автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Разработка и исследования крупногабаритных оптических систем

л п Ордена Трудового Красного йнамвмк РГб и институт точной механики и сптккй.

'• : На праэяя рукописи

Пименов Юрий Дмитриевич

Ш 633.318:622.2

разработка к исслндойайий кр11шйгавайшш

оптичесш ттш,

Специальность 05.11.07 - оптические Мог

глеКтройиые

Лвгорэфора^ диссертации на соискание ученой степени кандидата техничес)01х наук,

С.-Петербург 1994 г.

Райота выполнена в С.-Петербургском институте точкой меманнки и оптики,

Научный руководитель кандидат технических наук . старший.научный сотрудник К.Н.Чаков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

прсйессор~В. А. Звере]-, кандидат технических наук А.А.Вагдасаров.

Ведущая организация: Главная астрономическая

обсерватория РАЯ в Пулкове

Ватта состоится "2£" . $£> а904 г, в час. на заседании специализированного совета Д 053.-26,01 при С.-Петербургском институте точной ыехшшки и оптики.

г, 'С.-Петербург ум. Саблинская 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Авторе4ерат разослан " " 05 1994 г.

Ученый секретарь специализированного .овета к,т.н. доцент

В.М.Красавцев

~ С> *"

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Крупногабаритные оптические системы испольвуптса е наблюдательной аотроасмии, s scshsom-деле, лаеернкх системах локйцяи. Набякддемый з этой сзлайти-прогресс сзяван в большой стеяеки о раз&ияюм элвйтрекйки,: , малогабаритных управляющих ЭВМ к систем автоматического управления, прекйвионкым станков, ансокоточньк 'праьодс® и кс-пслнимльных меканйамсв. Но в мг»»шей степени он csaeairo-достжекшш эдЛяслительяой остикк,-

■ Ревеня» ' проблем разработки к ивготоалекий крупногабаритных ояикесккх систем йосвя!декы сотнй-аубЛйяаций,-' Капрйиер,. в обзоре Рябовой Н.В. я-З&чареккова В.Ф. "Айтизкая *д здаптй* вная оптикл в .чруяаогабарэтных телескопах" (ОаШ«««й журнал, 1992, N данк ссылка на- 214 работ, там же упоминаются три десятка проектов телескопов навемабЛ? Л- космического Ö&-; аирогания диаметром- от 3-х до 25 м, предполагаемы.'-: к аолло-яекко в блмиайзие 1-й десятилетия. Той ме теме балл порзяае-яы несколько международных конференций, организованных Европейской >Зхйой обсерваторией,в 70-е годы,- Отметим, что рассмотренные на конференциях проекты Зольного космического.те-. лескопа (LS7, HACA), мйсгозеркапьного телескопа Q&1T, Аризоною:;? университет) и некоторое другие уже реагйэйааны.

Даль...е№кй прогресс з этой области .требует. репения .ряда задач ярккЕадной оптики, рассматриваемых в диссертации.

Цель работы заключается Ь разработке теоретическим положений и методик р,"счетов, свлзаьйьа с 'проектированием преци-еиониых крупногабаритных оптеека* систем, преднагначанных, • в основном, для обнаружения слабых астрономических объектов.

Научная нсвизна. Предложен новый способ расчета лронй-цаюцей силы телескопа по иззесткым спткческ;:м передаточным функциям атмосферы, об'—'Ктива и фотоприемника; ■ контрастной чувствительность фотоприемника и анатазатора изображения. На его основе разработана методика оптимизации параметров ' оптической система с целью достижения высокой эффективности при обнаружении источников с яркостью йкже уровня фона. Показано, что наземный телескоп с составным главным зеркалом

может работать без предельно точного совмещением изображений вдоль продольной оси, к что его эЭДбКГИЗНОСТЬ заметно ке ю-врастазт прк увеличений раамероз элементов болзэ 2-3 метров.

Вперза& рассмотрены погрепност»•волнового фронта, вов-н'4кэха:$ ври аппроякмашм поверхности второго порядка екс-томой тсричэских поверхностей; доказана ьсэысшю« закэны Еь;еосс*ны>: элементов асферического зеркала элементами с торн-ческой ПОВерХНОСЕМО.

Получены .ууэчкекше ь?ате.\шяческкэ ьаражздкз для комы и ; зотхг.чатугс;.!..! лря?.:.^, установленной з сходящихся световых пучках, и предложена кетедика расчета прязмекного компенсатора внооссвах айеррзц^й наклонных световых пучкоь.

Теоретически а с .локзэдо эксперимента доказана справедливость 8здакы гологреф-л-еского оптического элемента прк гО^рраижкшх расчетам г;го матсг^тйчэской модзлыс - лу.нёой с .большим значением пог-гзателя преломлвнкя; впервые рас-смсгрзкы возиикашю прк этом потребности моделирования.

