Об’єктив для мікросупутників

Реферат: UA 116225 U UA 116225 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до оптичних приладів, а саме до області спостережних оптичних приладів і може бути використано для вирішення завдань виявлення, розпізнавання та ідентифікації об'єктів спостереження з космосу на поверхні Землі в спектральному діапазоні 0,45-0,75 мкм. Найбільш близьким за сукупністю ознак до заявленого є ультрафіолетовий об'єктив (Патент РФ № 2154849, від 20.08.2000, МПК G02B13/14, G02B17/08), що містить головне увігнуте параболічне дзеркало, вторинне сферичне дзеркало і коригувальний елемент, що складається з трьох лінз з однаковим показником заломлення. Крайні лінзи негативні і виконані у вигляді менісків, звернених увігнутістю до простору зображень, а центральна -двоопуклою. Недоліками вказаного пристрою є вузький спектральний діапазон роботи, коригувальний елемент, виконаний з матеріалу непридатного для використання в умовах великого перепаду температур, невеликий діаметр головного дзеркала, параболічна форма поверхні головного дзеркала, яка складніше у виготовленні, ніж еліптична. В основу корисної моделі поставлено задачу створити систему об'єктива для роботи в умовах відкритого космосу, забезпечити більш високі технічні характеристики: поліпшення якості зображення і розширення спектрального діапазону роботи. Поставлена задача вирішується тим, що об'єктив для мікросупутників, що містить головне увігнуте дзеркало, вторинне сферичне дзеркало, коригуючий елемент, що складається з трьох лінз, згідно з корисною моделлю, головне дзеркало має еліптичну форму та діаметр 180 мм, головне та вторинне дзеркало виконано з астроситалу СО-115М, а коригувальний елемент складається з трьох лінз, виконаних з матеріалу плавлений кварц, причому крайні лінзи позитивні, а середня лінза має форму меніска і розташована увігнутою поверхнею до простору зображень. Головне дзеркало має більший діаметр - 180 мм, що дозволяє отримати дозвіл краще 1 секунди дуги і еліптичну форму поверхні, яка легше в виготовленні, ніж параболічна. Коригувальний елемент складається з трьох лінз, причому крайні лінзи позитивні, а центральна виконана у вигляді меніска, зверненого увігнутістю до простору зображень. Виконання дзеркал з астроситала СО-115М, а лінз коригуючого елемента системи з плавленого кварцу - матеріалів з наднизьким коефіцієнтом теплового розширення, дає можливість отримати стабільні параметри оптичної системи при значному перепаді температур від -60С до + 15 °C. Виконання негативною лінзи коректора у вигляді меніска, зверненого увігнутістю до простору зображень, а наступного за ним, позитивної лінзи коректора в формі двоопуклої дає можливість зменшення залишкової сферохроматичної аберації в широкому діапазоні спектра. При цьому також зменшується і залишкова кома, в результаті чого підвищується якість зображення і розширюється спектральний діапазон роботи системи. Аберація "кривизна поля" мінімізована в розрахунку на застосування як світлоприймачів CCD-матриці. Невідомі оптичні системи об'єктивів, що мають ознаки, подібні ознакам, що відрізняють пропоновану систему від прототипу, тому дана оптична система має істотні відмінності. Запропонована корисна модель пояснюється наступними графічними матеріалами: Фіг. 1 - оптична схема об'єктива. Фіг. 2 - поперечні аберації на осі і половини кута поля зору 0,4° і 0,75°. Фіг. 3 - частотно-контрастна характеристика. Фіг. 4 - кривизна поля. Фіг. 5 - оптична передавальна функція. На фіг. 1 зображена запропонована оптична система об'єктива. Система містить головне увігнуте еліптичне дзеркало 1, вторинне сферичне дзеркало 2 і коригувальний елемент, встановлений по ходу променя позаду вторинного дзеркала, що складається з трьох лінз 3, 4 і 5, з яких крайні лінзи 