Объектив коллиматора для испытательного стенда звездного датчика

(51) 02 9/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ создании изображения экрана монитора в бесконечности. Технический результат заключается в создании двухлинзового объектива коллиматора с вынесенным выходным зрачком, и увеличенным полем зрения равным 20 градусов (полный угол зрения), выходной зрачок которого совпадает с входным зрачком контролируемого объектива. Предложен объектива коллиматора для испытательного стенда звездного датчика,включающий два компонента, первый из которых выполнен в виде отрицательного мениска, а второй компонент - одиночный положительный мениск,причем отрицательный мениск, выполнен из одиночной линзы и обращен к объекту выпуклой стороной,второй компонент линза менискообразной формы - также обращен к объекту выпуклой стороной, при этом обе линзы разнесены на расстояние 30-45 мм, а относительное отверстие объектива коллиматора выполнено относительно маленьким 1/100. Кроме того, обе линзы изготовлены из разных марок стекла. Первая линза,изготовлена из тяжелого флинта, а вторая - из простого крона.(72) Алипбаев Куаныш Арингожаевич Ахмедов Даулет Шафигуллович Байсеркенов Мадияр Нуркалымович Бопеев Тимур Маратович Елубаев Сулеймен Актлеуович Михайленко Дарья Леонтьевна Молдабеков Мейрбек Молдабекович Сухенко Анна Сергеевна Шамро Александр Валентинович(73) Дочернее Товарищество с ограниченной ответственностью Институт космической техники и технологий(54) ОБЪЕКТИВ КОЛЛИМАТОРА ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ЗВЕЗДНОГО ДАТЧИКА(57) Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано в испытательном стенде для отладки программного математического обеспечения (ПМО) звездного датчика, а так же для испытания оптической системы звездного датчика на предмет качества изображения, в частности при Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам, и может быть использовано в испытательном стенде для отладки программного математического обеспечения (ПМО) звездного датчика, а так же для испытания оптической системы звездного датчика на предмет качества изображения, в частности при создании изображения экрана монитора в бесконечности. Для отработки программного обеспечения звездного датчика космического аппарата (КА) необходимо поместить датчик в условия близкие к рабочим. Запуск звездного датчика в космос для этого слишком дорогая процедура, а использование реального неба на земле создает определенные неудобства, кроме того, потребуется изготовление поворотного устройства, имитирующего развороты КА вокруг центра масс. Чтобы избежать этой сложной и дорогостоящей процедуры был разработан испытательный стенд, в котором звездное небо эмулируется на экране монитора, а перемещения КА эмулируется динамическим изменением картинки на мониторе. Для переноса этой картинки в бесконечность необходим коллиматор. Из уровня техники известен широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком (Патентна изобретение, 2132561 кл. 02 9/20, 02 11/04, 02 11/12, 02 11/20, 02 11/30, 1999),включающий два компонента, первый из которых выполнен в виде положительного мениска,обращенного вогнутостью к пространству предметов, а второй - положительная линза,склеенная из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска. Причем в первом компоненте отношение суммы толщины мениска и расстояния до входного зрачка к абсолютным величинам первого и второго радиусов соответственно находится в пределах от 0,80 до 0,78, а фокусное расстояние второго склеенного компонента равно по абсолютной величине фокусному расстоянию отрицательного мениска. Кроме того, первый мениск может быть выполнен склеенным из двух менисков с радиусами одного знака или из двух линз - двояковогнутой и двояковыпуклой. Второй компонент может быть выполнен из склеенного триплета, в котором две двояковыпуклые линзы по краям, а в середине отрицательная двояковогнутая линза или по краям отрицательные мениски,а в середине двояковыпуклая линза. Изобретение позволяет увеличить угол поля зрения при сохранении высокого разрешения и относительного отверстия, а также обеспечить высокую степень коррекции аберраций. Недостаток известного широкоугольного объектива заключается в том, что имеет в своем составе склейку, и как следствие дополнительную линзу, что делает его менее технологичным. Известен также объектив коллиматора (А.