СВЕТОСИЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 1997 года по МПК G02B17/08 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно, к классу зеркально-линзовых объектов и может быть использовано при создании многоканальных светосильных оптических систем.

Известны зеркально-линзовые объективы, содержащие первый компенсатор аберрации в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью к пространству предметов, кольцевое зеркало Манжена, вторичное зеркало и второй компенсатор аберраций [1]
Однако, конструкция объектива не позволяет получить высокое качество изображения при больших относительных отверстиях и полях зрения не менее 5-6^o.

Кроме того, объектив не позволяет организовать одновременное наблюдение одного и того же объекта в разных спектральных диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасного с помощью различных приемников изображения при одном и том же угловом поле с различным масштабом изображения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному объективу является зеркально-линзовый объектив [2] содержащий первый компенсатор аберраций, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью в сторону пространства предметов. кольцевое зеркало Манжена в виде мениска, с зеркальным покрытием на ее выпуклой поверхности, обращенной к пространству изображений, вторичное зеркало, обращенное выпуклой поверхностью в сторону пространства изображений и второй компенсатор аберраций в виде склейки отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений и двояковыпуклой линзы.

Данная конструкция не позволяет получить высококачественный светосильный объектив (при аналогичных угловых характеристиках), обеспечивающий одновременное наблюдение одного и того же объекта в 2-х и более спектральных диапазонах без существенного увеличения габаритов.

Целью изобретения является увеличение светосилы объектива при высоком уровне аберрационной коррекции и обеспечение возможности наблюдения одного и того же объекта в различных спектральных диапазонах без увеличения габаритов.

Эта цель достигается тем, что в известном объективе, содержащем первый компенсатор аберраций, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутой поверхностью в сторону пространства предметов, кольцевое зеркало Манжена в виде мениска, с зеркальным покрытием на ее выпуклой поверхности, обращенной к пространству изображений, вторичное зеркало, обращенное выпуклой поверхностью в сторону пространства изображений, и второй компенсатор аберраций в виде двухлинзовой склейки:
1. Первый компенсатор аберраций выполнен 3-х компонентным и дополнительно содержит кольцевую двояковыпуклую линзу и, на расстоянии (0,001-0,005) фокусного расстояния объектива, отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью, на которой нанесено вторичное зеркало, в сторону пространства изображений, причем оптическая сила 1-го компонента по модулю не превышает 0,03 Φ_об. где Φ_об. -оптическая сила объектива (1-го спектрального диапазона), а оптическая сила 3-х компонентного компенсатора равна (0,15-0,35) Φ_об..

Кроме того, второй компенсатор аберраций выполнен в виде склейки двояковыпуклой и двояковогнутой линз.

2. Профиль вогнутой поверхности мениска первого компенсатора определяется уравнением вида:
y₂ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + a₄x⁴ + a₅x⁵ 0,
где 4 x, y координаты по осям ox и oy;
a₁-a₅- коэффициенты.

3. Вогнутая поверхность мениска первого компенсатора разделена на три концентричных зоны, на среднюю из которых нанесено дихроичное покрытие, обеспечивающее преимущественное пропускание излучения 1-го спектрального диапазона и частичное отражение излучения 2-го спектрального диапазона, а на две других покрытие, отражающее излучения 2-го спектрального диапазона, причем вершинные радиусы поверхностей центральной и периферийных зон имеют различные значения; кроме того перед первым компенсатором установлено выпуклое кольцевое асферическое зеркало.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого объектива.

Объектив содержит последовательно расположенные по ходу луча 3-х компонентный компенсатор аберраций K₁, состоящий из мениска 1. обращенного вогнутостью в сторону пространства предметов, двояковыпуклой кольцевой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного выпуклой поверхностью, на которой нанесено вторичное зеркало 5, в сторону пространства изображений зеркала Манжена 4 в виде мениска, с зеркальным покрытием на его выпуклой поверхности, обращенной к пространству изображений и второго компенсатора аберраций K₂ в виде склейки двояковыпуклой и двояковогнутой линз (линзы 6 и 7 соответственно).

На фиг. 2 представлена вогнутая поверхность мениска 1, разбитая на три концентричных зоны, на среднюю из которых (зона 2) нанесено дихроичное покрытие, обеспечивающее преимущественное пропускание излучения 1-го спектрального диапазона и частичное отражение излучения 2-го спектрального диапазона, а на две других (зоны 1 и 3) покрытие, отражающее излучения 2-го спектрального диапазона, причем вершинные радиусы поверхностей центральной зоны (зоны 3) и периферийных зон (зоны 1 и 2) имеют различные значения. Для сопряжения поверхностей с зеркальными покрытиями (зоны 1 и 3) перед компенсатором K₁ установлено выпуклое кольцевое гиперболическое зеркало 8, в результате чего имеем трехзеркальную систему для формирования изображения 2-го спектрального диапазона.

Объектив работает следующим образом: часть светового потока через кольцевую зону вогнутой поверхности мениска 1 (зона 2 на фиг.2) проходит 3-х компонентный компенсатор, далее отразившись от линзы Манжена 4, попадает на вторичное зеркало, совмещенное с выпуклой поверхностью отрицательного мениска 3. После отражения от вторичного зеркала световой поток проходит через второй компенсатор K₂, который формирует изображение объектива наблюдения в плоскости установки приемника 1-го спектрального диапазона.

