ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ ДЛЯ БЛИЖНЕЙ ИК - ОБЛАСТИ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G02B17/08 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к светосильным зеркально-линзовым объективам, используемым преимущественно для работы в оптико-электронных приборах.

Известен зеркально-линзовый объектив [1] содержащий склеенный двухлинзовый компенсатор в параллельном пучке лучей, на последней поверхности которого в центральной части нанесено зеркальное отражающее покрытие, две отражательные кольцеобразные менисковые линзы с зеркальным отражающим покрытием на второй поверхности второй линзы и трехлинзовый компенсатор в сходящемся пучке лучей вблизи поверхности изображения, состоящий из склеенных положительной и отрицательной линз и последней положительной линзы. Указанный объектив имеет сложную конструкцию и большую массу, так как состоит из пяти компонентов, два из которых двухлинзовые склеенные, а три компонента имеют диаметр, соизмеримый с диаметром главного зеркала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является объектив [2] (пример 1), содержащий двояковыпуклую линзу, на второй поверхности которой в центральной части нанесено зеркальное отражающее покрытие, которое является контрзеркалом, отрицательную менисковую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, имеющую на второй поверхности кольцеобразное отражающее покрытие, которое является главным зеркалом, и вторую двояковыпуклую линзу, склеенную с первой поверхностью отрицательной менисковой линзы. Указанный объектив используется в видимой области спектра излучения λ₁ - λ₂ 0,4358-0,706 мкм, при этом имеет неодинаковый размер аберрационных пятен, который на краю поля (2ω 10^o, 2у' 0,11 мм) почти в пять раз больше, чем для точки на оси (2у' 0,02 мм), а его светосила и угловое поле несколько ниже, чем у объектива аналога. Из расчета варианта объектива [2] для спектрального диапазона излучения (l₁ - λ₂ 0,680-0,920 мкм) следует, что размеры аберрационных пятен для точки на оси и для края поля различаются почти в три раза (при 2ω 0^o 2у' 0,03 мм, при 2ω 10^o 2у'= 0,09 мм).

Задача изобретения создание зеркально-линзового объектива для ближней ИК-области спектра излучения повышенного качества изображения по всему угловому полю и светосилы.

Технический результат заключается в достижении практически одинакового размера аберрационного пятна рассеяния в пределах всего углового поля при работе объектива в ближней ИК-области спектра излучения (l₁ - λ₂ 0,680-0,920 мкм), а также в повышении относительного отверстия зеркально-линзового объектива при увеличении величины углового поля.

Сущность изобретения заключается в том, что в зеркально-линзовый объектив для ближней ИК-области спектра излучения, содержащий по ходу лучей первую положительную линзу, на второй поверхности которой в центральной части нанесено зеркальное отражающее покрытие, являющееся контрзеркалом, отрицательную менисковую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, имеющую на второй поверхности кольцеобразное отражающее покрытие, которое является главным зеркалом, и вторую положительную линзу, склеенную с первой поверхностью отрицательной менисковой линзы, введен светофильтр, установленный после менисковой линзы, а оптическая сила компенсатора полевых аберраций, состоящего из cклейки, включающей в себя вторую положительную линзу и центральную часть менисковой линзы, выбирается из условий

при этом расстояние от контрзеркала до второй положительной линзы определяется из условия
d 0,43-0,46•f',
где Φ_к оптическая сила компенсатора полевых аберраций;
Φ_пл оптическая сила второй положительной линзы;
Φ_об оптическая сила объектива;
d расстояние от контрзеркала до второй положительной линзы;
f' заднее фокусное расстояние объектива.

В объективе первая положительная линза может быть выполнена выпукло-плоской, а контрзеркало плоским. Указанные положения линз и контрзеркала, их форма и оптическая сила компенсатора аберраций и второй положительной линзы позволяют добиться практически одинакового размера аберрационного пятна по всему угловому полю, а также повысить светосилу и увеличить величину углового поля объектива при сохранении качества изображения.

На чертеже представлена оптическая схема зеркально-линзового объектива.

Оптическая схема предлагаемого объектива состоит из первой положительной линзы 1, на вторую поверхность которой в центральной части нанесено зеркальное отражающее покрытие 2, выполняющее функцию контрзеркала, отрицательной менисковой линзы 3, обращенной вогнутостью к предмету, с кольцеобразным зеркальным отражающим слоем 4, нанесенным на ее вторую поверхность и выполняющим функцию главного зеркала, и второй положительной линзы 5, склеенной своей второй поверхностью с первой поверхностью отрицательной менисковой линзы 3, после которой установлен светофильтр 6. Буквой F' обозначено положение задней фокальной плоскости объектива.

