Телескоп-целостат Колоса-Чайковского

/ преимущественно В ПЛОСКОСТИ меридиана ДЛЯ ВЫСОКИХ ШИрОТ, И первого вертикала ДЛЯ НИЗКИХ, И плоское зеркало, расположенное перед ОКуЛЯрОМ С центром на его оптической ОСИ В средстве поворота ОСИ зрения И обращенное отражающей поверхностью К ТОМУ же объекту наблюдений, ПрИ ЭТОМ первая неподвижная ОСЬ средства поворота выполнена С ВОЗМОЖНОСТЬЮ установки ее как вертикально - ОСЬ азимутов ДЛЯ ГОРИЗОНТЗЛЬНОЙ системы координат, так И параллельно ПОЛЯрНОЙ ОСИ - ОСЬ ПрЯМЫХ восхождений ДЛЯ экваториальНОЙ системы, а установка первой ОСИ В избранное положение ВОЗМОЖНЗ как наклоном К оптической ОСИ окуляра, так И ПОВОрОТОМ ОКОЛО нее на ВТОрОМ основании, установленном перед ПЛОСКИМ зеркалом И ОКуЛЯрОМ, на фОКуСНОМ расстоянии объектива установлен ОбЪектив С центром на оптической ОСИ окуляра, отражающей поверхностью К ПЛОСКОМу зеркалу И ОКуЛЯру так, ЧТО оптические ОСИ изображения, объектива И окуляра, а также ИХ фокальнь 1 е поверхности совмещены ДЛЯ наблюдений В главном фокусе объектива, а ДЛЯ наблюдений В бОКОВОМ фокусе поверхность изображения горизонтальным ПОВОрОТОМ ОПтической ОСИ объектива ОКОЛО его центра перемещается за край ПЛОСКОГО зеркала И наблюдается В ОТКрЫТОМ пространстве на фоне поверхности объектива, ПрИ ЭТОМ ОСЬ объектива является биссектрисой угла УКЗЗЗННОГО перемещения ОСИ изображения.Предлагаемое Изобретение относится К астрономическому приборостроению, а именно К телескопостроению, И предназначено, преимущественно, для астрономических наблюдений в экспедиции и стационаре.Среди аналогов предлагаемого изобретения с неподвижным изображением наблюдаемого объекта и неподвижным окуляром, сопоставимых по диаметру объектива, 375 мм,известен солнечный телескоп с целостатом АТБ-3 1. Он расположен в башне, на верхней площадке которой находится целостатная установка из двух плоских зеркал диаметром 440 мм, направляющая отражение солнечного света по оси башни вниз к третьему вогнутому зеркалу - объективу. Построенное объективом изображение Солнца подается вверх к четвертому плоскому внеосевому зеркалу в средней части башни, затем вниз, к пятому плоскому зеркалу, и от него - по горизонтали, к неподвижному окуляру или иному приемнику изображений. Оптическая схема и конструкция этого аналога для экспедиционных условий неприемлемы из-за сложности, большого веса, 3600 кг, и числа последовательных отражений.Известен еще один аналог по признаку - неподвижные изображения и окуляр. Это телескоп широкого назначения на монтировке кудэ (франц. ломаный) 2, в котором изображение объекта подается к неподвижному приемнику изображений, расположенному в нижнем конце полой полярной оси, с помощью оптических шарниров, что неприемлемо из-за наклона и вращения полярной оси, сложности схемы, большого веса и числа зеркал.Ближайшим аналогом по признакам - число и тип зеркал, вогнутое и плоское, общий вес, около 20 кг, по оптической схеме, возможность использования в экспедиции - является телескоп системы Ньютона на немецкой монтировке ТАЛ-1 Мицар 3. Он содержит объектив в форме вогнутого зеркала диаметром 110 мм, закрепленный в нижней части трубы, плоское диагональное зеркало и окуляр, жестко закрепленные в верхней части трубы,а также средство для поворота оси зрения (трубы) около двух взаимно перпендикулярных непересекающихся осей. При наблюдении излучение объекта поступает к объективу в нижнем конце трубы, а построенное им изображение подается к плоскому зеркалу в верхней части трубы и отражается под прямым углом к окуляру, закрепленному на боковой поверхности трубы. Применение телескопа ограничено по широте места наблюдения от 30 до 60. У него мал диаметр объектива, подвижна оптическая ось и окуляр, несовпадение оси трубы и оси ее поворота создает опрокидывающий момент и необходимость противовеса трубе. Этот аналог, по мнению авторов, следует принять в качестве ближайшего аналога.Концепция экспедиционного телескопа требует такой схемы и такой конструкции, которые позволят расширить функциональные возможности, повысить удобство наблюдения, уменьшить вес и затраты на изготовление и эксплуатацию телескопа, т.е. схемы и конструкции, повышающей эффективность экспедиционного и мощность стационарного телескопа. Для получения такой схемы и конструкции предлагаются следующие изменения в схеме ближайшего аналога1. Отказаться от традиционной трубы. Оптические детали, размещенные в трубе, распределить на два узла узел окуляра с плоским зеркалом и узел объектива, жестко связав их поверхностью площадки наблюдения. Оптические оси обоих узлов расположить горизонтально на равной высоте над опорной плоскостью.2. Окуляр поместить за плоским зеркалом так, чтобы его горизонтальная оптическая ось проходила через центр зеркала.3. Плоское зеркало увеличить в диаметре, выполнить с центральным отверстием, разместить между окуляром и объективом, обратить отражающей поверхностью к объекту наблюдения и объективу, закрепить на платформе карданного подвеса так, чтобы центр тяжести подвеса был в точке пересечения осей подвеса с возможностью поворота около этих двух взаимно перпендикулярных и пересекающихся осей. Первую из осей, неподвижную, с возможностью установки параллельно полярной оси, для наблюдения в экваториальной системе координат, и вертикально, для горизонтальной системы, как наклоном к оптической оси - для наблюдения в плоскости меридиана, так и поворотом около нее - в плоскости первого вертикала. А вторая ось при этом займет место в плоскости небесного экватора или горизонта, соответственно.