ВЫВЕРИТЕЛЬ ФОКУСИРОВКИ ТЕЛЕСКОПА Советский патент 2006 года по МПК G02B23/04 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к космическим телескопам.

Известны выверители фокусировки с пентаотражателями и зрительной трубой, в фокальной плоскости которой строятся два изображения источника излучения [1]. Однако из-за того что фокусное расстояние зрительной трубы, как правило, значительно меньше фокусного расстояния самого телескопа, точность такого выверителя не очень высока, а кроме того, наличие зрительной трубы делает конструкций выверителя фокусировки сложной, имеющей большую массу, что крайне нежелательно при размещении ее на телескопе, устанавливаемом на космическом аппарате.

Наиболее близким устройством по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является выверитель фокусировки, содержащий источник излучения, два пентаотражателя, один из которых имеет светоделительную грань, клиновой компенсатор и контрольную зрительную трубу [2].

Точность этого выверителя фокусировки несколько выше за счет введения клинового компенсатора. Однако конструкция его еще более сложна и имеет значительную массу.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение точности автоматической фокусировки космического телескопа.

Поставленная цель достигается за счет того, что автоматический выверитель фокусировки снабжен приемным устройством, установленным в фокальной плоскости телескопа, блоком определения координат энергетических центров изображений источника излучения, подключенным к выходу приемного устройства, оптическим клином, установленным перед приемным устройством в зоне одного из световых пучков, при этом оба пентаотражателя выполнены идентичными и установлены в плоскости главного сечения под углом 90° друг к другу. Кроме того, приемное устройство выполнено в виде ПЗС-матрицы с двумя параллельными линейками, расстояние l между которыми определяется из соотношения:

l=L·tgϕ,

где L - расстояние от клина до приемного устройства, а ϕ - угол отклонения светового луча клином.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого автоматического выверителя фокусировки.

Автоматический выверитель фокусировки космического телескопа содержит источник 1 излучения с излучающей площадкой 2, в качестве которого может быть использован, например, лазерный светодиод. Излучающая площадка 2 находится в одной плоскости со светочувствительной поверхностью 3 оптико-электронного преобразователя 4, на которой формируется изображение наблюдаемого объекта, создаваемое объективом телескопа, состоящим, например, из двух зеркал 5 и 6. В этой же плоскости находятся и две линейки 7 и 8 ПЗС-матрицы 9, установленной в качестве приемного устройства автоматического выверителя фокусировки.

Излучающая площадка 2 и линейки 7 и 8 ПЗС-матрицы 9 расположены симметрично относительно оптической оси телескопа, проходящей через центр светочувствительной поверхности 3 оптико-электронного преобразователя 4.

Кроме того, автоматический выверитель фокусировки содержит пентаотражатели 10 и 11, установленные под углом 90° друг к другу в плоскости главного сечения, формирующие два световых пучка, оптический клин 12, отклоняющий один из световых пучков на некоторый угол, благодаря чему на каждой из линеек 7 и 8 строятся соответственно изображения 13 и 14 излучающей площадки 2, блок 15 определения координат энергетических центров изображений источника излучения, подключенный к выходу приемного устройства 9, и привод 16, воздействующий на вторичное зеркало 6 объектива телескопа с целью восстановления фокусировки объектива на бесконечность.

Автоматический выверитель фокусировки работает следующим образом.

Свет от излучающей площадки 2 источника 1 излучения проходит через объектив телескопа, состоящий из зеркал 5 и 6, и направляется на пентаотражатели 10 и 11.

При этом часть светового пучка, выходящего из объектива телескопа, сначала проходит пентаотражатель 10, затем 11 и возвращается вновь в объектив телескопа. Другая часть пучка сначала попадает на пентаотражатель 11, а затем 10 и тоже возвращается в объектив. Один из возвращающихся в объектив световых пучков отклоняется на некоторый угол "ϕ" оптическим клином 12. В результате на линейках 7 и 8 приемного устройства 9 строятся два изображения 13 и 14 излучающей площадки 2.

