Катадиоптрический телескоп

Изобретение относится к области оптической техники и предназначено для визуальных наблюдений и астрофотографических работ с ПЗС-матрицами. Изобретение направлено на повышение качества изображения и увеличение поля зрения телескопа при сохранении его небольших габаритных размеров, что обеспечивается за счет того, что в катадиоптрическом телескопе, содержащем установленные по ходу луча мениск, главное зеркало и вторичное зеркало, согласно изобретению вторичное зеркало выполнено в форме выпуклого гиперболоида и установлено от задней поверхности мениска на расстоянии 0,35…0,45 диаметра мениска. 3 ил.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к астрономическим телескопам, и может быть реализовано при производстве серийных малогабаритных телескопов, служащих для изучения астроклимата и наблюдений разнообразных небесных объектов с приборами зарядовой связи (ПЗС-матрицами).

Известны катадиоптрические системы телескопа (менисковые Кассегрены), содержащие только сферическую оптику. В них по ходу луча расположены мениск, главное зеркало и вторичное зеркало (см. Максутов Д.Д. Астрономическая оптика, «Наука», 1979, с.331-355; Попов Г.М. Асферические поверхности в астрономической оптике, М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980, с.113-125). Сферическая оптика не позволяет получить изображение высокого качества на достаточно большом поле (например, 1,5 угловых градуса).

Высокое качество изображения менискового Кассегрена при сферической оптике получается только при значительном удалении мениска в сторону пространства предметов. При этом возрастает размер главного зеркала и общая длина оптической системы (во многих случаях такие габаритные размеры являются недопустимыми).

Прототипом предлагаемого изобретения является катадиоптрическая система телескопа (патент РФ №13707, МПК⁷ G02B 23/00), где по ходу луча установлены мениск, главное зеркало и вторичное зеркало, наклеенное на мениск. Однако в прототипе вся оптика сферическая и вторичное зеркало жестко привязано и находится в непосредственной близости от задней поверхности мениска, что не позволяет устранить остаточную сферическую аберрацию, остаточную кому и астигматизм, то есть получить изображение высокого качества на большом поле зрения.

Задачей изобретения является повышение качества изображения и увеличение поля зрения телескопа при небольших габаритных размерах.

Поставленная задача решается тем, что в известном катадиоптрическом телескопе, содержащем установленные по ходу луча мениск, главное зеркало и вторичное зеркало, согласно изобретению вторичное зеркало выполнено в форме выпуклого гиперболоида и отстоит от задней поверхности мениска на расстоянии 0,35…0,45 диаметра мениска.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.

Фиг.1 - оптическая схема заявляемого катадиоптрического телескопа.

Фиг.2 - точечные диаграммы пятен рассеяния для заявляемого телескопа при действующем отверстии 200 мм (относительное отверстие 1:8).

Фиг.3 - график концентрации энергии в пятне рассеяния при действующем отверстии 200 мм (относительное отверстие 1:8).

Телескоп (фиг.1) содержит установленные по ходу луча ахроматический мениск 1 диаметром D, обращенный вогнутой стороной в сторону пространства предметов, главное вогнутое сферическое зеркало 2 и вторичное выпуклое гиперболическое зеркало 3. Главное и вторичное зеркала выполнены с практически одинаковыми радиусами кривизны. Это позволяет устранить кривизну поля. Вторичное зеркало крепится без растяжек через отверстие в мениске на расстоянии d=0,35…0,45D от задней поверхности мениска. Асферичность вторичного зеркала при диаметре 90 мм составляет 0,11 мкм (квадрат эксценриситета 2,3862), что в 3-5 раз меньше асферичности аналогичного классического Кассегрена. Это позволяет получить более качественное изображение за счет исправления остаточной сферической аберрации, комы и значительного снижения астигматизма. Изготовление вторичного гиперболического зеркала контролируется с помощью сферы Хиндла (нуль-тест). Вынос фокальной плоскости за вершину главного зеркала q=170 мм. Рабочая область спектра 656-486 нм.

Работа катадиоптрического телескопа осуществляется следующим образом.

Лучи света проходят через ахроматический мениск 1, отражаясь от главного вогнутого сферического зеркала 2, попадают на вторичное выпуклое гиперболическое зеркало 3 и формируют в фокальной плоскости f изображение.

В качестве примера, подтверждающего достижение заявленных технических характеристик, для телескопа с действующим отверстием D=200 мм (относительное отверстие 1:8) на фиг.2 приведены точечные диаграммы пятен рассеяния для четырех углов поля зрения. Под каждым пятном приведен мерный отрезок длиной 50 мкм. Среднеквадратичный размер пятен рассеяния составляет менее 6,5 мкм для поля размером один градус и 18 мкм на краю 1,5-го поля. Размер кружка Эри для рассчитанной системы составляет 10,7 мкм для длины волны 0,55 мкм.

На фиг.3 представлена характеристика качества оптической системы - количество энергии в пятне рассеяния в зависимости от угла поля. Кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют углам 0; 0,25; 0,5 и 0,75 градусов от оси. Из графика видно, что более 85% энергии попадает в кружок размером менее 10 мкм для поля размером один градус и 25 мкм на краю поля в 1,5 градуса.

Данный катадиоптрический телескоп обеспечивает более высокие технические характеристики по сравнению с прототипом: при небольших габаритных размерах повышено качество изображения и увеличено поле зрения телескопа. Предлагаемая оптическая система имеет дифракционное качество изображения на поле один градус, а на поле 1,5 градуса - качество, достаточное для фотографирования с современными ПЗС-матрицами с размером пикселя от 6 до 15 мкм, поэтому ее можно использовать для визуальных наблюдений и астрофотографических работ с ПЗС-матрицами. Заявляемый телескоп дает качественное изображение при действующем отверстии от 100 до 350 мм. В настоящее время по данной схеме изготовлено два телескопа с действующим отверстием 130 мм.

Катадиоптрический телескоп, содержащий установленные по ходу луча мениск, главное зеркало и вторичное зеркало, отличающийся тем, что вторичное зеркало выполнено в форме выпуклого гиперболоида и установлено от задней поверхности мениска на расстоянии 0,35…0,45 диаметра мениска.