satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2017-16-5-407-414sat-1059Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGАФОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, СОСТАВЛЕННЫЕ ИЗ ЗЕРКАЛЬНЫХ ВНЕОСЕВЫХ ПАРАБОЛОИДОВAFOCAL SYSTEMS FORMED BY MIRROR OFF-AXIS PARABOLOIDАртюхинаН. К.ArtiukhinaN. K.

Доктор технических наук, доцент 

Адрес для переписки: Артюхина Нина Константиновна – Белорусский национальный технический университет, ул. Я. Коласа, 22, 220013, г. Минск. Тел.: +375 17 292-62-86   ltt@bntu.by

 

Address for correspondence: Artiukhina Nina K. – Belarusian National Technical University, 22 Ya. Kolasа str., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 292-62-86    ltt@bntu.by

ltt@bntu.byПеросаЛ.PerosaL. A.СамбраноЛ.ZambranoL.

Merida

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusБелорусский национальный технический университет; Университет ЯкамбуВенесуэлаBelarusian National Technical Universityж Universidad YacambuVenezuela, Bolivarian Republic ofБелорусский национальный технический университет; Андский университетВенесуэлаBelarusian National Technical Universityж Universidad de Los AndesVenezuela, Bolivarian Republic of201705102017165407414Copyright © Артюхина Н.К., Пероса Л.A., Самбрано Л., 20172017Артюхина Н.К., Пероса Л., Самбрано Л.Artiukhina N.K., Perosa L.A., Zambrano L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/1059

Зеркальные системы позволяют сократить габариты, уменьшить массу прибора при сохранении высокой входной апертуры и обладают рядом других преимуществ. Существенный их недостаток – центральное экранирование входного зрачка – приводит к снижению качества изображения. Проведено исследование афокальных систем, составленных из эксцентрично вырезанных зеркальных параболоидов (внеосевых зеркал), в которых апертурная диафрагма смещена в меридиональной плоскости на определенную величину, а центральная точка поля находится на оптической оси. Базовыми схемами (модулями) для данных композиций приняты канонические системы Мерсенна. Рассмотрены два типа таких систем: видимые увеличения Г > 0 и Г < 0. Составлены алгоритмы расчета центрированных афокальных систем с двумя и четырьмя отражениями, которые свободны от сферической аберрации, комы, астигматизма при расположении входного зрачка в совмещенных фокальных плоскостях всех параболических зеркал. В квартпараболической схеме из трех зеркал, являющейся сочетанием двух классических телескопических систем Мерсенна, исправлена дополнительно аберрация кривизны изображения. Представлены схемы и результаты расчета. Рассмотрены двухзеркальные схемы с неэкранированным входным зрачком, в которых вся система остается центрированной, а апертурная диафрагма децентрирована на расстояние Cm, соизмеримое с размером диафрагмы. Исследованы афокальные схемы с четырьмя отражениями из внеосевых зеркальных параболоидов и составлен алгоритм расчета, получены формулы связи для сочетания канонических афокальных систем из двух зеркал. Проведено компьютерное моделирование в программных средах Opal и Zemax, составлено основное (базовое) описание двумя альтернативными способами для класса децентрированных систем, получены аберрационные характеристики и схемные решения для телескопических систем без экранирования с двумя и четырьмя отражениями. В целях практического применения в качестве насадок к регистрирующим объективам интерес представляют двухзеркальные афокальные системы небольших кратностей.

Mirror systems make it possible to reduce device dimensions and its weight while preserving high input aperture and these systems are characterized by a number of other advantages. Their significant disadvantage is a central screening of an entrance pupil that leads to lower image quality. The paper contains description of the investigations on afocal systems formed by eccentrically cut-out mirror paraboloids (off-axis mirrors) where aperture diaphragm is displaced in the meridian plane for a defined value and a central field point is located on the optical axis. The canonic Mersenne systems are accepted as base schemas (modules) for these compositions. The paper considers two types of such systems: visible increases – Г > 0 and Г < 0. Algorithms for calculation of centered afocal systems with two and four reflections have been written in the paper and the systems are free from spherical aberration, coma, astigmatism when an input pupil is located in superimposed focal planes of all parabolic mirrors. An aberration in curvature image has been additionally corrected in three-mirror quart-parabolic scheme which is a combination of two classical telescopic Mersenne systems. The paper presents schemes and calculation results. Two-mirror schemes with non-screened input pupil have been studied in the paper and in this case all the system remains centered and an aperture diaphragm is decentered for the distance Cm which is commensurable with the diaphragm size. The paper contains description of the investigated afocal schemes with four reflections from off-axis mirror paraboloids, a prepared algorithm for calculation, the obtained formulas for making combination of canonic afocal systems formed by two mirrors. Computer simulation in software environment Opal and Zemax has been carried out in the paper. Basic description has been prepared while using two alternative methods for the class of decentered systems and aberration characteristics and schematic solutions for telescopic systems without screening with two and four reflections have been ob-tained in the paper. Two-mirror afocal systems with low-powered magnification are of some interest for practical application as accessories for registering object lenses. 

