КОСМИЧЕСКИЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности, к зеркально-линзовым объективам, и может быть использована преимущественно в оптико-электронных аппаратах для дистанционного зондирования Земли в интересах народного хозяйства и для решения специальных задач.
Известен объектив космического телескопа [1], 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, и концентрическую линзу с вогнутостью, обращенной к плоскости изображения.
Недостатком данной конструкции объектива является технологическая сложность изготовления трех асферических зеркал, качество отражающих поверхностей которых должно быть на дифракционном уровне, а установка зеркал должна быть выполнена с погрешностью в несколько угловых секунд по углу отклонения и в сотых долях миллиметра по децентрировке.
Из известных объективов наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели можно выбрать в качестве прототипа космический зеркально-линзовый телескоп [2].
Космический зеркально-линзовый телескоп содержит установленные последовательно главное вогнутое зеркало, вторичное выпуклое зеркало, линзовый корректор поля, коллектив, преобразователь фокусного расстояния, выполненный в виде матрицы объективов, расположенных в шахматном порядке, при этом оси объективов параллельны главной оптической оси. Фотоприемные устройства расположены в фокальной
плоскости объектива. Однако, оптическая система, построенная по предлагаемой схеме, чрезвычайно сложна. Объективы преобразователя фокусного расстояния, работающие каждый на свою ПЗС - линейку, расположены параллельно оптической оси телескопа и не могут в полной мере скомпенсировать полевые аберрации зеркально-линзовой части объектива, состоящей из главного и вторичного зеркал и линзового корректора поля. Поэтому требуется чрезвычайно высокое качество промежуточного изображения зеркально-линзовой части телескопа. Схема практически трудно реализуема.
Технической задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции при сохранении большого углового поля и высокого линейного разрешения на местности.
Для решения поставленной задачи предложен космический зеркально-линзовый объектив, содержащий главное вогнутое зеркало, вторичное выпуклое зеркало и преобразователь фокусного расстояния, в котором в отличие от прототипа, преобразователь фокусного расстояния содержит двояковогнутую линзу, положительный двухлинзовый склеенный блок, состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, двояковыпуклую линзу, отрицательный двухлинзовый склеенный блок, состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости изображения, положительный двухлинзовый склеенный блок, состоящий из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, положительный двухлинзовый склеенный блок, состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, две двояковогнутые и две двояковыпуклые линзы.
В предложенном объективе преобразователь фокусного расстояния, проецирующий промежуточное изображение, даваемое зеркальной частью объектива, в плоскость фоточувствительных элементов с увеличением, выполняет две функции: обеспечивает заданное фокусное расстояние
зеркально-линзового объектива таким образом, что эквивалентное фокусное расстояние зеркально-линзового объектива равно произведению фокусного расстояния зеркальной части объектива на увеличение преобразователя фокусного расстояния, и является корректором полевых аберраций зеркальной части объектива.
Размещение апертурной диафрагмы в преобразователе фокусного расстояния и полевой диафрагмы в фокальной плоскости зеркальной части объектива обеспечило защиту плоскости изображения от посторонних засветок. Выбранная схема объектива позволяет разработать составную конструкцию корпуса объектива из конструкционных материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения, что при соответствующем выборе марок стекол линз преобразователя фокусного расстояния обеспечивает качество изображения, близкое к дифракционному, которое сохраняется при изменении температуры окружающей среды. В объективе не требуется система фокусировки изображения в условиях эксплуатации, что упрощает конструкцию и уменьшает вес объектива.
На фиг.1 изображена принципиальная оптическая схема предлагаемого объектива.
На фиг.2 приведены конструктивные параметры линз объектива и характеристики использованных стекол.
Космический зеркально-линзовый объектив содержит установленные последовательно главное вогнутое зеркало 1, вторичное выпуклое зеркало 2, преобразователь 3 фокусного расстояния, состоящий из двояковогнутой линзы-коллектива 4, положительного двухлинзового склеенного блока 5, содержащего двояковогнутую и двояковыпуклую линзы, двояковыпуклой линзы 6, отрицательного двухлинзового склеенного блока 7, выполненного из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отрицательного мениска 8, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, положительного двухлинзового склеенного блока 9, выполненного из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости
изображения, положительного двухлинзового склеенного блока 10, состоящего из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, двух двояковогнутых 11-12 и двух двояковыпуклых 13-14 линз.
Предлагаемый космический зеркально-линзовый объектив имеет следующие характеристики:
1. фокусное расстояние - 1797 мм;
2. относительное отверстие - 1:10.6;
3. угловое поле зрения - 2.7°;
-1
4. значение коэффициента передачи модуляции (КПМ) на пространственной частоте 40 мм в пределах всего поля зрения - не ниже 0.4. Фотограмметрическая дисторсия не превышает 0.002 мм.
Космический зеркально-линзовый объектив работает следующим образом: изображение участков земной поверхности строится зеркальной частью объектива, состоящей из главного 1 и вторичного 2 зеркал, в его фокальной плоскости. Преобразователь 3 фокусного расстояния строит изображение с увеличением, например 2-кратным, на фоточувствительных элементах фотоприемных устройств (на чертеже не показано). При этом линза 4 проецирует выходной зрачок зеркальной части объектива в апертурную диафрагму преобразователя фокусного расстояния, изображение которой находится в бесконечности со стороны плоскости изображения. Этим в зеркально-линзовом объективе обеспечена высокая равномерность освещенности по всему полю изображения, что позволяет использовать в качестве приемника информации CCD - матрицы серии EXWAVEHAD с микролинзами на поверхности CCD, которые в 3...4 раза повышают чувствительность фотокамеры.
Терморасстраиваемость объектива в условиях изменения окружающей среды на ±5°С не превышает 0.02 мм, что не приводит к изменению качества изображения.
Таким образом, предложенный космический зеркально-линзовый объектив для дистанционного зондирования Земли позволяет при данном
диаметре D главного зеркала обеспечить угловое поле 0.4 D/f' с одним преобразователем фокусного расстояния и более простую и надежную конструкцию.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент РФ №35446 U1, МКИ G 02 B 23/00, публикация 2004.01.10.
2. Патент РФ №2115942 C1, МКИ G 02 B 23/00, G 02 B 23/12, публикация 1998.07.20 (прототип).