Получены матемагйчес«сяэ выражения для расчета аЗеррадий • нескольгаэс схем ейьэктивов,- пригодных длш исаол1 -.озания з крупногабаритных оптических системах, в тем числе схем с Голографу¡ческами оптическими элементами. Проведаны их пссле-•дозлния, которые донага», что: £ тр&хзеркалькей схеме Мей-к&ва вегмежно исправление астигматизма; добавление к схеме Максутова двух дополнительных ееркаа, - плоского л вогнутого, г?.ет два решения с существенно удучЕеккъми качеством игсбранения л технологическими характеристика'»';:.

В процессе работы получены следующие практические рееу^таты:

наготовлен к исследован действующи! макет крупногабаритной оптической системы с голографкчееккм синтезом апертуры. В макете Использована одна из новых схем трехзеркального объектива, предлохэяньэг в диссертации, в. т&кхе реглкговаи метод синтеза асферического зеркала из элементов с торичес-кей формой поверхности. С помощь» макета был проведен ряд экспериментов в рачках научно-исследовательских работ ГШ;

разработана программа • Луч для расчета оптических сне- . теы с произвольным расположением элементов 2 пространстве

и полу&гтомапмеской коррекцией аберраций для. настольного вычислительного ксвиимкса на основе Уккро-?Зм Электроника ДБ-23. Программа исяольаовагась в ГОИ, фглааае ГСЙ, ЛйТХЮ ' для руления практических задач. 3 мследстз;:;; ее алгоритм лег в сскову программ Lott.n к Spefctr дат белее ссзремгк-ных типов ScM. Новые программ применяются в итыс да обучения студентоз у выполнения яьучно-геследсзатвльсгш работ;

выпущена технологическая -йнзтрукция ГШ до расглгфро-Еке кктэрферограчм на основе разработанной 'ярзгрглга: Сигш для микро-£3!/ Электроника Дй-26, входящей з состав прибора ДИП-1. С! пемдаю программы были обработаны слачнке иатерфе-рограядш, полученные на мате ".з системы с гсяографическкм синтезом апертуры. Программа 'оказалась удобно для технологического и аттестационного контроля оптических детален в производственных условиях у. внедрена на нескольких предприятиях отрасли.

Предлсленкя ло колодьгоЕашао материалов диссертации: методика оптимизация параметров телескопа полезна при разработке крупногабаритных едзпп:вкж« оптических систем л для новкшенхя еффектявности суа^отвуюгдях телескопов;

'.' оптические'схеш новых ееркальных объективов мсяно применить в проектах ковш екстен с рагмергми входного зрачка зедва метра при повышенных требованиях к качеству изобрел?-' >шя;

. методики синтеза асферического веркала из элементов с городской формой поверхности и компенсации аберраций вне- ' осевых элементов составного зеркала телескопа полезны при разработке нов»: телескопов, лазерных, локзцкояак систем и оптических систем с незаэкранирозанным входным зрачком типа солнечных телескопов и однозеркальных коллиматоров;

; методика «этемзгического моделирования голаграфического оптического элемента «ожег быть использована при разработке новых оптических еистех и для обучения студентов соответствующих специальностей.

Апробация основных положений работы проводилась на 'iceçomnon конференции "Современная прикладная оптика и оптические прибор:!" (Ленинград, 1975 г.), на Ш Всесоюзной

■ . - 6 -

Конференции " по голографии (Ульяновск, 1978 г.), ка семинарах Главкой астрономической обсерватория РАН в Пулкове и ГОК С, К. Вавилова.

Публи?5ацця.• По ыатериасам диссертация опубликовано 11 дечагнь:* работ, в тем числе получеяо 3 авторских свидетельства на изобретения; 10 работ опубликованы бее соавторов.

Структура диссертации. Работа состоит из р-еденяя, четырех глав, ¡заключения к приложений; содержи? Г/9 страниц, Б том чиоле 32 рисунка и 36 таблиц, 101 библиографическую ссылку.

. На вациту вакосятсй;

1. Методика оптимизации .параметров телескола с целью достижения наибольшей еффектлз.чости при наблюдениях слабых объектов на неба. ■

2. Способ синтеза асферического зеркала ив алешитоа с тс-ричэской фс-рмйй поверхности,

3. Методика расчета призменного компенсатора вне^севых аберраций наклонных езетрзкх пучков.

4. Методика математического моделирования голографического оптического элемента и Дифракционной решетки.