Сущность изобретения выражается совокупностью существенных отличительных признаков и технических результатов. Результат, который должен быть получен при осуществлении изобретения, определяется следующей совокупностью выполняемых им требований1. Расширение разнообразия объектов и методов наблюдения.4. Окуляр и неподвижное изображение в главном или боковом фокусах объектива.5. Неподвижная горизонтальная оптическая ось окулярного блока, произвольно ориентированная по азимуту.6. Наблюдения на всех географических широтах.8. Объектив диаметром не менее 320 мм и произвольным фокусным расстоянием9. Общий вес не более 20 кг.11. Улучшение условий для наблюдения.12. Обзор не менее половины видимой части небесной сферы.Совокупность существенных отличительных признаков и технических результатов,находящихся с ними в причинно-следственной связи, включаетРаздельное исполнение окулярного узла и узла объектива, с жесткой взаимной связью их через поверхность площадки наблюдения, позволяет исключить из конструкции телескопа трубу, все узлы и детали, несущие ее уменьшить на два порядка вес прибора исключить зависимость веса от фокусного расстояния объектива (треб. 9), использовать сменные объективы произвольного фокусного расстояния, подбирая их в соответствии с широким разнообразием объектов наблюдения (треб. 1), сделать оптическую ось преимущественно горизонтальной (треб. 5), вести наблюдения в главном или боковом фокусе объектива с окулярами Галилея, Кеплера или невооруженным глазом в широком поле изображения сбоку от плоского зеркала (треб. 4).Перенос окуляра с боковой поверхности трубы (в схеме Ньютона) в главный (прямой) фокус объектива за плоским зеркалом позволяет улучщить оптические свойства инструмента создать комфортные условия наблюдателю для наблюдения сидя перед окуляром использовать опору окулярного узла в качестве письменного стола защитить наблюдателя от встречной засветки (треб. 11)Использование карданного подвеса в качестве средства для поворота оси зрения около двух взаимно перпендикулярных и пересекающихся осей с возможностью поворота его около оптической оси позволяет установить неподвижную ось подвеса параллельно полярной оси не только наклоном ее к оптической оси что нужно для наблюдений в меридиане, но и поворотом около оптической оси, что нужно в первом вертикале (треб. 7) на высоких и низких щиротах (треб. 6) наблюдать в экваториальной и горизонтальной системах координат при произвольной ориентации неподвижной оптической оси окуляра по азимуту (треб. 2, 5) исключить массивный противовес, необходимый в монтировках кудэ и немецкой для уравновешивания трубы, громоздкие подшипники, необходимые для ее поворота (треб. 9) упростить сборку и разборку телескопа в стационарных и экспедиционных условиях (треб. 10).Фиг. 1. Узел окуляра. Общий вид. Фотография первого опытного образца, собранного для наблюдений в меридиане, на щироте 54 в экваториальной системе координат.Фиг. 3. Оптико-механическая схема 1 - объектив 2 - снование объектива 3 - неподвижная оптическая ось окуляра 4 - плоскость небесного экватора 5 - оптическая ось плоского зеркала 6 - плоское зеркало на платформе карданного подвеса 7 - ось зрения 8 ось склонений (вид с торца, точка) 9 - кольцо карданного подвеса 10 - полярная ось 11 основание окуляра 12 - окуляр.Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, приведены на основе первого опытного образца телескопа, собранного для наблюдений в меридиане на щироте 54, в экваториальной системе координат.Телескоп-целостат составляют два узла узел объектива и узел окуляра, жестко связанные плоскостью площадки наблюдения, расположенные в плоскости меридиана, местного или произвольного, проходящей через точки юга, зенита, севера, преимущественно для наблюдений на высоких географических щиротах, выще 45, в южном или северном направлении или в плоскости первого вертикала, проходящей через точки востока, зенита,запада, преимущественно для низких щирот в восточном или западном направлении на расстоянии, соответствующем фокусному расстоянию выбранного объектива, так, чтобы оптические оси двух узлов и ось изображения совместились и образовали горизонтальную неподвижную оптическую ось телескопа на высоте 450 мм над опорной плоскостью. Это позволит использовать в качестве опорной плоскости поверхность письменного стола.