ЗЕРКАЛЬНЫЙ ТЕЛЕСКОП Российский патент 2021 года по МПК G02B23/06 G02B17/06 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к астрономическим телескопам, и может быть реализовано при производстве серийных телескопов, служащих для изучения астроклимата и наблюдений разнообразных и удаленных космических объектов с приборами зарядовой связи (ПЗС-матрицами) в широком диапазоне длин волн электромагнитного излучения.

Известен компактный четырехзеркальный анастигматический телескоп, содержащий первичное зеркало в виде эллипсоида с положительной оптической силой, вторичное зеркало в виде гиперболоида с отрицательной оптической силой, третичное зеркало в виде эллипсоида с положительной оптической силой, полевое зеркало в виде сферического зеркала с отрицательной оптической силой и диафрагму (см. патент US 6767103B2, 2003 г.). Однако, в данном устройстве вектор входа лучей не является параллельным оптической оси первичного зеркала, что потенциально приводит к увеличению аберрации, астигматизма и кривизны поля изображения.

Наиболее близкой по совокупности признаков к заявляемому изобретению (прототипом) является расширитель параллельного пучка электромагнитного излучения (см. патент РФ №63072, 2007 г.). Устройство содержит систему двух соосных и софокусных параболических отражателей, дополнительно содержит систему двух круглых диафрагм, соосных с системой параболоидов, одна из которых, с малым круглым приосевым отверстием, расположена в плоскости усечения параболоидов, а вторая, сплошная, на некотором расстоянии от первой, при этом параболоиды усечены по фокальной плоскости.

Недостатком данного устройства является наличие некоторых неработающих зон, что снижает эффективность работы устройства.

Техническая задача - создание устройства, позволяющего получить изображения повышенного качества и увеличить поле зрения телескопа при изучении удаленных космических объектов.

Она достигается тем, что в известном устройстве, содержащем систему двух соосных и софокусных параболических отражателей, усеченных по фокальной плоскости, дополнительно имеются жестко закрепленные между собой соосные и софокусные зеркальные отражатели, усеченные по фокальной плоскости с сечениями, перпендикулярными оптической оси устройства, один из которых выполнен в виде вогнутого параболоида вращения, а другой выполнен в виде вогнутого эллипсоида вращения, при этом зеркальные отражатели жестко прикреплены растяжками к внутренней поверхности одного из параболических отражателей, а нижний фокус эллипсоида вращения совпадает с совмещенными фокусами оппозитно расположенных параболических отражателей.

Применение дополнительных зеркальных отражателей, усеченных по фокальной плоскости, один из которых выполнен в виде вогнутого параболоида вращения, а другой выполнен в виде вогнутого эллипсоида вращения, позволяет более качественно, практически без потерь, сконцентрировать энергию электромагнитного излучения удаленных космических объектов в поле визуализации телескопа.

Зеркальные отражатели жестко прикреплены к одному из параболических отражателей для их надежной фиксации и предотвращения появления аберраций при наблюдении и изучении космических объектов.

Совпадение нижнего фокуса эллипсоида вращения с совмещенными фокусами оппозитно расположенных параболических отражателей обеспечивает сквозное прохождение лучей, испущенных удаленными космическими объектами и попавших в апертуру устройства.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит соосные и софокусные параболические отражатели 1 и 2, усеченные по фокальной плоскости, жестко соединенные между собой и имеющие совмещенные фокусы в точке 3, зеркальный отражатель 4, усеченный по фокальной плоскости, выполненный в виде параболоида вращения и жестко прикрепленный к зеркальному отражателю 5, усеченному по фокальной плоскости и выполненному в виде эллипсоида вращения. Зеркальные отражатели 4 и 5 являются соосными и софокусными, при этом фокус зеркального отражателя 4 и верхний фокус зеркального отражателя 5 совмещены в точке 6, а нижний фокус зеркального отражателя 5 совмещен с фокусами параболических отражателей 1 и 2 в точке 3. Зеркальные отражатели 4 и 5 жестко прикреплены растяжками 7 к внутренней поверхности параболического отражателя 1.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим ход луча 8, параллельного оси 9. После отражения от внутренней поверхности параболического отражателя 1 луч 8 проходит через его фокус параболического отражателя 1, совмещенный с фокусом параболического отражателя 2. После отражения от внутренней поверхности параболического отражателя 2 луч 8 выходит из устройства параллельно оси 9.

Рассмотрим ход луча 10, параллельного оси 9. После отражения от внутренней поверхности зеркального отражателя 4 луч 10 проходит через фокус в точке 6 и отражается от внутренней поверхности зеркального отражателя 5, затем проходит через его нижний фокус в точке 3 и отражается от внутренней поверхности параболического отражателя 2, после чего луч 10 выходит из устройства параллельно оси 9.

Параболоиды 1 и 4 делят апертуру входного отверстия на две зоны -внутреннюю круглую, вырезаемую зеркальным отражателем 4, и внешнюю кольцеобразную, вырезаемую отражателями 1 и 4. Площадь входного отверстия зеркального отражателя 4 равна площади фокального сечения параболического отражателя 1. Площади фокальных сечений отражателей 2, 4 и 5 также равны между собой. Такое соотношение площадей фокальных сечений обеспечивает сквозное прохождение всех лучей, испущенных удаленным космическим объектом, параллельных оси 9, попавших в апертуру входного отверстия устройства.

Результатом работы устройства является концентрация энергии электромагнитного излучения, приходящегося на единицу площади выходного отверстия по сравнению с энергией электромагнитного излучения, приходящегося на единицу площади входного отверстия.

Положительный эффект предлагаемого устройства - предлагаемое устройство позволяет получить значительное увеличение плотности потока электромагнитного излучения без дефектов, обусловленных дисперсией и аберрациями, поскольку в устройстве используются только зеркальные отражатели, три из которых представляют собой усеченные по фокальной плоскости вогнутые параболоиды вращения, а четвертым вогнутым отражателем является фрагмент эллипсоида вращения.

Изобретение может быть реализовано при производстве серийных телескопов для изучения астроклимата и наблюдений космических объектов с ПЗС-матрицами в широком диапазоне длин волн. Зеркальный телескоп содержит систему двух соосных и софокусных параболических отражателей, усеченных по фокальной плоскости, и дополнительно имеет жестко закрепленные между собой соосные и софокусные зеркальные отражатели, усеченные по фокальной плоскости, с сечениями, перпендикулярными оптической оси устройства, один из которых выполнен в виде вогнутого параболоида вращения, а другой - в виде вогнутого эллипсоида вращения. Зеркальные отражатели жестко прикреплены растяжками к внутренней поверхности одного из параболических отражателей. Нижний фокус эллипсоида вращения совпадает с совмещенными фокусами оппозитно расположенных параболических отражателей. Технический результат – повышение качества изображения и увеличение поля зрения телескопа при изучении удаленных космических объектов. 1 ил.

Зеркальный телескоп, содержащий систему двух соосных и софокусных параболических отражателей, усеченных по фокальной плоскости, отличающийся тем, что дополнительно содержит жестко закрепленные между собой соосные и софокусные зеркальные отражатели, усеченные по фокальной плоскости, с сечениями, перпендикулярными оптической оси устройства, один из которых выполнен в виде вогнутого параболоида вращения, а другой выполнен в виде вогнутого эллипсоида вращения, при этом зеркальные отражатели жестко прикреплены растяжками к внутренней поверхности одного из параболических отражателей, а нижний фокус эллипсоида вращения совпадает с совмещенными фокусами оппозитно расположенных параболических отражателей.