Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6554
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
G 02B 17/00
(54) ТРЕХЗЕРКАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
БЕЗ ЭКРАНИРОВАНИЯ
(21) Номер заявки: u 20100189
(22) 2010.02.25
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Любанец Галина Казимиров-
на; Секержицкий Олег Валерьевич;
Троняк Борис Дмитриевич; Чеботарев
Анатолий Васильевич; Черных Игорь
Валентинович; Черняк Нинель Андре-
евна (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акцио-
нерное общество "Пеленг" (BY)
(57)
1. Трехзеркальная оптическая система без экранирования, содержащая три оптически
сопряженных компонента, образующих анастигматическую оптическую систему, которая
строит изображение и является внеосевой и децентрированной как по апертуре, так и по
полевому углу, и в которой первый компонент с положительной оптической силой - зер-
кало, обращенное вогнутостью к предмету, второй компонент - зеркало с отрицательной
оптической силой, третий компонент с положительной оптической силой - зеркало, об
ращенное вогнутостью к изображению, все три зеркала образованы поверхностями вра-
щения с общей осью, при этом отражающая поверхность первичного зеркала - сегмент
вогнутого гиперболоида, отличающаяся тем, что вторичное зеркало - выпуклый гипер-
болоид и третичное зеркало - вогнутый эллипсоид, при этом оптические силы компонен-
тов и воздушные промежутки удовлетворяют условию:
1,3<ϕ1 / ϕ<1,5 3,5<ϕ2 / ϕ<3,6 2,1<ϕ3 / ϕ<2,2
d1 ϕ = d2 ϕ = (0,32…0,38),
где ϕ - эквивалентная оптическая сила системы,
Фиг. 1
BY6554U2010.08.30

2. BY 6554 U 2010.08.30
2
d1, d2 - расстояние между первичным и вторичным, вторичным и третичным зеркалами
соответственно,
ϕ1, ϕ2, ϕ3 - оптические силы первичного, вторичного, третичного зеркал соответственно.
2. Трехзеркальная оптическая система без экранирования по п. 1, отличающаяся тем,
что дополнительно введено плоское зеркало, установленное за третичным зеркалом.
(56)
1. Патент RU 2327194 С2, МПК G 02B 17/06. - Опубл. 2008.
2. Свидетельство на полезную модель RU 82876 U1, МПК G 02B 17/06. - Опубл. 2009
(прототип).
Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности, к зеркаль-
ным космическим объективам, и может быть использована в оптико-электронных высоко-
разрешающих системах дистанционного зондирования Земли для решения широкого
спектра народно-хозяйственных задач: картографирование, научные исследования и для
других специальных целей.
Известна трехзеркальная оптическая система без экранирования [1], содержащая три
оптически сопряженных компонента, создающих в совокупности анастигматическую оп-
тическую систему, которая строит изображение и является внеосевой и децентрированной
как по апертуре, так и по полевому углу, и в которой первый компонент с положительной
оптической силой - зеркало, обращенное вогнутостью к предмету, второй компонент -
зеркало с отрицательной оптической силой, третий компонент с положительной оптиче-
ской силой - зеркало, обращенное вогнутостью к изображению, причем все три зеркала
образованы поверхностями вращения с общей осью.
Недостатком данной системы является большое расстояние между первичным и вто-
ричным зеркалами и малый задний фокальный отрезок системы, соизмеримый с расстоя-
нием между первичным и вторичным зеркалами, что ограничивает использование
фокальных блоков больших габаритов, при этом длина системы увеличивается до значе-
ний близких к значению эквивалентного фокусного расстояния.
Из известных объективов наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой
полезной модели является трехзеркальная оптическая система без экранирования [2], со-
держащая три оптически сопряженных компонента, создающих в совокупности анастиг-
матическую оптическую систему, которая строит изображение и является внеосевой и
децентрированной как по апертуре, так и по полевому углу, и в которой первый компо-
нент с положительной оптической силой - зеркало, обращенное вогнутостью к предмету,
второй компонент - зеркало с отрицательной оптической силой, третий компонент с по-
ложительной оптической силой - зеркало, обращенное вогнутостью к изображению, все
три зеркала образованы поверхностями вращения с общей осью, при этом отражающая
поверхность первичного зеркала - сегмент вогнутого гиперболоида, вторичное зеркало -
выпуклый эллипсоид, третичное зеркало вогнутое сферическое.
Объектив имеет увеличенный задний фокальный отрезок, примерно в 2 раза превы-
шающий расстояние между вторичным и первичным, вторичным и третичным зеркалами,
что позволяет плоским зеркалом перенести изображение между первичным и третичным
зеркалами.
Недостатками приведенного объектива являются:
ограниченная возможность исправления дисторсии (1,3 мм), при обеспечении каче-
ства изображения, близкого к дифракционному пределу;
большая длина данного объектива, которая очень важна для телескопов высокого раз-
решения с большим фокусным расстоянием, определяется расстоянием между вторичным

