Фотогелиограф Советский патент 1992 года по МПК G02B23/00 

Изобретение относится к практической астрофизике, а именно к фотографическим наблюдениям Солнца с высским разрешением.

Известен фотогелиограф, содержащий объектив, открытый тубус в виде решетчатой фермы с ограничительными диафрагмами, ребристую диафрагму в первичном фокусе, охлаждаемую продуванием и увеличивающий окуляр. Недостаток - небольшая эффективность вследствие значительного нагрева диафрагмы, не компенсируемого продувкой воздуха.

Наиболее близким к данному техническому решению по конструкции и достигае- положительному эффекту является фотогелиограф, содержащий линзовый объектив, закрытый тубус, диафрагму в главном фокусе, увеличивающую линзу, электрозатвор Передняя крышка телескопа и диафрагма в первичном фокусе охлаждаются высасыванием нагретого воздуха

Недостатком прототипа является малая эффективность охлаждения продуванием вследствие малой теплоемкости воздуха, а также создания неоднородностей коэффициента преломления в процессе высасывания воздуха из-за наличия разности давлений.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение качества изображения Солнца, для чего тубус фотогелиографа герметизирован, охлаждаемая диафрагма выполнена в виде трубчатой конусной спирали переменного радиуса с возможностью прокачки через нее охлаждающей жидкости, к вершинеспи- рали припаяна зеркальная диафрагма с конусным отверстием, обращенным вершиной конуса к объективу, при этом па-ч о о

о

00

раметры спирали связаны со светосилой фотогелиографа соотношением

RD

Р arcsinarctg Я-Егде / - половина угла раствора конусной спирали;

R - наружный радиус трубки спирали; а - расстояние между ее витками; D - апертура телескопа; F - его фокусное расстояние, причем поверхность спирали, обращенная к объективу, имеет отражающее покрытие, обращенное к окуляру - зачерненное покрытие, а весь тубус от объектива до окуляра заполнен гелием. Кроме того, с целью упрощения герметизации тубуса окуляр выполнен неподвижным, а фотоприемник - с возможностью перемещения вдоль оптической оси.

Охлаждающий элемент в виде трубчатой конусной спирали выполняет несколько функций:

служит диафрагмой, пропуская к фотоприемнику только необходимую для регистрации часть излучения;

охлаждает область первичного фокуса с помощью жидкого теплоносителя;

выводит часть световой энергии из области фокуса отражением от наружной поверхности;

взаимодействие большой поверхности спирали с гелием позволяет эффективно нейтрализовать оставшиеся градиенты температуры.

Этот охлаждающий элемент, в отличие от известных, использует все три механизма теплопередачи: теплопроводность, лучеиспускание и конвекцию, что позволяет максимально уменьшить градиенты температуры и соответствующие флуктуации коэффициента преломления.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3, где на фиг. 1 изображена схема фотогелиографа; на фиг. 2 - схема охлаждающего элемента в виде трубчатой конусной спирали (о разрезе); на фиг, 3 - геометрия согласования параметров спирали со светосилой телескопа.

Фотогелиограф состоит из объектива 1, герметизированного тубуса 2 с вентилями 3 для впуска и выпуска гелия, светозащитных диафрагм 4, охлаждающего элемента 5 с выводами для теплоносителя, окуляра 6, крепления светофильтров 7, фотоприемника 8. Охлаждающий элемент 5 расположен на оптической оси вершиной конуса к объективу 1, так что его передняя зеркальная площадка 9 находится в первичнбм фокусе

объектива 1. За элементом находится окуляр 6 на расстоянии, обеспечивающем фокусирование изображения на фотоприемнике 8. Герметизация тубуса 2

производится уплотнением оправы объектива 1 и окуляра 6, охлаждающий элемент 5 находятся в гелиевой атмосфере при нормальном давлении, поэтому нет перепада давления, требования к герметиза0 ции невысоки и в фотогелиографе отсутствуют механические нагрузки, неизбежные в вакуумных телескопах. Держатель фильтров 7 расположен между окуляром б и фотолриемником 8. В каче5 стве фотоприемника могут применяться фотоэмульсия, фотокатод, прибор с зарядовой связью вместе с соответствующими техническими приспособлениями. Фотоприемник выполнен с возможно0 стью перемещения вдоль оптической оси для фокусировки.

Изображенный на фиг. 2 охлаждающий элемент 5 имеет форму конусной трубчатой спирали с вводом и выводом

5 теплоносителя, с отражающей наружной поверхностью спирали и зачерненной внутренней (обращенной к окуляру). Для уменьшения рассеянного света к вершине спирали припаяна зеркальная диафраг0 ма 9 с конусным отверстием, обращенным вершиной конуса к объективу 1. Отверстие располагается непосредственно в первичном фокусе и имеет минимально необходимый диаметр.