3 і 5 позитивні, а центральна лінза 4 виконана у вигляді негативного меніска, зверненого увігнутістю до простору зображень. Лінзи коректора виконані з матеріалу з однаковим показником заломлення (плавленого кварцу), що має низький коефіцієнт теплового розширення. Промені світла, відбиваючись від головного і вторинного дзеркала 1 і 2, проходять через лінзи коректора 3, 4 і 5, утворюючи зображення об'єкта спостереження в площині зображення 6, яка розташована позаду головного дзеркала 1. Конструктивні параметри запропонованого об'єктива наведені в таблиці, де: і - номер поверхні; ri - радіуси кривизни поверхонь; di - товщини лінз і повітряні проміжки; ni показники заломлення;, - світлові діаметри поверхонь; Øi - ексцентриситет. Ексцентриситетом, відмінним від нуля має тільки головне дзеркало 1, всі інші оптичні поверхні сферичні. Всі лінійні параметри системи наводяться в мм. 60 1 UA 116225 U Таблиця і 1 2 3 4 5 6 7 8 ri -720,0 -467,64 546,067 -158,39 144,867 31,298 862,79 -90,986 di -230 186,855 10 20,4 10 35,25 5,1 34,77* ni 1,460077 1,460077 1,460077 матеріал кварц кварц кварц Øi 180 71,3 40 40 32 32 30 30 e -0,71363 0 0 0 0 0 0 0 * - Задній фокальний відрізок (відстань від другої поверхні лінзи 5 коригуючого елемента до площини зображення) 5 10 15 20 25 Еквівалентний фокус системи 900 мм, відносний отвір 1/5. Загальна довжина системи при товщині вторинного дзеркала 8-310 мм. На фіг. 2 показані зображення точки для різних кутів поля зору в кутовій мірі w і в міліметрах L для чотирьох довжин хвиль. У лівому верхньому кутку масштаб в мікронах. Відлік кутів ведеться від оптичної осі, таким чином, повне поле зору складе 2w=1,5 градуса дуги або в лінійній мірі 2L=23,9 мм. На фіг. 3 зображений графік частотно-контрастної характеристики. Лінією, яка є верхньою, на графіку позначено теоретичну межу для оптичної системи з таким же діаметром головного дзеркала, світлосилою і екрануванням. Верхню лінію практично затуляють лінії реальної системи, що говорить про те, що розрахована система знаходиться близько до теоретичної межі. На фіг. 4 зображений графік кривизни поля. З графіка видно, що глибина всіх різких зображень відхиляється від ідеальної площини не більше ніж на 0,1 мм. Таким чином представлена оптична система ідеально підходить для роботи спільно з CCD-матрицею як світлонакопичувальний елемент. На фіг. 5 зображено розподіл енергії від точкового джерела. Видно, що центральний максимум займає в лінійній мірі менше 3 мікрон, а концентрація енергії в ньому перевищує 90 % (число Штреля більше 0,9, вісь X). Запропонований об'єктив може бути використаний для вирішення завдань виявлення, розпізнавання та ідентифікації об'єктів спостереження в атмосфері і за її межами. При використанні як об'єктива мікросупутника спільно з CCD-матрицею з розміром пікселя 6 мікрон і вікном 24 × 24 мм, отримане зображення матиме 4000 × 4000 елементів і охопить з висоти 400 км площу 10,4 × 10,4 км. Розміру одного пікселя на матриці буде відповідати 2,6 м на поверхні Землі. В разі використання матриці з розміром пікселя 3 мікрони роздільна здатність об'єктива збільшиться вдвічі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Об'єктив для мікросупутників, що містить головне увігнуте дзеркало, вторинне сферичне дзеркало, коригуючий елемент, що складається з трьох лінз, який відрізняється тим, що головне дзеркало має еліптичну форму та діаметр 180 мм, головне та вторинне дзеркало виконано з астроситалу СО-115М, а коригувальний елемент складається з трьох лінз, виконаних з матеріалу плавлений кварц, причому крайні лінзи позитивні, а середня лінза має форму меніска і розташована увігнутою поверхнею до простору зображень. 2 UA 116225 U 3 UA 116225 U 4 UA 116225 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5