Система астрономического телескопа типа Кассегрена с составной апертурой Советский патент 1983 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к астрономическому приборостроению и может быть применено при строительстве больших зеркальных телескопов с составной апертурой системы Кассегрена имеющих главное первичное, вторичное зеркала и вторичный фокус, предназ-наченный как для астрономических наблюдений, так и для астрогеодезических наблюдений. Основными схемами, применяемыми при создании телескопов с составными апертурами, являются схемы Кассегрена и Ричи-Кретьена. Телескоп Кассегрена имеет первичное вогнутое параболическое зеркало перед которым соосно расположено вторичное выпуклое гиперболическое, задний фокус которого совмещен с фокусом первичного зеркала. Телескоп Кассегрена обладает незначительным угловым полем зрения без аберраций. При замене первичного параболического зеркала гиперболическим в системе Кассегрена получается производная схема Ричи-Кре ;ь ена, обладающая значительным (до 1ТУ угловым полем зрения Недостатком указанных систем является то, что вторичное зеркало экранирует первичное зеркало по.цент ру на 30% по диаметру. Известен телескоп кассегреновского типа Multimirror telescope с составной апертурой, оптическая система которого состоит из шести одинаковых элементных телескопов, уста новленных на единой платформе азиму тального опорно-поворотного устройс ва, фокуса которых сводятся в едины фокус согласующим телескоп-гидом, расположенным в центре платформы с помощью фотоэлектрических следящих приводов, в основу которых положены оптические сХемы выверителя фокусировки и компенсатора дифференциального изгиба Недостатками данной системы телескопа являются светопотери от экранирования первичных зеркал суппор тами вторичных зеркал до 10% по эне гии и большой поперечный габарит платформы с телескопами (Ум) по сра нению с эквивалентным световым диаметром, сложность конструкции цепо ки трипель-мостиков и пента-призм, связывающие оптические элементные телескопы с согласующим телескопомгидом. Известна система астрономическог телескопа типа Кассегрена с составной апертурой, состоящая из первичного зеркала основного телескопа, выполненного из однородного набора одинаковых элементных зеркал, втори ного зеркала, фотоэлектического сле дящего привода согласования элемент ных зеркал, состоящего из световой марки, установленной в фокальной плоскости согласующего телескопа Кассегреновского типа, расположенного на оси трубы основного телескопа, триппель-мостиков, расположенных по ходу осевых лучей от световой Марки через согласующий телескоп, внутренние отражающие края элементных зеркал к координатно-чувствительным приемникам излучения в его фокальной плоскости, управляющих усилителей, соединенных электрически с механизмами качания элементных зеркал, фотоэлектрического выверителя фокусировки 2. Объектив этого телескопа построен по системе Кассегрена-Чуриловского: первичное сёмиэлементное и вторичное зеркала - сферические, перед фокальной плоскостью помещен афокальный двухлинзовый кс 1пёнсатор сферической абберрации. В построении изображения объекта участвуют только шесть внешних элементных зеркал главного зеркала; центральное элементное зеркало вместе с вторичным, которым оно заэкранировано полностью, обрагзуют согласующий телескоп фотоэлек трического следящего- привода элементных зеркал. Недостатками известной системы являются неиспользование центральной части светового пучка, идущего от объекта наблюдения, вследствие экранирования центральной части главного зеркала вторичным зеркалом и большая относительная длина трубы телескопа (отношение длины трубы телескопа к световому дис1метру около 4:1) . Цель изобретения - увеличение ойтического пропускания телескопа и уменьшение длины его трубы. Поставленная цель достигается тем, что в системе астрономического телеског/а типа Кассегрена с составной апертурой, состоящей из первичного зеркала основного телескопа, выполненного из однородного набора одинаковых элементных зеркал, вторичного зеркала, фотоэлектрического следящего привода согласования элеме.нтных зеркал, состоящего из световой марки, установленной в фокальной плоскости согласующего телескопа кассегреновского типа, расположенного на оси трубы основного телескопа триппель-мостиков, расположенных по ходу осевых лучей от световой марки через согласующий телескоп, внутренние отражающие края элементных зеркал к координатно-чувствительным приемникам излучения в его фокальной плоскости, управлякнцих усилителей, соединенных электрически с.