Методика расчета длиннофокусного светосильного зеркально-линзового объектива

Аннотация

Рост числа искусственных спутников Земли в околоземном космическом пространстве вызывает необходимость разработки оптико-электронных систем для дистанционного зондирования Земли и мониторинга космического пространства. Предложена оптическая схема длиннофокусного светосильного зеркально-линзового объектива и разработана методика его расчета. Схема объектива состоит из выпукло-плоской линзы, зеркала Манжена и двухлинзового компенсатора, установленного перед плоскостью изображения. Оптические элементы объектива объединены в три компонента. Выполнен расчет объектива с фокусным расстоянием 1500 мм, относительным отверстием 1 : 2,4, угловым полем 2ω = 2°22′, который имеет высокое качество изображения при обеспечении оптимальных массогабаритных характеристик. Максимальный диаметр компонентов объектива и осевые габариты от вершины первой поверхности до плоскости изображения составляют 0,4 и 0,6 от фокусного расстояния соответственно. Показано, что при сравнительно несложной конструкции в предложенной оптической схеме можно получить достаточно совершенную коррекцию сферической аберрации, хроматизма и меридиональной комы. Наличие в системе четырех линзовых элементов, выполненных из трех обычных оптических материалов, позволяет исключить асферические поверхности, тем самым делая систему более технологичной при производстве и контроле ее элементов. Это дает возможность применять такую схему для создания оптико-электронной аппаратуры, характеризующейся простотой реализации в результате использования хорошо освоенных технологий изготовления линзовых и зеркальных элементов

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Заварзин В.И., Бодров С.В., Крылова М.К. Методика расчета длиннофокусного светосильного зеркально-линзового объектива. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2025, № 1 (150), с. 34--49. EDN: YMKBHO

Литература

[1] Гансвинд И.Н. Малые космические аппараты --- новое направление космической деятельности. Международный научно-исследовательский журнал, 2018, № 12, с. 84--91. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.78.12.053

[2] Вениаминов С.С. Космический мусор. Техногенное засорение космоса и его последствия. М., ИКИ РАН, 2023.

[3] Молотов И.Е., Воропаев В.А., Юдин А.Н. и др. Комплексы электронно-оптических средств для мониторинга околоземного космического пространства. Экологический вестник научных центров ЧЭС, 2017, т. 14, № 4-2, с. 110--116. EDN: YMTQSO

[4] Бельский А.Б., Здор С.Е., Колинько В.И. и др. Новый подход к разработкам оптико-электронных средств мониторинга околоземного космического пространства. Оптический журнал, 2009, т. 76, № 8, с. 22--28. EDN: KWAABV

[5] Бакланов А.И. Анализ состояния и тенденции развития систем наблюдения высокого и сверхвысокого разрешения. Вестник СГАУ им. С.П. Королева, 2010, № 2, с. 80--91. EDN: NWDNBH

[6] Алтухов А.И., Коршунов Д.С., Шабаков Е.И. Метод повышения качества снимков космических объектов. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2014, № 4, с. 35--40. EDN: SHNKNN

[7] Лагуткин В.Н., Лукьянов А.П. Получение оптических изображений низкоорбитальных космических объектов при спутниковом мониторинге на скрещивающихся курсах. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2017, т. 4, № 4, с. 35--44. DOI: https://doi.org/10.17238/issn2409-0239.2017.4.35

[8] Здор С.Е., Колинько В.И. Проницающая способность автоматического астрономического прибора. Прикладная оптика. Сб. тр. МНТК, 2006, т. 6, с. 117--121.

[9] Заварзин В.И., Сауткин В.А. Методы обнаружения сигналов в оптико-электронных системах мониторинга пространства. Контенант, 2012, т. 11, № 1, с. 26--31.

[10] Шустов Б.М., Рыхлова Л.В., ред. Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра. М., ФИЗМАТЛИТ, 2010.

[11] Заварзин В.И. Двухзеркальные оптические системы с заданным значением сферической аберрации и требуемым изопланатизмом. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2003, № 3 (52), с. 29--43.

[12] Заварзин В.И., Лотов А.И. Методика расчета зеркально-линзовых систем с зеркалом Манжена. Контенант, 2021, т. 2, № 4, с. 2--10. EDN: WTVZQF

[13] Бодров С.В. Методика расчета длиннофокусного зеркально-линзового фотографического объектива. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2010, № 4 (81), с. 18--26.

[14] Бодров С.В. Длиннофокусный трехкомпонентный зеркально-линзовый объектив. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 7 (19). DOI: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2013-7-824

[15] Arkhipov S.A., Senik B.N., Zavarzin V.I. Developing and fabricating optical systems for prospective remote-Earth-probe spacecraft. J. Opt. Technol., 2013, vol. 80, iss. 1, pp. 25--27. DOI: https://doi.org/10.1364/JOT.80.000025

[16] Zavarzin V.I., Kravchenko S.O., Mitrofanova Yu.S. Selection of optical materials to minimize longitudinal chromatic aberration in a prospective broad-coverage medium-resolution multispectral instrument. J. Opt. Technol., 2016, vol. 83, iss. 10, pp. 593--598. DOI: https://doi.org/10.1364/JOT.83.000593

[17] Заварзин В.И., Кравченко С.О., Морозов С.А. Методика расчета объективов с зеркалами Манжена на основе трехзеркальной системы с эксцентрично расположенным полем изображения. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 1 (13). DOI: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2013-1-521

[18] Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л., Машиностроение, 1969.

[19] Малькин А.А. Использование макросов при проектировании центрированных оптических систем в программе Zemax. Оптический журнал, 2016, т. 83, № 3, с. 45--47. EDN: WMNZTN

[20] Качурин Ю.Ю., Каратеева А.А. Оптимизация расчета афокальных систем с использованием языка макросов программы Zemax. Оптический журнал, 2019, т. 86, № 1, с. 48--51. DOI: https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-01-48-51

[21] Заварзин В.И., Орешечкин С.С. Проектирование оптических схем Корша и Ричи --- Кретьена с линзовым корректором для малогабаритных систем дистанционного зондирования Земли. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2023, № 4 (145), с. 4--23. EDN: HAQVFG