Расстояние l между параллельными линейками 7 и 8 определяется из соотношения:

L=L·tgϕ,

где L - расстояние от клина до приемного устройства.

Если при построчном опросе, осуществляемом с помощью блока 15 определения координат энергетических центров изображений источника излучения, энергетические центры изображений 13 и 14 находятся на одних и тех же строках линеек 7 и 8 ПЗС-матрицы 9, то телескоп сфокусирован на бесконечность. В противном случае имеет место дефокусировка, знак и величина которой определяются положением расфокусированных изображений источника излучения на линейках 7 и 8 друг относительно друга.

Действительно, в соответствии с законами геометрической оптики, если плоскость, в которой находятся излучающая площадка 2, светочувствительная поверхность 3 оптико-электронного преобразователя 4 и линейки 7 и 8 ПЗС-матрицы 9, смещена относительно фокальной плоскости на величину ±Δf, то изображение излучающей площади 2 в автоколлимационной схеме будет строиться в плоскости, смещенной относительно фокальной на величину ±Δf. Т.е. источник излучения и его изображение при расфокусированном объективе симметричны относительно фокальной плоскости.

При этом на линейках 7 и 8 ПЗС-матрицы 9 будут строиться несколько размытые изображения излучающей площадки, одно выше другого, или наоборот.

Величина дефокусировки будет определяться следующей зависимостью:

,

где а - расстояние между энергетическими центрами изображений излучающей площадки, определяемое по их координатам на линейках 7 и 8;

В - расстояние между центрами пентаотражателей,

f - фокусное расстояние объектива.

После вычисления в блоке 15 по координатам энергетических центров изображений величины и знака дефокусировки "Δf" восстановление фокусировки объектива космического телескопа осуществляется приводом 16 путем перемещения, например, вторичного зеркала 6 вдоль оптической оси.

Таким образом, предлагаемый автоматический выверитель фокусировки обеспечивает надежное совмещение плоскости изображения со светочувствительной поверхностью оптико-электронного преобразователя. Конструкция его по сравнению с базовым объектом, в качестве которого взяли прототип, проще, масса всего устройства меньше, а точность выше.

Более простая конструкция обеспечивает и более высокую надежность работы автоматического выверителя фокусировки. Более высокая точность обеспечивает хорошее качество снимаемых объектов, а меньшая масса всей конструкции дает прямой экономический эффект, т.к. запуск в космос каждого лишнего килограмма обходится очень дорого.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к космическим телескопам. Сущность: устройство содержит источник излучения, который расположен в фокальной плоскости телескопа, два пентаотражателя, приемник излучения, и привод, связанный с зеркалом телескопа. При этом приемник излучения, с установленным перед ним клином, размещен в фокальной плоскости. Кроме того, устройство снабжено блоком определения координат энергетических центров изображения источника излучения, который соединен с приемником. При этом приемник выполнен в виде двух параллельных линеек детекторов. Расстояние между ними определяется по формуле l=L·tg[θ(n-1)], где L - расстояние от клина до приемного устройства, θ - преломляющий угол материала клина. Пентаотражатели установлены в плоскости главного сечения под углом в 90° друг к другу. Технический результат: повышение точности определения фокусировки. 1 ил.

Выверитель фокусировки телескопа, содержащий источник излучения, расположенный в фокальной плоскости телескопа, два пентаотражателя, приемник излучения, размещенный в фокальной плоскости с установленным перед ним клином, и привод, связанный с зеркалом телескопа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения фокусировки в ного введен блок определения координат энергетических центров изображения источника излучения, соединенный с приемником, выполненным в виде двух параллельных линеек детекторов, расстояние между которыми определяется по формуле l=L·tg[θ(n-1)], где L - расстояние от клина до приемного устройства, θ - преломляющий угол преломления материала клина, а пентаотражатели установлены в плоскости главного сечения под углом 90° друг к другу.