5. Технические реаения новых оптических схем крупногабаритных объективов,

' СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

Во введении сформулировала основные задачи исследований. Глава I поснятека разработке методики оптимизации параметров телескопа И обоснованию требований к системе с синтезированной апертурой. С этой целью проведен анализ публикаций, посьяаенных эффективности систем. По мнению автора, наиболее верно к решению проблеш подошел В.С.Рылов. Но недостаток приведенных ш формул заключался в том, что они не позволяли оценить время наблюдения объектов С блеском, не превышающим уроьекь фона неба. В диссертации приведено.новое выражение для. оценю! .эффективности:

Г)

V * (CVt) -Z (SE) >/(5K) i (i)

CÍIO no<:ПОЛЯР? определять сксго"^. получения информации V при о^иаруке-яик c'vkvos залуной яркости клк ¿леска, г.кра-хекнсго з эгегдтя: величинах. 3 (1) гхэдяс: t - реги-

страции о5>ектоз: t«.í,Síf*/D)2/Sp, где Ер - сзесс^угстзк-т«?льнос:5 Зстсзртеуииул, D/f - отеосктеньвс«? oes<?р-!:•!€■;

i - номер гены поля За 2 которой (площадь иьо&регкг ¡¡ии зарег::сг;::р:.1-.а-:я.тс обьгкга) считать псс:с.-::;::сй;

5Х - спсктраллее пропуска:-:;.«? оптической с ист?:.«. ерректи-гноот;-. £гссч".ггь:п£г7с5 з уехп.ннх езязкшх, ксторы-г- ::рг яе-оСхзлй'Сзти иогут бить П'рчзгр.^гьч згзпржгер, з ¿яга/час.

П;:.?дел:?;п -f сбгектг, доступного заРльте-

лкян на «укс>.; н."струм?кте, нш-нгаетсл прзнкцгкеей схлой, Я'.:рахаеуой п гг^-дих з-глнчкгах. Сбзор литература гс:-\-.зад, что ни 2 одной ::з р-чтет учкпзавтеа достаточно погно тсе факторы, z-.~y.?st.:o :<а прогиц":>:'ду:; счлу телескопа. 5 разлете 1.2.2 дис::?рт:;тп:: дгл зыргд нового ьь-рглениг:

ш* < Wy - ¡3,5 Ib Oí.nVKÍP)}, ÍS>

где '.!ф. - яркость к - коэффициент, дгюдни ссотногьо-

нж- ажусуль.' гарегясгрирозглиого сигнала Н(р) и среднеквадратичного уровня фона при {50% ггрсятнести птяйлс-нил одного легкого сигнал?. ? кадре; п* - сужгрнсн контрастная чувствительность фотопр^кнхкз к аиггигз'П'ра изображен::.-:. В частности, амплитуда сигнала. Н(р) вычисляется так:

!Цр) = - тг?.£/1п Т(:-:0), (5.)

где х0 - проотранств1?,ч:-?гя частота, при которой суих&рнзя частотно-контрастная характеристика системы, учктьх'щнгдя влияния атмосферы, остсприемнпкз и оптической систем» (с учета; погрешностей гндпрззанкя, фокусировки.. вибраций), находится з пределах 0,5-0,3. Полученные вкржк-гая позволяют пут«,: расчета к?ерациск:-:к* методом фокусного расстояния систем-; вычислить ее эффективность при ебнзрудевви о;ъ-ектов с г »данной яркость», a так« вр«кя регистрами и угловые paswe-piJ объект!.

3 диссертации vrr.íenrBr./inq. эффективности pa:—

- а

Таблица. 1

Оценка эффективности системы с монолитным зеркалом:

Фотояри-Г 6а I Идеальна« система | Телескоп типа БТА емшгк ' угл.с (—--:--?•........ ■■■■■■---

Г . а

Г' а

V

1А-7С0РЛ ) 0,1 | 11 0,5 0,Э' 4,0 | 17 0,5 2 0,6 I • | 0,3 . ! 3? 2,0 10 0,02! 40-£,2 1Е 0.01

0.1 0,5

Кодак. ЮЗй-0 Сулерор-] тикон | 0,1

I 31 1265

0,4

6,8 ,0,9 | 67 520 О .|7Э0

0,9 24 0,02 2,2 3570 О

34 1,2 0,01 6,0! 33 1,2 0,01 ЗД

! Я1-230 ! 0,5 |426 1,0 0,92 О

| Оценка эффективности системы с составным зеркалом: Н-г—

| Диаметр |элемента

—г-х-

бл ! угл.с |

V » £5т (А-700И1)

т* - £бв\ (А-700РП)

Г* - фокусное расстояние системы в метрах,

а -"диаметр зарегистрированного «возражения в угл.с,

I - время накопления,сигнала в часах,

'V - эффективность сйсте,чы.

2.0

личных систем. Результаты оценки эффективности вариантов 6-ти метрового телескопа с идеальной оптикой и оптягдай.среднего качества при обнаружении объектов Еб-ой величины даны з верхней половине таблица 1. За-■ второй полоеияе,таблица даны результаты расчетов влияния диаметре*.элементов. главного ееркаяа (или областей синтеза апертуры), наземного телеокопа на эффективность -'при уолэвзя, что создаваемые ими чгсбраже-п'ля рвелзны в фокальной плоскости с погрешность» -1/10 диска Эри элемента.' аател пх расфокусировку.