5 Фиг. 3 иллюстрирует принцип согласования параметров спирали со светосилой телескопа, исходя из условия, что лучи от крайних зон объектива для каждого витка спирали не должны заходить за линию,

0 соединяющую край предыдущего витка с центром последующего. Это необходимо для более равномерного распределения тепловой нагрузки по спирали и исключения попадания рассеянного свега на фото5 приемник. Поэтому угол/ между оптической осью и линией, соединяющей центры витков спирали (половина угла раствора о конусной спирали) определяется условием

0

R D /3 arcsin - - arctg /

где: R - наружный радиус трубки спи- 5 рали; а - расстояние между соседними витками спирали; D - апертура телескопа: F - его фокусное расстояние. Угол у на фиг. 3 определяет светосилу телескопа и равен .

y arctg 2-pУстройство работает следующим образом.

Сначала заполняют тубус 2 гелием. Для этого приводят тубус в положение, близкое к вертикальному, и, используя большую разницу удельных весов воздуха и гелия, впускают постепенно гелий через верхний вентиль 3, вытесняя таким образом воздух через вентиль в нижней (окулярной) части тубуса 2. После заполнения тубуса вентили закрываются, и баллон с гелием отсоединяется от телескопа. Далее включается прокачка охлаждающей жидкости (воды, фреона и т.д.), причем от вершины конусной спирали 5 к ее основанию. Охлаждающая жидкость подается по гибким тонким шлангам, исключающим передачу возможных вибраций от мотора холодильника или водопроводного крана. Температурой охлаждающего элемента можно управлять либо регулятором холодильника, либо температурой и скоростью подаваемой воды, добиваясь наилучшего качества изображения, т.е. минимума температурных флуктуации.

Подготавливают фотоприемник 8, вставляют в держатель фильтров 7 соответствующий светофильтр, наводят телескоп на Солнце и фокусируют изображение, передвигая фотоприемник 8 вдоль оптической оси. Наблюдения проводятся как обычно. При этом подавляющая часть энергии неиспользованного излучения с помощью теплоносителя выводится за пределы тубуса. Излучение, рассеянное внешней частью спирали, либо поглощается зачерненными внутренними стенками тубуса и через них передается свободной атмосфере, либо выводится наружу сразу, если стенки сделать прозрачными в области охлаждающего элемента.

Данное техническое решение позволяет в максимальной степени реализовать оптические возможности фотогелиографа за счет минимизации температурных флуктуа5 ций на пути луча от объектива до фотоприемника, что повышает эффективность использования дорогостоящих солнечных телескопов.

Формула изобретения

10 1. Фотогелиограф, содержащий закрытый тубус и расположенные в нем объектив, охлаждаемую диафрагму, установленную в фокусе объектива, окуляр и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью

5 повышения качества изображения, тубус фотогелиографа герметизирован и заполнен гелием, охлаждаемая диафрагма выполнена в виде трубчатой конусной спирали, к вершине которой жестко присоединена вве0 денная зеркальная диафрагма с конусным отверстием, обращенным вершиной конуса к объективу, причем поверхность спирали, обращенная к объективу, выполнена отражающей, обращенная к окуляру - зачернен5 ной, при этом половина угла раствора/ конусной спирали диафрагмы определяется из соотношения

0fi arcsin j-arctg - ,

где R - наружный радиус трубки спирали;

а - расстояние между витками спирали; 5 D - диаметр объектива фотогелиографа;

F - фокусное расстояние объектива. 2. Фотогелиограф по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения 0 надежности герметизации тубуса, окуляр установлен неподвижно, а фотоприемник - с возможностью перемещения вдоль оптической оси.

В

фиг.З

Использование: устройство относится к практической астрофизике и предназначено для фотографических наблюдений Солнца с высоким разрешением. Сущность изобретения: тубус телескопа герметизирован путем уплотнения оправ объектива и окуляра и заполнен гелием при атмосферном давлении. Охлаждаемая диафрагма установлена в фокусе объектива и выполнена в виде трубчатой конусной спирали, угол раствора которой согласован со светосилой телескопа. Обращенная к объективу поверхность спирали имеет отражающее покрытие, а обращенная к окуляру - зачернена За диафрагмой расположен окуляр и фотоприемник. Для упрощения герметизации окуляр телескопа неподвижен, а точнее фокусирование производится перемещением фотоприемника 3 ил