения в его центральной части, создаваемого первым и вторым зеркалами, позволяет минимизировать габариты проекционного объектива.
Для ВД - установлены два ЭОП симметрично оптической оси вне центральной зоны поля изображения.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - представлена оптическая схема объектива с тремя спектральными каналами.
Объектив космического телескопа состоит из главного вогнутого зеркала 1 эллиптической формы, второго выпуклого зеркала 2 гиперболической формы, третьего вогнутого зеркала 3 эллиптической формы, плоских зеркал 4 и 5, апертурной диафрагмы 6, вблизи которой установлена коррекционная, концентрическая линза 7. Плоскость изображения для ВД совпадает с поверхностью фоточувствительной зоны (ФЧЗ) оптико-электронного приемника 9, перед которым находится плоскопараллельная герметизирующая пластина 8.
Промежуточное изображение формируется зеркалами 1 и 2 в плоскости промежуточного изображения 10.
Оптические компоненты 3, 4(1), 5(1), 6(1), 7(1), 8(1), 9(1) -образуют канал видимого диапазона - I.
Компоненты 3, 4(2), 5(2), 6(2), 7(2), 8(2), 9(2) - канал видимого диапазона - II.
Промежуточное изображение 10 включает в себя:
промежуточное изображение - 11(1) - канала I;
промежуточное изображение - 11(2) - канала II;
промежуточное изображение - 12 - ИК-канала.
Вблизи промежуточного изображения 12 установлен коллектив 13.
ИК канал включает в себя проекционный объектив 14 и ОЭП ИК 15.
Таким образом, оптические компоненты 13, 14 и 15 - образуют ИК канал.
ОЭП 15 расположены за зеркалом 3, имеющим отверстие 16.
к
об
Увеличение (V) проекционного объектива 14 V < |-1|, что обеспечивает выполнение условия φ>φ.
Работа объектива космического телескопа осуществляется следующим образом.
Параллельный пучок света падает на первое зеркало 1, отражается от него и от второго зеркала 2 и фокусируется в плоскости промежуточного изображения 10. Промежуточные изображения 11(1) и 11(2) каналов I, II видимого диапазона расположены симметрично относительно оптической оси системы зеркал 1 и 2 и представляют собой узкие полосы, перпендикулярные плоскости чертежа. Каждое из изображений 11(1) и 11(2) оптическими элементами 3, 4(1), 5(1), 6(1), 7(1), 8(1) и 3, 4(2), 5(2), 6(2), 7(2), 8(2) проектируются на ОЭП 9(1) и 9(2) соответственно.
ОЭП представляют собой линейки, установленные перпендикулярно плоскости чертежа.
Одновременно промежуточное изображение 12, расположенное в центральной части промежуточного изображения, даваемого зеркалами 1 и 2, проекционным объективом 14 перепроектируется на ОЭП ИК 15.
Примером реализации оптической схемы объектива космического телескопа является
объектив видимого диапазона спектра:
Световой диаметр главного зеркала, диаметр входного зрачка - 980 мм.
Эквивалентное фокусное расстояние - 12000 мм.
Угловое поле - 1,55°.
Относительное отверстие 1:12,25.
Спектральный диапазон: канал I - 0,5-0,8 μ;
канал II - 0,4-1,1 μ
ИК диапазон спектра:
Диаметр входного зрачка - 980 мм;
Эквивалентное фокусное расстояние - 8436 мм.
Угловое поле - 0,78°.
Относительное отверстие 1:8,6.
Спектральный диапазон: 3-5 μ; или 8-12 μ
к
к
об
Оптическая сила ИК канала - φ составляет φ=1,42 φ.
Общая длина объектива - расстояние от зеркала 2 до плоскости ОЭП - 2570 мм.
Таким образом, наличие дополнительного канала, совмещенного с оптической осью объектива позволило использовать центральную часть поля и тем самым повысить информативность космического телескопа за счет одновременной работы трех каналов: двух ВД и одного ИК.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. США, патент №4101195, МПК: G 02В 17/06, 23/06, 1977 г.
2. Российская Федерация, патент на полезную модель №35446, МПК: G 02 В 17/06, 23/06, 2004 г. - прототип.