В разделе 1.4 диссертации рассмотрены' интерферометркче-ский, гологрзфический л оптико-механический синтез апертуры с точки зрения пригодности для решения ездзч наблюдательной астрономии. Акали» литература лсказая, что системы типа звездного ' интерферометра Майкельссна, тройного интерферометра Дженнисона, а танке интерферометра интенсивностей не :юёзо-лякзт регистрировать объекты с . блеском слабее 14"\ В этом отношении более перспективны системы, с составным главным зеркалом, с голэграфичесхим синтезом апертура- И. системы, малых телескопов с общей плоскость» изображения." :

Основные требования, предъявляемое к.оятйЧескйм схема* крупногабаритных систем, даны з раздела 1,5. - Показана нооб-ходимосг» в наличии действительного йзсбрзжения апертурной диафрагмы системы, расположенного перед Фокальной плоскость«?. Оптимальней диаметр элемента апертуры наземных систем составляет 2-3 метра, что следует из■. анализа результатов расчетов, приведенных в табл.1. Размеры .ггодя системы определяются, исходя из требований офсетного гидкрования и'размеров наиболее крупных фотопластинок, т.е. 300x300.мм. Исходя . из требований, осесикм'етричности изображейкй ,авезд;' предложенных Фзллддеттсм, и наземных условий наблюдений,; установлен допуск на аберрации оптических схем порядка 0,03-0,М". Для систем с составным главным зеркалом предъявляется жесткое требование к форме его поверхности - она должна'быть сферической. Основные реэулъгага главы опубликованы в статье [13.

Глава 2 диссертации посвящена исследованию оптических схем для объективов с составным главным Зеркалом.

В разделе 2.1 проведен обаор оптически схем, пригодных

для синтеза апертуры. Показано, что требованиям к система-,!

с гол¿графическим синтезом апертуры удовлетворяет трехзерка-лькая схема, лредлоалннал Дхгрихом Корпеы. Но ой присущ серьезный недостаток - вое.ье зеркала-асферические, :: по этой причине дан ьывэд о посблодимссти проведен:« исследовании схемы с целью поиска ьариантсз с лучшими технологическими характеристиками. Ту м- цель преследует поиск новых методов сйнгееа апертуры из 2сФ?р:гческих ееркзл.

Б разделе отмочено, чтс хггвеспше скгъп с-бг-:птивоь с глзшм сферически: зеркалом далеки от предггвляеуых требований. Но дзу кв кил, предложенные У.ейнелом и Чураговским, пгучехк недостаточно полно.

Сл.'дукаий рагдел гиссортац:« посьяцек исследование пред-лохекисй автором схемы об^ектиза-аназткг.'/.ата с эллиптическим гл4-змам герхало',;. Со ласти существование решений схемы Д"лы з виде $оры/л и графиков [3]. Квучен вопрос•олгимадь-ного полслс-ния' зскоулгатвлм-огс плоского веркала - это плотнее:;;; вводного зрачка скотча, ссгмеданшзгс с промежуточной плоскость:-: ло-ойралекия, сбравовэшегэ первыми ;вукг ее-раалгд'п. Найдекк рецекхя для сзе-тссилькых систем с плозхой поверхностью игсСрашдал. 3 качестве прккера рассчитаны три варианта олтически* сх.гм. При относительном отверстии 1:8, ¿кзлуснсм расетслнпп 2-'. м хрупок рассеяния з поле 43' ссста-¡с?.-'Т О,с:." ка ¿отсплйстк.Ч!:е с радиусом кривизна 2,6 и. В ).:ллн1:х--р;а-а;;нсм ьариа-ае оиеиы с исправленной с паоаа плоско-а^-л^той л инок прививкой поля кру.так рассеяния равен С.Ео'ч Глоледним ьариак':' схемы превосходит по характеристика охлсому аллдта, так ка-: г:сааоляет при диа^етрь входного врзчхл :-г В/Т'«1:5 получить изображена оье&д диаметром не Оалее г иоле 2 градуса на плоской фотопластинке.

:> раолело 2.3 диссертации рассмотрен способ синтеза асферического зеркала иг злемеятсг с топической формой поверхности. Теоретически люРуе асферическую поверхность можно ва-у-л;хс:> наберем бесконечно «алых элементов, характеризуемых деумл радиусам: крилигна:

кп * кл-(Рь/к;2. 'кз - - ы;г)иг (4)

( К - рал ну о асферической поверхности при ее вэраике.

- Ii -

у - координата рассматриваемой точки поверхности, а = 1-е2 - коэффициент ас$ерики).