с.на изобретение 1527603, кл. 02 9/14, 1989),содержащий три линзы, первая из которых положительная, вторая - двояковогнутая, третья 2 двояковыпуклая, при этом первая линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью к предмету, а параметры объектива выбраны из соотношений 2054250,03-0,8120,1, где 4 - радиус кривизны второй поверхности второй линзы 5 - радиус кривизны первой поверхности третьей линзы- расстояние от первой поверхности первой линзы до второй поверхности третьей линзы 1, 2 приведенная оптическая сила первой и второй линз соответственно Известный коллиматор используется при контроле высококачественных длиннофокусных объективов. Однако, этот объектив коллиматора так же имеет дополнительный компонент, что так же снижает его технологичность. Известный трехлинзовый объектив с вынесенным входным зрачком (Патент , на изобретения 2281535, кл. 02 9/06, 02 11/02,2006) состоит из двух компонентов, первый из которых по ходу лучей - одиночная первая двояковыпуклая линза, а второй компонент двухлинзовый,склеенный из второй двояковыпуклой линзы и отрицательной линзы,причем первая и вторая двояковыпуклые линзы выполнены из одной марки оптического материала,при этом отрицательная линза выполнена в виде мениска,обращенного выпуклостью к изображению, и, кроме того, имеют место соотношения 123 1,73/42,7 0,014/50,3 1,56121,63 1,74731,9,где 1 ,2 ,3 ,4 ,5 - радиусы первой, второй,третьей,четвертой и пятой оптических поверхностей по ходу лучей 1, 2, 3 - показатели преломления материала первой, второй и третьей линз. Такое исполнение обусловило повышение технологичности объектива и улучшение качества изображения. Тем не менее, в своем составе объектив имеет склейку, и дополнительную линзу,что делает его не достаточно технологичным. Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является широкоугольный объектив коллиматора (А.с.на изобретение, 357542, кл. 02 9/06, 1972),который состоит из двух компонентов, первый из которых выполнен в виде склеенного из двух линз с близкими показателями преломления отрицательного мениска с толщиной 5-10 фокусного расстояния всего объектива, второй компонент - одиночный положительный мениск,наружные поверхности менисков обращены вогнутостью к предмету, а показатели преломления всех линз объектива лежат в пределах от 1,6 до 1,7. Данный объектив используется для проведения проверок и исследований визуальных оптических систем, работающих в пределах большого угла поля зрения, однако ближайший аналог, также как и известные вышеописанные объективы, имеет склейку и дополнительную линзу, что также не делает его технологичным. Задачей полезной модели является создание высокотехнологичного объектива коллиматора без склеек, с увеличенным полем зрения, простого в изготовлении, сборке и юстировке, обладающего универсальностью, и сравнительно невысокой стоимостью, который может использоваться для испытания и отладки ПМО звездного датчика, а так же для испытания оптической системы звездного датчика на предмет качества изображения. Технический результат заключается в создании высокотехнологичного двухлинзового объектива коллиматора без склеек с вынесенным выходным зрачком, и увеличенным полем зрения не менее 20 градусов (полный угол зрения), выходной зрачок которого совпадает с входным зрачком контролируемого объектива. Указанный технический результат в предлагаемой полезной модели достигается тем, что в объективе коллиматора, включающем два компонента, первый из которых выполнен в виде отрицательного мениска второй компонент одиночный положительный мениск, согласно предлагаемой полезной модели указанный отрицательный мениск, выполнен из одиночной линзы и обращен к объекту выпуклой стороной,второй компонент - линза менискообразной формы также обращен к объекту выпуклой стороной. Кроме того, в отличие от известного объектива,указанный технический результат, достигается тем,что обе линзы изготовлены из разных марок стекла. Первая линза, изготовлена из тяжелого флинта, а вторая - из простого крона. Применение указанных марок стекла обеспечивает хороший аберрационный расчет объектива и, как следствие, высокое качество изображения, близкое к дифракционному без использования дополнительных линз. При этом обе линзы разнесены на расстояние 30-45 мм. Указанный результат