оптическая техниказеркальные системыафокальная схемакоррекция аберрациикачество изображенияoptical equipmentmirror systemsafocal schemeaberration correctionimage qualityReferencesLa Roche, U. The K400 Super Theodolitе / U. La Roche // Optical Engineering. 1968. Vol. 7, No 1. P. 23.La Roche U. (1968). The K400 Super Theodolit?. Optical Engineering, 7 (1), 23. DOI: 10.1117/12.7971497Грамматин, А. П. Трехзеркальный объектив телескопа без экранирования / А. П. Грамматин, А. А. Сычева // Оптический журнал. 2010. Т. 77, № 1. С. 24–27.Grammatin A. P. Sycheva A. A. (2010). Three-mirror telescope objective without screening. Journal of Optical Technology, 77 (1), 18-20. DOI: 10.1364/jot.77.000018Марешаль, А. Структура оптического изображения / А. Марешаль, М. Франсон. М.: Мир, 1964. 295 с.Mareshal A., Franson M. (1960). Diffraction Structure des images. Paris. 204.Игнатовский, В. С. Элементарные основы теории оптических приборов / В. С. Игнатовский. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), Ива, 2001. 202 с.Ignatovsky V. S. (2001). Elementary fundamentals on theory for optical devices. Saint-Petersburg, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics; Publishing House “Iva”. 202 (in Russian).Cox, A. System of Optical Design / A. Cox. London: The Focal Press, 1967. 665 p.Cox A. (1967). System of Optical Design. London, The Focal Press. 665.Трубко, С. И. Методика расчета зеркальных телескопов без центрального экранирования / С. И. Трубко, Г. И. Лебедева, А. А. Гарбуль // Оптико-механическая промышленность. 1988. № 2. С. 21–23.Trubko S. I., Lebedeva G. I., Garbul A. A. (1988). Methodology for calculation of mirror telescope without central screening. Optiko-mekhanicheskaya promyshlennost [Optomechanical Industry], (2), 21–23 (in Russian).Губель, Н. Н. Аберрации децентрированных систем / Н. Н. Губель. Л.: Машиностроение, 1975. 272 с.Gubel N. N. (1975). Aberrations of decentered systems. Leningrad, Mashinostroyenie Publ. 272 (in Russian).Цуканова, Г. И. Длиннофокусные светосильные трехзеркальные объективы / Г. И. Цуканова // Известия вузов СССР. Приборостроение. 1971. T. 14, № 2. С. 92–95.Tsukanova G. I. (1971). Long-focus high-power three-mirror objectives. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy SSSR. Priborostroenie [Journal of Instrument Engineering], 14 (2), 92–95 (in Russian).Пейсахсон, И. В. Оптика спектральных приборов на рубеже столетий / И. В. Пейсахсон // Оптический журнал. 2002. Т. 69, № 1. C. 21–35.Peysakhson I. V. (2002). The optics of spectral devices at the turn of the century. Journal of Optical Technology, 69 (1), 17-41. DOI: 10.1364/jot.69.000017Русинов, М. М. Несферические поверхности в оптике: расчет, изготовление и контроль / М. М. Русинов. изд. 4-е. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. 296 с.Rusinov M. M. (2011). Non-spheric surface in optics: calculation, manufacturing and control. 4th Ed. Moscow, LIBROKOM Publ. 296 (in Russian).Артюхина, Н. К. Квартпараболическая система из трех зеркал / Н. К. Артюхина, Л. Пероса, Л. Самбрано // Приборостроение-2015: cб. тр. 8-й междунар. науч.-техн. конф., г. Минск, 25–27 нояб. 2015 г. Минск: БНТУ, 2015. С. 165–167.Artioukhina N. K., Perosa L., Sambrano L. (2015). Quart-parabolic system with three-mirrors. Priborostroenie-2015: cb. tr. 8-i mezhdunar. nauch.-tekhn. konf., g. Minsk, 25–27 noyab. 2015 g. [Instrumentation-2015. Proceedings of 8th International Scientific and Research Conference, Minsk, November 25–27]. Minsk, BNTU, 165–167 (in Russian).Артюхина, Н. К. Теория, методы проектирования и расчет зеркальных систем / Н. К. Артюхина. Минск: БНТУ, 2009. 309 с.Artiukhina N. K. (2009). Theory, methods for designing and calculation of mirror systems. Minsk, Belarusian National Technical University. 309 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.