Терпч?ск;:п элемент с конечшде рвемграчи ni,M внесет до-полнительну» волновую аборра:;ию:

'i - í;;,:: + M'¿ + 4уг0 M2) -a/4R3, (5)

которую vc.-:ï::i уугньглтб aí&aeasfx элемента вдоль продольной ссл 07. и нгчжяю« на угол Ш:

Z?, г W, » - acVîSR3.

на ьгхкчкку CK при даауэтге тора D:

З.Ч « - frr/3 + y/3) -atAs'iïK3 (5)

Эллиптич-гскоо sspav.o рассмотренной 2 «р?дчдуз1®у рагдадо оптической схезд ясслух&то пржзром для проверки предлохои-ногс сггсссба оинтоза аяс-рсуры. В результате расчетов получена СПГИЧеСКйЯ choxfc.vi со cxvjiyscjbst г.ЗраУ.ОТраг.г.!: îoîtychoô расстояние v., P/T '-1:12, поло 1°. ?ор:пескне элемен-

ты диг:.чотрои 40Э и 250 >:м pscncaoawHK на скрукнсстяи с радиуса«: 0,'Э и 1,3 и £23. Срзднеж»здратич$ская леформация волнового Фрсксг не яр&вигаэ? CrfC3 L (L- длила волны).

3 рагдоле 2.4 по.чзгачо, что трехззркагьный ебьекгяв с описаний в прздэдусом рзэлел- :-;он*.игурарией мате? кмзгь сферочоокое главное зерна;;.; при а^астпгуагкчеснсй коррекции аОеррац::й. Ч диссертации результат исследований

сто оптической охк.а, олу^.п^/'ох^^'ыэ ранее в [43. Ре-^нпя оис'гш ;/ра:.,ча:-:пй ь ro::;í графинов. Второе- гаркай схемы когчуту-! ггг'^^' ол^-;^ :-:vb ^ог'-'у гпи мяло« отнск5яйи \ч \ > д с: 1 - :> „ , . ' ,т с кзг;-

' . „ , - , г • г ; о :.с тсгся

ие:;ож.!:"Ы1 ^ь'оли;-: лор:-: дней. '/ти ¿ариглтк реяе-

кни даны 2 вил"- ::р5п/с-ра оптическсй о хек.! Tcuit-csona с ссста-5>шм гло2н;л.; с;.орич&скнм сериалом, четырьмя y/vii-¿HcMH плс-знсстлмп о относительными огнорстилми 1:3, 1:8, 1:25. Расчеты автора ино-усл:<:«.сг53?пш'») гяяггхгеж пригодность схемы для npoe-rra :й~г.: кс-.-ровего телескопа.

Ii ра-гдесе с. С сг.иор.на мстоди-с:, jco^oencó:;:;;: ■.е-г.сев'.г/,

.•• 12 -

- аберраций состазясго sepfiaaa.-

Йззесткс, что декеятрйровка олтяческкх деталей приводит к досзгенйу иска«евхй-в--изображ-гнки. Наиболее екачхше кв н;эс вкавзан некой к астигматизмом -торего порядка, наклоном поверхности ;?эс5ракеяия и хроматизмом увс-личеяил. Именно эти 'аберрации-могут быть устранены с вомодао йриамеааОго блока, н&сложясгс по конструкции, "технолог;«; изготовления и вотировке. Уетоййка расчета язложзна в [123, В просто&ш случае он состоит кз дзух тонких призм, одна из которых устраняет коку и астигматизм, вторая, расположенная'ясблиаостк от'г/ло-■ скости иго?рего .наклон. Эффективность корректора продемснстрирогша на. примере устранения аберраций s телескопа Рераеля, t кстором параболическое веркалс с дш&зтром 1ЕШ мм (1:10) наклонено к оси на угол 0,03 рад для выноса Нэобрашздя за край' труби. Его аберрагдаи были недопустимо велики: ' ck*» 0.69 .«м, SZ'fc.s * 11 мм. Но'введение двух приз«.- основной, состоящей "и$ трех частей,.- и дежолт-ггелъяой. устрычлет атй аберрации. - В поле • 22. мм размеры изображения евезд уменьшились на порядок, составляя .0,4"х0,9" (1'«м-;17")■ Они.определяются, з'основном,- дифракцией-на входном .зрачке..i! вториадш хроматизмом увеличения.

• .'Возмакю, что этот- способ позволит ксмяенсировзтъ аберрации: системы телеоиопэг. с .общей -.фокальной. плоскостью.