достигается также тем, что относительное отверстие объектива коллиматора выполнен относительно маленьким 1/100, что минимизирует влияние аберраций системы на качество изображения, особенно по полю. Для лучшего понимания сущность предлагаемой полезной модели поясняется с привлечением графических материалов, где на фиг.1 представлена оптическая схема предложенного объектива, на фиг.2 - полихроматические точечные диаграммы в зависимости от угла поля зрения и дефокусировки. Объектив коллиматора для испытательного стенда звездного датчика (фиг.1) включает линзу 1 отрицательного мениска из тяжелого флинта и линзу 2 положительного мениска из крона, которые расположены выпуклой стороной к объекту,размещенному в переднем фокусе объектива. Выходной зрачок вынесен на 200 мм для возможности совмещения с входным зрачком контролируемого объектива. Оптическая система обладает диаметром выходного зрачка 20 мм и фокусным расстоянием 2000 мм, рассчитана на спектральный диапазон 300700 нм. Размер пятна рассеяния по всему полю зрения полностью укладывается в диск Эри, то есть качество изображения по всему полю дифракционное (фиг.2). Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. В передней фокальной плоскости коллиматора,вмонтированного в испытательный стенд звездного датчика,располагают экран монитора с изображением участка звздного неба. Для полноценной работы звездного датчика совместно с коллиматором по всему полю, выходной зрачок коллиматора совпадает с входным зрачком объектива испытуемого звездного датчика. Для этого объектив коллиматора рассчитан с выносом выходного зрачка на 200 мм от последней поверхности. Коллиматор создат изображение участка звездного неба, отображенного на экране в бесконечности, сохраняя его без искажений. При этом объектив звездного датчика строит изображение участка звздного неба, полученного с монитора на приемнике излучения. Для согласования с размером пикселя на мониторе(пиксель должен иметь угловой размер не больше,или, в крайнем случае, не сильно превышать угловой размер диска Эри при диаметре входного зрачка 20 мм), коллиматор имеет фокусное расстояние не меньше двух метров. При фокусном расстоянии больше двух метров пришлось бы использовать экран значительно большего размера,что неизбежно привело бы к увеличению размеров испытательного стенда. Сравнительный анализ показал, что заявленная полезная модель отличается от известных рядом преимуществ- минимально возможное для подобного объектива количество линз,отсутствие асферических поверхностей упрощает изготовление,сборку и юстировку и удешевляет производство- система малочувствительна к погрешностям изготовления формы элементов и их взаимному расположению. В связи с этим снижается стоимость ее производства- отсутствие в предлагаемой системе склеек также упрощает и снижает стоимость производства,при этом улучшаются ее эксплуатационные свойства, такие как повышенная стойкость к перепадам температуры. Склеенные линзы из разных марок стекла из-за разности температурных коэффициентов линейного расширения (КЛ) могут коробиться, а в исключительных случаях могут расклеиться и даже разрушиться. Эксперименты показали, что размер пятна рассеяния по всему полю зрения полностью укладывается в диск Эри, то есть качество изображения по всему полю дифракционное. 3 Реализация предлагаемого объектива коллиматора для испытательного стенда звездного датчика не вызывает затруднений, так как отсутствие асферических поверхностей упрощает изготовление, сборку и юстировку изделия. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Объектив коллиматора для испытательного стенда звездного датчика, содержащий два компонента, первый из которых выполнен в виде отрицательного мениска, а второй компонент одиночный положительный, отличающийся тем, 4 что отрицательный мениск, выполнен из одиночной линзы и обращен к объекту выпуклой стороной,второй компонент, линза менискообразной формы,также обращен к объекту выпуклой стороной, при этом обе линзы разнесены на расстояние 30-45 мм, а относительное отверстие объектива коллиматора выполнено относительно маленьким 1/100. 2. Объектив коллиматора для испытательного стенда звездного датчика по п.1, отличающийся тем, что обе линзы изготовлены из разных марок стекла, первая линза, изготовлена из тяжелого флинта, а вторая - из простого крона.