Другая часть светового потока, отразившись от периферийных кольцевых зон вогнутой поверхности мениска 1 (полностью от зоны 1 и частично от зоны 2 на фиг. 2) попадает на кольцевое гиперболическое зеркало 8. После отражения от зеркала 8 световой поток падает на центральную зону вогнутой поверхности мениска 1 (зона 3 на фиг. 2), которая в свою очередь формирует изображение в плоскости приемника 2-го спектрального диапазона, расположенного в отверстии гиперболического зеркала 8.

На фиг. 3 приведены конструктивные элементы одного из возможных вариантов двухканального светосильного зеркально-линзового объектива (1-я область спектра -0,4-1,1 мкм и 2-я область спектра 8,0-12,5 мкм). Объектив 1-го канала имеет следующие характеристики: f' 130 мм, геометрическое относительное отверстие 1: 1, 2ω 5^o. Оптическая сила мениска 1 на фиг.1 составляет величину, равную 0,002 v_об., а оптическая сила 1-го компенсатора аберраций K₁ равна 0,286 Φ_об, где Φ_об оптическая сила объектива 1-го канала. Характеристики объектива 2-го канала следующие: f'= -200 мм, относительно геометрическое отверстие 1:1, 2ω 5^o.

На фиг. 4 приведены частотно-контрастные характеристики двухканального светосильного зеркально-линзового объектива для первой и второй областей спектра.

Положительный эффект предлагаемой конструкции светосильного зеркально-линзового объектива заключается в том, что ее возможно использовать для создания компактных двух и многоканальных оптических систем.

Использование: при создании компактных многоканальных светосильных оптических систем. Сущность изобретения: зеркально-линзовый объектив содержит первый компенсатор, который включает в себя три компонента, а именно: мениск, обращенный вогнутой поверхностью к пространству предметов, оптическая сила которого по модулю не превышает 0,03 Φ_об. , где Φ_об - оптическая сила объектива, кольцевую двояковыпуклую линзу и на расстоянии 0,001-0,005 фокусного расстояния объектива, отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью, на которой нанесено вторичное зеркало, в сторону пространства изображений. Оптическая сила 3-х компонентного компенсатора лежит в пределах 0,15-0,35 Φ_об, кольцевое зеркало Манжена в виде мениска, с зеркальным покрытием на ее выпуклой поверхности, обращенной к пространству изображений, вторичное зеркало, обращенной выпуклой поверхностью в сторону пространства изображений, второй компенсатор аберраций в виде склейки двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Профиль вогнутой поверхности мениска первого компенсатора определяется уравнением вида y₂ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + a₄x⁴ + a₅x⁵ = 0, где x, y - координаты, a₁ - a₅- коэффициенты. Вогнутая поверхность мениска первого компенсатора разделена на три концентричных зоны, на среднюю из которых нанесено дихроичное покрытие, обеспечивающее преимущественное пропускание излучения 1-го спектрального диапазона и частичное отражение излучения 2-го спектрального диапазона, а на две других - покрытие, отражающее излучения 2-го спектрального диапазона, причем вершинные радиусы поверхностей центральной зоны и периферийных зон имеют различные значения. Кроме того, перед первым компенсатором установлено выпуклое кольцевое гиперболическое зеркало. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Светосильный зеркально-линзовый объектив, содержащий первый компенсатор аберраций, включающий мениск, обращенный вогнутостью к предмету, кольцевое зеркало Манжена, вторичное зеркало, обращенное выпуклой поверхностью к изображению, и второй компенсатор аберраций в виде двусклеенной линзы, отличающийся тем, что в первый компенсатор аберраций введены расположенные за мениском кольцевая двояковыпуклая линза и на расстоянии от нее, равном 0,001
0,005 фокусного расстояния объектива, отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью, на которой выполнено вторичное зеркало, к пространству изображений, причем оптическая сила первого мениска первого компенсатора по модулю не превышает 0,03Φ_об, где Φ_об - оптическая сила объектива, а оптическая сила всего первого компенсатора равна (0,15-0,35)Φ_об, при этом второй компенсатор аберраций выполнен в виде склейки из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. 2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что профиль вогнутой поверхности первого мениска первого компенсатора определяется уравнением вида
Y² + а₁X + а₂X² + а₃X³ + а₄X⁴ + а₅X⁵ 0,
где X, Y координаты по осям OX и OY соответственно координатной системы OXYZ, расположенной в вершине поверхности;
а₁ а₅ коэффициенты уравнения профиля поверхности. 3. Объектив по п.1, отличающийся тем, что вогнутая поверхность первого мениска первого компенсатора разделена на три концентричные зоны, на среднюю из которых нанесено дихроичное покрытие, обеспечивающее преимущественно пропускание излучения первого спектрального диапазона и частичное отражение излучения второго спектрального диапазона, а на две других покрытие, отражающее излучение второго спектрального диапазона, причем вершинные радиусы поверхностей центральной зоны и периферийных зон имеют различные значения, при этом перед первым компенсатором установлено выпуклое к пространству изображений кольцевое гиперболическое зеркало.