,8 разделе 2. 6' лооведеко исследование трехееркального об-• гектига с кок$йтураа>',ей, - пуедлокенной Мейнелом. По его мнению, -'оптическая схеаа;тедесУйга .дойжа есстолть п» большого '.<$ерического БврКала w ш дэуизёркзльного блока. ззкачЕваю-

- щегооя. вокруг центра кршшяы главного верксла. Это позволило бы cys,3CTEE}iKo увеличить поле телескопа, ограниченное при тпозхваяшк. -зеркалах -половыми аберрациями;

'Е .диссертации. ..кооледсваны два'варианта этой схема. -Подбором .параметров устранялись кома и сферическая ..аберраций. Bi^sa достроена зависимость Коэффициента астегматагаа от увеличения п дцзд5грз зер:-ал, что' позволило найти' Еаркакт схем ' с-.уетрачеш-ам астигматизмом. 'Но. контрольный расчет'оптической, схемы 3-х ¡¿ телескопа показал 'сильное влияние на качёст во'иеобрааения -остаточных аберраций зисиих' порядков (кру«ш рассеяния 0,28") и ее недопустим большие габариты.

Глэра з. изучение возможности использования гологра-фичеокого корректора в астрономическом объектива.

Голографическне корректоры, кстгрке мачно было бы- применить а естроломйческях сйгектизач, имеют следугсвдг особенности: относительно увкий (порядка 30 ям) спектральный диапа-всн, ограниченку:о величину испрагляемой волновой аСоррации; |.Ч!< где х - основная длина полны; ■ сложности расче-

та из-га отсутствии симметрии-и наличия свойств, .присухах прелсаеласцям и дифракционным элементам.

3 т. Свит том - з докладе, ярочитаааом яа ккегодном оэгде• Американского сСщестга оптиков, и наеагахэ.-:о от нэго автором з отчет? о В!? (ГОЛ, М2Е245, '197& г,),. бша высказана идея о замене голограмму ее модель», . - линзой с Сслкгям гначевягк показателя преломления, Это позволило лркмешда. известный Математический аппарат и программное оСбсггечекиз для расчета новых оптических систем с гологра$ичгсг?зй коррекцией аберраций, кзпольауя предложенные з. диссертг,";гн приняты построения астрономического объектива и Ъотлг/^л для определения конструктивных параметров иодели.-

В раздэле 3.1 показано, что с математической тсчкк зрения голографа к тонкая линза с большим вокават&£4'.м преломления полностью "эквивалентны. Это было подтверждено к с яо-молью эксперимента, проЕэданного под руководством Ю.Е.Куги-' лина, а котором расчетное значения аберраций .гслсграфичеС" кого оптического элемента были сопоставлены'с непосредственными измерениями. Характеристики элемента! - Б/Г" =1:3,3 ?'« 135 мм, поле 40°, спектральный диапазон 468-633 "им. Эксперимент показал, что с погрешностью не более 3 угл.мкн. световые лучи распространимся в соответствии с. предсказаниями теории.

•В раздел? 3.2 дана оценка погрешности зачисления аберраций оптической системы, содержаще:? мод.'-ль голограммы-корректора. В качестве мод&ли рассУатркваяся • эл*«еит типа зеркала Маняеаа, как наиболее близкий по свойствам к отрагсаа-голограмма},! (то есть голсграммам, затесанным во встречных световых лучках). Приведены формулы тля расчета погрел-нсстей, гь'ЗЕи;:-!:.':-'. ргзностыо тэлаик модели и реальной голограммы, расчета -::ссй тслщшы, .различным пов*д'*'ием лучей

£ меделк и реальной голсгрзл:е при помеленип полевых углон и длины волны излучения. Приведена оэриулл для расчета точного значения показателя преломлений, пригодная для хедгли-роааякя дифракционной реокгки спектрального прибора.

Расчеты показали, что погрешности' невелики при моделировании корректороз с умьрвкзикк гначенилми углов падеккл лучей. При увеличении углов до 86 изменении длин.* олл;",; В 1,5 раса пегрегкестг возрастает до 1" при п-е!00Сл ::огро-сности уменъазлтел пропорционально косинусу угла падении и квадрату еллчеккл показателя преликекиа. В оптических системах типа аотронсмичеолих обо.ектиеое логролкооти расч не превосходит 0,001", если лохаватолъ преломленил аабрап из у.лооил обеспечении саонстслт,иннссоч; модели в пределах •• се8тсвого д4:смеора 0-15 1лкм.