механизмами качания элементных зеркал и фотоэлектрического выверителя фокусировки, по центг ру вторичного зеркала основного телескопа выполнено сквозное отверстие равное теневой проекции вторичного зеркала, за которым расположено вторичное зеркало согласующего телескопа, а его главное зеркало выполнено на обратной стороне вторичного зеркала основного телескопа, причем фокальные плоскости основного и согласукяцего телескопа совпадают. Поскольку таким образом и предлагаемой системе телескопа в принципе скомпенсированы потери световой энергии от центрального экранирования главного зеркала вторичным зеркалом, то вторичное зеркало .вместе с соЗРласуквдим телескопом можно приблиз й ь к первичному, несмотря на увеличение :0гр диаметра, и достигнуть уменьшения о&цей длины телескопа. Ка фиг. 1 показана система телескопа для астрофизических наблюдений; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.Цход лучей от объекта наблюдения до фокуса через оснорной телескоп показан одинарной стрелкой, а ,через согласующий - двойной стрелкой) ; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (одинарной стрелкой представлен ход лучей в оптической системе фотоэлектрического следящего привода элементных зеркал для одного из элементных зеркал и двойной стрелкой хо лучей в оптической системе выверителя фокусировки ; на фиг. 4 - узел светодёлительной призмы; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 вид Г на фиг. 4. Устройство содержит главное зеркало vl основного телескопа, элементвое Зеркало 2 в оправе, вторичное зерксшо 3 основного телескопа Первичное зеркало 4 согласующего телеС копа отверстие 5 во вторичном зеркaлie вторичное зеркало б согласунице го телескопа, оправу главного зеркала 7,основного телескопа, его трубу 8, трубу 9 согласующего телескопа, суппорт 10 фокусировки, приемник 11 изображения телескопа, триппель-мостик 12 (в данном случае 6 - по числу, элементных зеркал), базирующая опора 13 оправы элементного зеркала механизмы 14 и 15 качания элементного зеркала относительно осей X и У с ответственно, приемник 16 излучения фотоэлектрического следящего привода согласования элементных зеркал, светящуюся марку 17 фотоэлектрического следящего привода элементных зеркал, узел растровых расфокусированных ма рок фотоэлектрического выверителя фо кусировки с приемником 18 излучения, управляющий усилитель 19 выверителя фокусировки, электрически связываюций приемник 18 излучения с механизмом 20 фокусировки, крепление cynnu jта фокусировки основного телескопа спайдер 21, крепление вторичного зеркала согласующего телескопа - спайдер 22, автоколлимационное зеркало 23 фотоэлектрического выверителя фокусировки, светоделительный кубик 24, анализаторный блок 25 с оптической пирамидой и линзой, приемник 26 излучения фотоэлектрического следящего привода элементных зеркал, зрачок 27 выхода фотоэлектрического следящего привода элементного зеркала (на каждом элементном зеркале), автоколлимационное изображение светящейся марки 17 на вершине анализаторного блока 25, изображения зрачка 27 выхода оптической.системы фотоэлектрического следящего привода одного из элементных зеркал 27(X), 27(-Х), 27(У), 27(-У) на соответствующих чувствительных ячейках 2В31 приемника излучения, управляющий усилитель 32 фотоэлектрического следящего привода элементного зеркала, электрически соединякяций приемник излучения с механизмами качания зеркала j изображения составного первичного зеркала на приемнике излучения после анализаторного блока l (X), l(-X), 1(У), 1(-У). Для преобразования предлагаемой системы астрофизического телескопа в астрогеодезический достаточно заменить астрономический приемник 11 Излучения на систему лазерного излучателя с приемником отраженного от объекта.сигнала. Лучи от наблюдаемого объекта - звезды - пройдут (фиг,2) к фокусу телескопа по наружному контуру апертуры и внутреннему, ограниченному суппортом 10 фокусировки (показан ход лучей только в левой половине апертуры). Из чертежа видно, что на вторичном зеркале 3 основного телескопа при этом образуется теневое пятно - результат экранирования главного зеркала суппортом фокусировки вторичного зеркала. Отверстие 5 в зеркале 3 выполнено по диаметру теневого пятна. Световой пучок, идущий от звезды через согласующий телескоп и фокус телескопа (показан ход только в правой половине апертуры), заполняет теневое пятно и внутреннее затенение в световом пучке основного телескопа. Используя такую компенсацию, можно одновременно значительно уменьшить общую длину трубы телескопа, приближая согласующий телескоп с вторичньм зеркалом основного телескопа к первичному, не опасаясь связанного с этим увеличение диаметра вторичного зеркала. Такое уменьшение трубы телескопа ограничивается лишь допус THMtw увеличением относительного отверстия первичного зеркала. Фокусные расстояния основного и согласуквдего телескопов могут совпадать, если это необходимо, а могут и не совпадать, если это допустимо, например, в телескопе астрогеодезическом с лазерным излучателем в фокусе.

