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, контроля чрезвычайных ситуаций и других специальных целей.
Высокоразрешающие системы дистанционного зондирования должны обеспечить высокую информативность получаемых изображений земной поверхности: обладать высоким линейным разрешением на Земле; обеспечивать высокую точность определения координат объекта; обладать возможностью использовать несколько узких спектральных каналов параллельно с панхроматическим каналом для комплексной многоспектральной съемки.
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 данного объектива являются:
2
экв
2
экв
- большой продольный габарит объектива, определяемый расстоянием между вторичным и третичным зеркалами из зависимости: dϕ=0,25, где d - расстояние между вторичным и третичным зеркалами, ϕ - эквивалентная оптическая сила объектива;
- недостаточное угловое поле зрения 2ω=1,5°, большая дисторсия 3,4% на краю поля изображения.
Известен также объектив космического телескопа [2] для 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 объектива космического телескопа являются:
2
- большой продольный габарит объектива, определяемый расстоянием между вторичным и третичным зеркалами из зависимости: dϕ=0,2;
- большая дисторсия 3,88% на краю поля изображения при угловом поле зрения 2ω=1,5°.
2
Из известных объективов наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является зеркальный объектив космического телескопа [3], содержащий последовательно установленные по ходу луча главное вогнутое эллиптическое зеркало, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало, третье вогнутое зеркало эллиптической формы и два плоских поворотных зеркала, одно из которых расположено в плоскости действительного изображения входного зрачка. Недостатками приведенного прототипа являются недостаточно большое угловое поле зрения 2ω=1,7° и относительное отверстие 1:12,2, а также большие продольные габариты d=1484 мм.
Задачей полезной модели является уменьшение габаритов зеркального объектива космического телескопа, при сохранении высокого качества изображения близкого к дифракционному пределу в большом угловом поле зрения.
2
3
об
Решение поставленной задачи достигается тем, что в зеркальном объективе космического телескопа, содержащем оптически связанные и последовательно установленные по ходу луча, главное вогнутое эллиптическое зеркало с центральным отверстием, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало, третичное вогнутое зеркало эллиптической формы и оптический блок, содержащий как минимум одно плоское зеркало, расположенное в плоскости действительного изображения входного зрачка, в отличие от прототипа оптические силы ϕ, ϕ вторичного, третичного зеркал, соответственно, и оптическая сила ϕ зеркального объектива космического телескопа удовлетворяют условиям:
2
а расстояние d между вторичным и третичным зеркалами удовлетворяет условию: , где  - фокусное расстояние зеркального объектива космического телескопа.
Выбор оптических сил вторичного и третичного зеркал, расстояния между ними обеспечивает увеличение углового поля зрения, относительного отверстия и уменьшение фокусного расстояния зеркального объектива космического телескопа, что в свою очередь привело к уменьшению габаритов, при сохранении высокого качества изображения близкого к дифракционному пределу в большом угловом поле зрения.
На фиг.1 представлена принципиальная оптическая схема зеркального объектива космического телескопа.
На фиг.2 представлен график функции передачи модуляции, которая рассчитана при равномерном распределении спектральной эффективности в области спектра (450...850) нм.
Зеркальный объектив космического телескопа содержит оптически связанные и последовательно установленные по ходу луча главное 1 вогнутое эллиптическое зеркало с центральным отверстием, вторичное 2 выпуклое гиперболическое зеркало, третичное 3 вогнутое зеркало эллиптической формы и оптический блок, содержащий как минимум одно плоское зеркало 4, расположенное в плоскости действительного изображения входного зрачка. Плоское зеркало 4, расположенное в плоскости действительного изображения входного зрачка, позволяет использовать его в качестве корректора волнового фронта для компенсации ошибок изготовления зеркал 1-3 и сборки зеркального объектива космического телескопа. Оптический блок, содержащий плоское зеркало 4 и дополненный плоским зеркалом 5, служит для оптимальной компоновки зеркального объектива космического телескопа и позволяет перенести изображение в наиболее удобное место, где можно расположить громоздкие приемники изображения.
Зеркальный объектив космического телескопа обладает следующими конструктивными параметрами, приведенными в таблице, и характеристиками:
1. фокусное расстояние ;
2. относительное отверстие 1:11.5;
3. угловое поле зрения 2ω=2,3°;
-1
4. значение коэффициента передачи модуляции (КПМ) на пространственной частоте 55 мм в пределах всего поля зрения - не ниже 0,35;
5. максимальная дисторсия 1,3%;
6. центральное экранирование 0,33.
Работа зеркального объектива космического телескопа осуществляется следующим образом.
3
х
Световой поток, исходящий от бесконечно удаленного предмета, попадает на главное 1 вогнутое эллиптическое зеркало с центральным отверстием и отражается от него. Далее данный световой поток попадает на вторичное 2 зеркало, отразившись от него, фокусируется в плоскости промежуточного изображения. Третичное 3 зеркало проецирует промежуточное изображение с увеличением β=-1,95, которое затем при помощи оптического блока, состоящего из плоских зеркал 4-5, проецируется в фокальную плоскость зеркального объектива космического телескопа, в которой установлены приемники изображения.
Таким образом, предложенный зеркальный объектив космического телескопа обладает малыми продольными габаритами 1002 мм, при сохранении высокого качества изображения близкого к дифракционному пределу в большом угловом поле зрения 2ω≤2,3°.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. US 4101195 A (National Aeronautics and Space Administration), 18.06.1977, весь документ.
2. RU 35446 U1 (ОАО «ЛОМО»), 10.01.2004, весь документ.
3. BY 6715 U (ОАО «Пеленг»), 30.10.2010, весь документ - прототип.