Следугохй раздел диссертации пссзло;ен исследован::.1: о области аберраций.третьего порядка ехт; обгекгчоа, состед-кей из главного сферичеслого и гогк/гсго алдипткческзго ее-ркад, причем последнее расположено ее Сокаеъной плоехостов ■ главного зеркала. Фонографический корректор уотаноол^к о выходном крачке сдотехк. При внелкей преете?.? скьхг имеет Оундаствонный недостаток, - коэффициент астигматизма раген 4,8, ке-оа чего кружок рассеяния б поле 30' достигает 0,9", В разделе 3.4 приведены особенности алгоритма программы Луч, разработанной з 1983 г. длл вычислительного комплекса с кивро-ЭК5 Электголпка 23-23. которнл мокко назвать прообразом ^опремекнал лерсона/лч-лх компъкгероп. ооограмма имеет режим однсмер;г>й оптимизации группы параме-

тров, катал зг стекла, расчет влияния иемккеаия параметров, расчет 0Ш> я геометрического кружка рассеяния п системах с произвольным расположением элементов в пространстве. Работа * проводится в диалоговом 'ремкке с выводом данных на дисплеи к АЦПУ. Практически все расчеты оптических систем в диосер-тач..' енпохчечы по этой программе.

В разделе 3. Е изучень; четыре схе!3>* объективе.» с. голог-релич^екок коррекцией (табл.3): а) алланатическак схема Грегори, б) аналог схемы Мейнела с устраненным астигматизмом, з) в тренееркалькал схема с главным зллиптлчесп.о.' и ' г) с главк:-м сферическим зеркалом.

Таблица 2

М п/г: Параметры схем а) 5) а) г)

1 Относит, отверстие 1:8 1:8 1:9,6 1:8

2 Поле (угл.мин) 10 30 БО 30

3 Кружок рассеяния 0,3" 0,4" 0,24" 0,12"

4 Спектр.диапазон (ям) 30 30 30

5 Колич. зеркал/линз 2 £ 3/1 3

й Форма глазн.зеркала эллипс сфера ЭЛЛИПС сфера

? Длина системы 2-ЭД 4.7Д 2,сл 2,4Л

Примечание; д - диаметр главного сериала.

Все оптические схемы удовлетворяют дополнительном требованиям к системам с синтезом длертурц, сформулированнш в диссертации:

входной врачок совпадает с плоскостью глазного зеркала, голограмма- корректор расположена в плоскости гыходяого 8рачка системы,

голографа записывается во эстречны* пучках и работает одновременно как отрахаюций элемент, полосовой фильтр и корректор аберраций,'

Узкий спектральный диапазон слеш б), как и было предсказало ранее, объясняется еначительной величиной сферической аберрации, исправляемой голограммой-корректором. Выводы.

Расчеты хода лучей в системах с голограммой-корректором пскаБади справедливость теоретически* положений о том, что;

погрешности расчетов малы при толс^ке модели соизмеримой о толциной фотоэмульсии реальной гологршгч

погрешности пропорциональны' толг'на и- обратно пропорциональны квадрату значения покаватеда преломления модели,

остаточные хроматические аСерраций сиотеш пропорциональны спектральной полосе пропускания и йеличине корректируемых голограммой искажений.

Адаптивные системы с голограммой-корректором можно построить на основе- схем автора и Д.Корша, яри условии, что

- 1С - .

главные . еллиптические зеркала объективов будут составлен« кв элементов с торичэскими поверхностями.

Глава 4. Исследования качества изображения на капоте объектива с составным главным еерк&яом. .;• Воамоаностг» практической реализации метода синтеза апертура была проверена на объективе с главным зеркалом диаметром .600'мм, состоя®»! «8 18 отдельных элементов 100x80 ш. На э.тса-'обгекткве резались следующие задачи: была составлена и'экспериментально проверена методика юстировки трехгер-кальной схема, проведена проверка возкояностя совместного контроля качества поверхности выпуклого'сферического л вогнутого. ёллиягтеского зеркал* разработана программа "31®,V," для обработки 'слежка иктерферограму. с разрывами интерференционных полос на мкнро-ШМ "Электроника ДЗ-25", т.хсдйцек з состав прибора ДйП-1; проводились измерения геометрических у, волновых аберраций, 'рода&зедгд способности объектива.

■ : В рзгд&ле 4.1 описан стенд, на котором проводков исследования. 3 его состав входят: объектив, двуяверкздьяый ' коллиматор,:- измерительная аппаратура и оптические системы, . фармкрукщио световые, пучки для'ваписй голографического корректора, Оборудований размещено на амортизированной платформе 1,5x5,5 м , ■ располовенпу» в домездекии с небольшим перепадами температур^. Больгая часть сйстовык пучков «агдаэ-на кокухами и здевддо о целке воздействия воз-

дуишх потоков. :

- В кахвте яоелтеч-эна одна из новых схем ";зер!саяького объектива».. преддмкш'». $ диссертация. В еа основе лежит схема .о зллипгкчееккм главка ееркалок, Поверхность эллипсоида аппроксимируется аеогыо элементами с торичэскзй поверхность». - ОсгальЩ«? :. ваемоатов выполнены сферглвокики. ГэлографичеокиЗ .корректор располагал тек в шчодяом врач ке. Его диаястр' составляет -1С0 им. •

В разделе 4. В «теша юстировка объектива и коллиматора. СйИ-яескйе зетоил бкли установлены в адодюэ положение о 8огрей1с.стьа, й8 .прешоаодай расчета» екачении.