Узел окуляра (фиг. 1) содержит основание, окуляр, средство поворота оси зрения и плоское зеркало.Основание окуляра выполнено из двух жестко соединенных пластин, образующих в плане Т-образную фигуру.Окуляр выполнен в форме отрезка круглой трубы, с возможностью размещения в его фокальной плоскости необходимого приемника изображений. Ось окулярной трубы расположена горизонтально на высоте 450 мм и параллельно ножке Т-образной фигуры основания.Средство поворота оси зрения выполнено в форме карданного подвеса, охвать 1 вающего окулярную трубу, с возможностью поворота его около оптической оси окуляра, и поворота оси зрения около двух взаимно перпендикулярных и пересекающихся осей, первая из которых (неподвижная) устанавливается параллельно полярной оси как наклоном к оптической оси, так и поворотом около нее, и выполняет функцию оси прямых восхождений или вертикально, - оси азимутов, а вторая (подвижная) располагается, при этом, в плоско 4сти небесного экватора или горизонта И выполняет функцию оси склонений или оси вь 1 сот, соответственно.Плоское зеркало, диаметром больше, чем диаметр объектива, чтобы компенсировать уменьшение его видимого размера при повороте на 45 к оптической оси, выполнено с Центральным отверстием и закреплено на платформе карданного подвеса так, чтобы его Центр тяжести был в точке пересечения взаимно перпендикулярных и пересекающихся осей.Основание выполнено из двух жестко соединенных пластин, образующих в плане Т-образную фигуру, и опирается на горизонтальную плоскость площадки наблюдения тремя опорными выступами, сформированными у внешнего края пластин.Объектив выполнен в форме вогнутого зеркала диаметром 320 и расчетным фокусным расстоянием 3437 мм, что соответствует 1-ой угловой минуте в 1-ом мм поля зрения окуляра. Он закреплен в глубине конструкции основания параллельно перекладине Т-образной фигуры так, что Центр тяжести зеркала расположен над пересечением медиан треугольника, образованного точками опоры основания, отражающей поверхностью к основанию окуляра и оптической осью на высоте 450 мм. Общий вес опытного образца телескопа 11,8 кг, в котором вес зеркал объектива - 1,35 кг, плоского зеркала - 1,85 кг, т.е. 27 . Сменный объектив, с фокусным расстоянием 15800 мм, того же диаметра.Световой поток 7, от наблюдаемого объекта (подвижная ось зрения), отражается плоским зеркалом 6 к объективу 1 (неподвижная оптическая ось окуляра), а построенное объективом изображение (подвижная ось изображений) подается, сквозь Центральное отверстие в плоском зеркале 6, в главный фокус, к визуальному окуляру 12, или на рабочую поверхность иного приемника изображения, либо за край плоского зеркала, в зону бокового фокуса.Для контроля точности совмещения оптической оси окуляра и объектива, а также для приведения системы отсчета координат оси зрения 7 в соответствие с географическими координатами площадки наблюдения, датой и временем, плоское зеркало 6 поворачивают в осях 8 и 10 карданного подвеса так, чтобы его оптическая ось 5 совместилась с оптической осью объектива 3. При этом телескоп образует схему автоколлиматора, и в поле зрения окуляра 12 появляется изображение креста нитей, расположенного в фокальной плоскости окуляра. Поворотом зеркала добиваются совмещения изображения с реальным крестом и вводят в систему отсчета нужные значения координат.При наблюдении в главном фокусе выбор объекта наблюдения выполняют поворотом плоского зеркала 6 так, чтобы его оптическая ось 5 стала биссектрисой угла между осью зрения 7 и оптической осью телескопа 3, иначе говоря, выбирают его, наблюдая небо в плоском зеркале, сидя перед ним так, чтобы глаз наблюдателя располагался на оптической оси, которая доступна наблюдателю в пространстве между объективом и плоским зеркалом, то есть глядя с точки зрения объектива, а затем поворотом плоского зеркала приводят выбранный объект на эту ось, то есть в Центральное отверстие плоского зеркала.Для наблюдений в боковом фокусе фокальная поверхность изображения горизонтальным поворотом оптической оси объектива около его Центра перемещается за край плоского зеркала и наблюдается в открытом пространстве на фоне поверхности объектива, при этом оптическая ось объектива является биссектрисой угла указанного поворота оси изображения. В предфокальной зоне оси изображения оно является прямым и наблюдается невооруженным глазом или с помощью вогнутой линзы, фокусировка не требуется, масштаб увеличения возрастает с приближением наблюдателя к фокальной поверхности объектива(оптическая система Галилея). Фокальное изображение наблюдается из зафокальной зоны с помощью выпуклой линзы и является перевернутым (оптическая система Кеплера), необходима тщательная фокусировка перемещением окуляра, масштаб увеличения расчетный, определяется кратностью окуляра.