Светящаяся марка 17 фотоэлектрического следящего привода элементных зеркал помещается на краю изображения телескопа (фиг. 3). Осветитель марки снабя ен оптическим делителем апертуры, который посылает пучки света в согласующий телескоп через светоделительный кубик, центральное отверстие 5 во вторичном зеркале 3 основного телескопа, на вторичное зеркало 6 согласующего телескопа и далее, через триппель-мостики 12, в зрачки 27 на внутренних краях элементных зеркал 2, через вторичное зеркало 3, светоделительный кубик 24 на вершину .анализаторного блока 25, где образуют шесть точно наложенных друг на друга автоколлимационных изображений 17 светящейся марки. Поскольку анализаторный блок содержит соединенные мезкду собой четырехгранную оптическую пирамиду с острой вершиной и положительную линзу, то вблизи ее фокальной плоскости на поверхности приемника 26 излучения проецируются четыре изображения составного главного зеркала

1(Х), 1{-Х), 1(У), 1(-У), на/которых заполнены только зрачки выхода фото электрического следящего привода 27(X), 27(-X), 27(У), 27(-У) на чувствительных ячейках приемника излучения. На фиг. 5 показан ход лучей для одного из элементных зеркал 2. Одновременно в фокальной плоскости телескопа образуется суммарное изображение объекта наблюдения - звезды, состоящее из шести точно наложенных друг на друга элементарных изображеНИИ, В случай отклонения элементного зеркала от согласованного положения, создаваемые им элементарные изображения светящейся марки и звезды сместятся, и на управляняцем усилителе 32 появится сигнал рассогласования, который исчезнет, когда механизмы 14 и 15 качания зеркал, подчиняясь сигналам усилителя 32, восст новят прежнее точное положение элементарного зеркала. Одновременно элементарное изображение звезды также возвратится на свое место в суммарном изображении. Одновременно работающий фотоэлектрический выверитель фокусировки не только обеспечивает фокусировку изображений звезды в общем фокусе основного и согласующего телескопа, но и поддерживает строго постоянные направления хода лучей в оптической схеме фотоэлектрического следящего привода согласования элементных зеркал. При этом управляющий усилитель 19 по сигналам от приемника 18 излучения механизмом 20 фокусировки перемещает вторичное зеркало основного телескопа вместе .0 согласуквдим тeлeckoпoм в нужное положение.

Внутренняя фокусировка согласующего телескопа, к которой он гораздо менее чувствителен, чем основной телескоп, вследствие малости относительного отверстия, может быть обеспечена высокой продольной жесткостью его конструкции, низким коэффициентом расширения материала первичного и вторичного зеркал (напри мер, ситалл) и температурной компенсацией воздушного промежутка между главным и вторичным зеркалами.

В предлагаемой системе телескопа с составным главным зеркалом увеличение оптического пропускания и уменшение длины трубы телескопа достигнуты тем, что согласующий телескоп обязательный функциональный компонент телескопов, подобного типа расположен за вторичным зеркалом основного телескопа, имеющим цент-, ральное отверстие, является средством компенсации центрального экранирования первичного зеркала вторичнш-1, а наличие, этой компенсации позволяет приблизить вторичное зеркало телескопа вместе с согласующим телескопом к составному первичному, существенно уменьшив общую длину телескопа. i/jo /fffjnre/ г/е jfffj A/

Гб

СИСТЕМА АСТРОНОМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА ТИПА КАССЕГРЕНА С СОСТАВНОЙ АПЕРТУРОЙ, состоящая из первичного зеркала основного телескопа, выполненного из однорядного набора одинаковых элементных зеркал, вторичного зеркала фотоэлектрического следящего привода согласования элементных зеркал, состоящего из световой марки, установленной в фокальной плоскости согласующего телескопа кассегреновского типа, расположенного На оси трубы основного телескопа, триппель-мостиков, расположенных по . ходу осевых лучей от световой марки через согласующий телескоп, внутренние отражающие края элементных зеркал к координатно-чувствительным приемникам излучения в его фокальной плоскости, управляющих усилителей, соединенных электрически с механизмами качания элементных зеркал и фотоэлектрического выверителя фокусировки, о тли чающаяся тем, что, с целью увеличения оптического пропускания телескопа и уменьшения длины его трубы, по центру вторичного зеркала основного телескопа выполнено сквозное отверстие, равное g теневой проекции вторичного зеркала, (Л за которым расположено вторичное зеркало согласующего телескопу, а с его главное зеркало выполнено на обратной стороне вторичного основного телескопа, причем фокальные плоское- 2 ти основного и согласующего телескопа совпадают. tc J О5 О) 00

/7/

)

.Л

х-f Nr

.1 I

-.N

S

/

/

ч.1Г

II /