.Особенности ,з«отематич*;сг'»го аппарата, яоакиикего ю-пельрозать при .ршжфро&ке шмер^ерограш мякрп-ВДЛ ш^ери-

- 17 - .

тельного прибора яип-1, приведены в раздела 4,4.1. .Сеотаз-лачаая программа позволяет в течении' 1Б-20 .минут получить топографии гелиевого фронта и произвести его'анализ.

8 следую^м разделе списана методика и результаты измэ-реяий, аберраций сбъектпва. Первые проведенные с яам окспе-риуекты пондгялл носсотзйтствйе зслучзнкьк рову.гьтатса С оаэдаемаии. После ясследоваляй третьего эдикта схеми, -оллиптического зеркала, интерференционном методом бая проверен перерасчет аберраций объектива с учетом ото профйлв я голсграиук-ксрректсра, лредставлеяасй в гиде лнивсвой модели. Результата расчетов совпали с хзмерешаш с па.дкгло-стьа нй более 0,04 мм или 1,7",

Вторая серия экспериментов ироведеаа 4 года скуогз лее-, ле сегуии эллиптического зеркала..' Ентврферси«ммм свидетельствовали о незначительных озабпмс его поверхности -¿О.ОЕ Так как качество явобра^ккй з снст^-гг- гргблкха--лось к дифраедонно-сграниченхсму, иемс-рзния £5е-рраккЗ. выполнялись интерференционным методом. В соответствии с измерениями остаточные аберрация для точки на ear «е 'прекиаяи г0,2 гаийольсе» отклонение от расчетов для гнеообвыи точек поля составило 0,5 X, погрешности ягмзрекйй'я постоянна* по долю оскбки, вызванные небольшой децеятряроз-кой- система. Большую помор» а проведении гкеперикевтоз оказали сотрудники лаборатории: Ю.Е.Кузнлин, Н.А.Ситник, РД, Постылев. Результаты'опубликованы в ¿63.

Проведенные' эксперимента докае&ш справедливость теоретических положений и выполненных в диссертации математических расчетов.

Основные результаты диссертздп? изложена ,в следу»?,их работах: 1. Расчет прснипгдаэй силы телескоп? -и оххкмигздхя его параметров //Оптико-мехаггпчгскад прокыпдешость. 1281, Й 3» с. S-13.

.2. 0 возможности яр1кея8ййя- торичест злемантоз а

объективе с синтезированной апертурой // Оптига-механ-лческая г.ра&яиекяйсть. 197?, Я 1, с. 6-8. 'з. Исследование оптической cxes.il трехверкальяого сбъз-

. 1В .

кяэда // Оптит-кекакическая npotiftwUeHHocTb, 1977, N7, 0. 18-21.

4. Оптическая схема телескопа со сферическим главным веркалом //

Опткко-ме^аниадская прсмшленность. 1980, N 7, с. 11-14.

' 5, . Голографический корректор в сбгективе с сиктееиро-ваяной апертурой //Оптико-механстэская промышленность. 1384, N7, с.23-26. Соавторы: КузйЛИН Ю.Е. , Синцов Б,Н. ( СИТКЙК H.A.

6, Оптичэокая схема Телеокопа с составным глаьккм |*риаяом '// Тезисы доклада , иа Всесоюзной конференции "Сов-уженная прикладная оптика и оптические пригори" , часть I, • Л,, ДИ7И0, 197g, с. 63.

7. О точности моделирования аберраций гслогрефичесгах оптических элементов // Материалы III Всесоюзной конференции по голографии. (2(5-23 августа 1Э78 г., Ульяновск),

Л., ЯШ, 1978,' С, 97-98.

ъ. Зеркальный длиннофокусный объектив. - Авт.свид. ССОР N 468558. БЫЛ* иссСр. 1578, N 1,

5, йеркадышй длиннофокусный ссъептив для телескопа, -Авт.свид. СОС? N 64SS67, Бюлл, Иэобр. 1977, N 2.

10. Компенсатор внеосевых аберраций, - Авт, свид. СССР N1606414. . Шл.изобр. 1989, N 33.

И. двухкоордкнатный квкэрительный прибор ДИП-1, Метод pacwsfposi« шкгерферсгрймм /У Технолог веская инструкция • AS, 26,000.90005., 1ШГ.

12. Методика Dscswa пршменксго компенсатора внеосевыя аберраций // Йзасстиа ВУЗов. Приборостроение. 1294, N 1.

Подписано к печати 04.05.94 г.. Объем I п.л. Йаказ ЗЭ Тира;« GU экз. Веспдатко.

Ротапринт. ИТШ. 1900С0, С.-Петербург, пер.Гривцова 14