Афокальные зеркальные системы с малыми осевыми габаритами

В настоящие время проблема поиска и проектирования новых схемных решений зеркальных систем, включая афокальные, остается актуальной. Широкое применение зеркальных систем в астрономии, спектральных приборах, лазерном оборудовании и других приложениях обусловлено некоторыми их достоинствами: высоким разрешением в широком спектральном диапазоне, отсутствием дефектов изображения, возникающих из-за хроматических аберраций и ограничений по апертуре, связанных с размерами заготовок, выигрыш по весу. Целью данной работы являлось создание компактных афокальных зеркальных систем с малыми осевыми габаритами.

Представлены схемы конструкций афокальных зеркальных систем из трех параболических зеркал с малыми осевыми габаритами. Проведено исследование афокальных систем, в которых относительное отверстие первичного зеркала, определяющее диаметр апертурной диафрагмы, оптимизировано с целью создания более компактной системы.

Предложен алгоритм параметрического расчета новых композиций с коррекцией кривизны изображения. Дана сводка формул основных конструктивных параметров системы, и рассчитаны различные варианты конструктивного решения для углового поля зрения 2ω = 20ˈ, диаметров входного зрачка D = 35 мм и D = 70 мм.

Проведено численное моделирование в программных средах Opal, Zemax и Code V. Разработанные системы имеют хорошие коррекционные возможности для заданных оптических характеристик: в диаграммах волнового фронта значения величин радиального размера пятна рассеяния не превышают 1,35 мкм; радиус GEO (величина расстояния от опорной точки) – 0,105 мкм; вместе со значениями размера диска Эйри около 9,16 мкм, карта волнового фронта на плоскости изображения показывает информацию о среднеквадратичной ошибке. Все это указывает на то, что изображения близки к дифракционным.

Рассчитанные системы могут быть успешно применены в составных зеркальных системах в качестве насадок к регистрирующим объективам, работающим в различных областях спектра (особенно в ИК диапазоне), а также в системах с синтезированной апертурой.

1. Hutson J. [Afocal catoptric optical concentrator]. Pat. 0378140 USA, МКИ G02B 17/00. United States Patent. – 31/12.2015/.

2. Artyukhina N.K., Peroza Laura. Compact designs of afocal mirror systems with a mono-block of odd mirrors. Proceedings of D.S. Roschdestwenski. 8th International Optical Congress "Optics XXI Century", XIII MK "Applied Optics", 18−21 December 2018, vol. 1, 27 p., St. Petersburg, Russia.

3. Gapeeva A.V., Zverev V.A., Timoshchuk I.N. Construction principle of a nonimaging optical system of an illuminating device. Journal of Optical Technology, 2013, vol. 80, iss. 12, pp. 731–734. DOI: 10.1364/JOT.80.000731

4. Chernin S.M. Multi-pass systems in optics and spectroscopy. Scientific publication. Moscow: Fizmatlit, 2010, 6 р.

5. Housand B., Tener G., Jesse S., Pearson W., Newberg E., Weaver John F., Hill T., Bauer H., Patel B., Robertson W., Donahue J., Cole J., Montgomery H., Schildwachter E., Booth J. [Combined laser/FLIR optics system]. Pat. 6,359,681 USA, G01B 11/26. United States Patent. – 19/03/2002.

6. Zverev V.A., Karpova G.V., Timoshchuk I.N. Telescopic lens with afocal double-mirror optical attachment. Journal of instrument engineering, 2013, vol. 56, no. 11, pp. 39‒47.

7. Puryayev D. Compact two-mirror schemes for telescopes with a fast spherical primary. Optical Engineering, 2000, vol. 39, no. 6, 6 p.

8. Vladimir Draganov, Daryl G. James. Compact telescope for free-space communications. International Symposium on Optical Science and Technology, 2002, vol. 4767, pp. 151‒158. DOI: 10.1117/12.468223

9. Milena Nikolic, Juan C. Miñano, P. Benítez, B. Narasimhan, J. Mendes-Lopes, P. Zamora, M. Buljan, D. Grabovickic. Design of compact optical systems using multichannel configurations. Proc. SPIE 9948. Novel Optical Systems Design and Optimization XIX. 99480M//29 September 2016, vol. 9948, 99480M 9 pp. DOI: 10.1117/12.2237641

10. Kozhevnikov D.A., Fiodоrtsev R.V., Silie A. Synthetic Aperture Orbital Telescope for Earth Remote Sensing Equipment. Devices and Methods of Measurements, 2018, vol. 9, no. 4, pp. 280–287.