3. BY 6554 U 2010.08.30
3
и третичным зеркалами из зависимости: d2 ϕ = 0,436, где ϕ - эквивалентная оптическая си-
ла системы, d2 - расстояние между вторичным и третичным зеркалами.
Задачей создания предлагаемой полезной модели является уменьшение габаритов зер-
кальной оптической системы, повышение ее точностных характеристик при сохранении
качества изображения, близкого к дифракционному пределу, без центрального экраниро-
вания, с ходом лучей в пространстве изображений, близким к телецентрическому, что
необходимо для обеспечения постоянства дисторсии при термических смещениях плоско-
сти изображения и высокой равномерности освещенности по всему полю изображения.
Технический результат - использование объектива в оптико-электронном космическом
аппарате с угловым рабочим полем зрения
2ω = 6,5°.
Эта задача решается тем, что в трехзеркальной оптической системе без экранирова-
ния, содержащей три оптически сопряженных компонента, образующих анастигматиче-
скую оптическую систему, которая строит изображение и является внеосевой и
децентрированной как по апертуре, так и по полевому углу, и в которой первый компо-
нент с положительной оптической силой - зеркало, обращенное вогнутостью к предмету,
второй компонент -зеркало с отрицательной оптической силой, третий компонент с поло-
жительной оптической силой - зеркало, обращенное вогнутостью к изображению, все три
зеркала образованы поверхностями вращения с общей осью, при этом отражающая по-
верхность первичного зеркала - сегмент вогнутого гиперболоида, в отличие от прототипа
вторичное зеркало - выпуклый гиперболоид и третичное зеркало - вогнутый эллипсоид,
при этом оптические силы компонентов и воздушные промежутки удовлетворяют усло-
вию:
1,3<ϕ1 / ϕ<1,5 3,5<ϕ2 / ϕ<3,6 2,1<ϕ3 / ϕ<2,2
d1 ϕ = d2 ϕ = (0,32…0,38),
где ϕ - эквивалентная оптическая сила системы,
d1, d2 - расстояние между первичным и вторичным, вторичным и третичным зеркалами
соответственно,
ϕ1, ϕ2, ϕ3 - оптические силы первичного, вторичного, третичного зеркал соответственно.
Кроме того, в трехзеркальную оптическую систему без экранирования дополнительно
введено плоское зеркало, установленное за третичным зеркалом.
Изменение формы поверхности вторичного зеркала и введение эллипсоидной поверх-
ности на третичном зеркале позволило в трехзеркальной системе без экранирования со-
здать анастигматическое, близкое к дифракционному пределу изображение, с дисторсией,
не превышающей 5 мкм в пределах углового поля зрения 2ω = 6,5°, с относительным отвер-
стием до 1:10, длине оптической системы, определяемой из зависимости: d2ϕ = (0,32…0,38) и
ходе лучей, близком к телецентрическому, что обеспечивает постоянство дисторсии при
термических смещениях плоскости изображения в допустимых пределах с сохранением
качества изображения и фокусного расстояния объектива.
Введение плоского поворотного зеркала за третичным зеркалом позволяет сократить
продольные габариты трехзеркальной оптической систем и разместить приемник изобра-
жения в фокальной плоскости системы в промежутке между первичным и третичным зер-
калами, вершины которых совмещены и лежат на одной оптической оси.
На фиг. 1 представлена принципиальная оптическая схема трехзеркальной оптической
системы без экранирования.
На фиг. 2 приведены в качестве примера конструктивные параметры оптической си-
стемы.
На фиг. 3 представлен график функции передачи модуляции, которая рассчитана при
равномерном распределении спектральной эффективности в области спектра (500…800) нм.
Трехзеркальная оптическая система без экранирования содержит три оптически со-
пряженных компонента, образующих анастигматическую оптическую систему, которая

4. BY 6554 U 2010.08.30
4
строит изображение и является внеосевой и децентрированной как по апертуре, так и по
полевому углу. Первый компонент 1 с положительной оптической силой - зеркало, обра-
щенное вогнутостью к предмету, второй компонент 2 - зеркало с отрицательной оптиче-
ской силой, третий компонент 3 с положительной оптической силой - зеркало,
обращенное вогнутостью к изображению. Все три зеркала 1-3 образованы поверхностями
вращения с общей осью, при этом отражающая поверхность первичного зеркала - сегмент
вогнутого гиперболоида, вторичное зеркало - выпуклый гиперболоид и третичное зеркало -
вогнутый эллипсоид. Оптические силы компонентов и воздушные промежутки удовлет-
воряют условию:
1,3<ϕ1 / ϕ<1,5 3,5<ϕ2 / ϕ<3,6 2,1<ϕ3 / ϕ<2,2
d1 ϕ = d2 ϕ = (0,32…0,38).
Плоское поворотное зеркало 4 установлено за третичным зеркалом 3.
Пример
Оптическая система имеет следующие характеристики:
1) фокусное расстояние f' = 6500 мм;
2) относительное отверстие 1:10,5;
3) угловое поле зрения 2ω = 6,5°;
4) угол, формирующий центр изображения ω0 = 6°;
5) значение коэффициента передачи модуляции (КПМ) на пространственной частоте
70мм-1
в пределах всего поля зрения - не ниже 0,4.
Работа трехзеркальной оптической системы без экранирования осуществляется сле-
дующим образом.
Световой поток, исходящий от бесконечно удаленного предмета под углом ω0, попа-
дает на первичное зеркало 1. После отражения от первичного зеркала 1 световой поток
попадает на вторичное зеркало 2, отразившись от него, попадает на третичное зеркало 3,
затем на плоское поворотное зеркало 4 и фокусируется в фокальной плоскости оптиче-
ской системы, в которой устанавливаются приемники изображения. Плоское поворотное
зеркало 4 позволяет перенести изображение в любое удобное место в данной конструк-
ции, где можно расположить громоздкие приемники изображения.
Качество изображения близко к дифракционному пределу, дисторсия не превышает
5 мкм в пределах всего углового поля, длина данного объектива определяется расстояни-
ем между первичным и вторичным, вторичным и третичным зеркалами из зависимости:
d2 ϕ = 0,336, что значительно уменьшает габариты и массу оптической системы. Ход лу-
чей в пространстве изображений близок к телецентрическому. Имеет повышенную термо-
устойчивость.
Фиг. 2 Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.