В соответствии с предложенным решением был выполнен расчет двух конкретных вариантов зеркально-линзового объектива для ближней ИК-области спектра излучения. Данный объектив рассчитывался для спектрального интервала излучения λ₁ - λ₂ 0,680-0,920 мкм. Расчетная длина волны λ_o 0,820 мкм.

Первый вариант зеркально-линзового объектива имеет следующие конструктивные параметры.

В этом примере заднее фокусное расстояние объектива f' 120,12 мм и его относительное отверстие D/f' 1,0:1,2, угловое поле в пространстве предметов 2ω 10^o. Объектив имеет размеры пятен рассеяния для точки на оси 2у' 0,065 мм, для точек вне оси 2у 0,053 мм (2ω 6,2^o), 2у' 0,061 мм (2ω 8,6^o), 2у' 0,068 мм (2ω 10^o).

В табл. 1-3 приведены численные значения аберраций для точки на оси и широкого наклонного пучка для края поля в меридиональной и сагиттальной плоскостях соответственно, при этом использованы следующие обозначения: m, M
координаты луча на входном зрачке в меридиональной и сагиттальной плоскостях соответственно; dY'0, dX'0, dY'1, dX'1, dY'2, dX'2 составляющие аберраций для расчетной и крайних длин волн соответственно.

Второй вариант зеркально-линзового объектива имеет следующие конструктивные параметры.

При этом v_к = 1,64Φ_об; Φ_пл= 1,78Φ_об; d₆/f'= 0,44.

В этом примере заднее фокусное расстояние объектива f' 99,99 мм и его относительное отверстие D/f' 1:1, угловое поле в пространстве предметов 2ω 12^o. Объектив имеет размеры пятен рассеяния для точки на оси 2у 0,052 мм, для точек вне оси 2у' 0,047 мм (2ω 6,2^o), 2у' 0,052 мм (2ω 8,6^o), 2у' 0,057 мм (2ω 10^o).

В табл. 4-8 приведены численные значения аберраций для точки на оси и широкого наклонного пучка для края поля в меридиональной и сагиттальной плоскостях соответственно.

Зеркально-линзовый объектив работает следующим образом: световой поток периферийно по кольцу проходит через линзу 1, затем, отразившись от внутренней поверхности 4 отрицательной менисковой линзы 3, падает на контрзеркало 2, которое направляет этот поток на линзовую группу компенсатора полевых аберраций 5, 3, после которого он проходит через светофильтр 6 и формирует изображение объектива наблюдения в задней фокальной плоскости объектива F'.

Использование: в оптико-электронных приборах. Сущность изобретения: объектив содержит по ходу лучей первую положительную линзу, на второй поверхности которой в центральной части нанесено зеркальное отражающее покрытие, отрицательную менисковую линзу, обращенную вогнутостью к предмету, имеющую на второй поверхности кольцеобразное отражающее покрытие, вторую положительную линзу, склеенную с первой поверхностью отрицательной менисковой линзы, и светофильтр, установленный после менисковой линзы, при этом выполняются соотношения:

d = (0,43-0,46)f¹, где Φ_к - оптическая сила компенсатора полевых аберраций; Φ_пл - оптическая сила второй положительной линзы; Φ_об - оптическая сила объектива; d - расстояние от контрзеркала до второй положительной линзы; f¹- заднее фокусное расстояние объектива. Первая положительная линза может быть выполнена выпукло-плоской, контрольная линза - выпукло-плоской, а контрзеркало - плоским. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 табл.

1. Зеркально-линзовый объектив, содержащий первую положительную линзу, зеркало Манжена, контротражатель, выполненный на центральной части второй поверхности первой положительной линзы, и компенсатор аберраций, состоящий из второй положительной линзы, склеенной с центральной частью зеркала Манжена, отличающийся тем, что в объектив введен светофильтр, установленный за зеркалом Манжета, при этом выполняются соотношения
Φ_к= (1,60-1,80)Φ_об;
Φ_пл= (1,75-1,95)Φ_об;
d (0,43 0,46)f',
где Φ_к - оптическая сила компенсатора полевых аберраций;
Φ_пл - оптическая сила второй положительной линзы;
Φ_об - оптическая сила объектива;
d расстояние от контрзеркала до второй положительной линзы;
f' заднее фокусное расстояние объектива. 2. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что первая положительная линза выполнена выпукло-плоской, а контрзеркало плоским.