СВЕТОСИЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ 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 двухлинзовый компенсатор в параллельном пучке лучей, на последней поверхности которого в центральной части нанесено зеркальное отражающее покрытие, которое является контрзеркалом, главное зеркало с внешним отражающим покрытием и двухлинзовый компенсатор аберраций в сходящемся пучке лучей вблизи поверхности изображения, состоящий из склеенных положительной и отрицательной линз. Указанный объектив имеет большую массу, так как содержит три компонента (включая подложку для главного зеркала), которые имеют диаметр, соизмеримый с диаметром входного значка, при этом обеспечивается относительное отверстие D/f'=2:1,2. 1:2 при угловом поле 2ω10^o и объектив содержит четыре наименования стекла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является объектив [2] (пример 4), содержащий по ходу лучей положительную выпуклоплоскую 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 компенсатор аберраций в сходящемся пучке лучей вблизи поверхности изображения, состоящий из одиночного положительного компонента, включающего склеенные положительную и отрицательную линзы. Указанный объектив при фокусном расстоянии f'=100 мм обеспечивает относительное отверстие D/f'=1:1,2 и используется для области спектра излучения l₁ - λ₂0,4861.0,6563 мкм. Объектив при этом в плоскости параксиального изображения имеет размер аберрационного пятна для точки на оси 2y'=0.01 мм (0,1 мрад) и по полю, при 2ω 6,6^o и коэффициенте линейного виньетирования для верхней половины входного зрачка K_в=0,87, обеспечиваемый установленными блендами, размер аберрационного пятна в меридиональной плоскости 2y'= 0,03 мм (0,3 мрад); при 2ω10^o и K_в=0,5 2y'=0,041 мм (0,41 мрад). При расчете примера 4 объектива [2] для спектрального диапазона излучения l₁ - λ₂0,680.0,920 мкм он имеет в плоскости параксиального изображения размер аберрационных пятен для точки на оси 2y'=0,028 мм (0,28 мрад) и по полю, при 2ω6,6^o (K_в=0,87) - 2y'=0,021 мм (0,21 мрад), при 2ω10^o (K_в= 0,5) 2y'=0,035 мм (0,35 мрад). При этом для разработки объектива было использовано три наименования стекла.

Задачей данного изобретения является создание светосильного зеркально-линзового объектива высокого качества.

Технический результат заключается в достижении в зеркально-линзовом объективе относительного отверстия D/f'=1:1 при сохранении качества изображения и улучшении качества изображения при заданном относительном отверстии (D/f'= 1:1,2) при условии применения в объективе не более двух наименований стекла.

Сущность изобретения заключается в том, что в светосильном зеркально-линзовом объективе, содержащем по ходу лучей первую положительную выпуклоплоскую 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 компенсатор аберрация в сходящемся пучке лучей вблизи поверхности изображения, выполненный в виде положительного компонента, в отличие от известного компенсатор аберраций в сходящемся пучке лучей дополнен второй положительной линзой, причем обе линзы одиночные положительные мениски, первый из которых обращен выпуклостью к плоскости предмета, второй - к плоскости изображения, а оптическая сила компенсатора аберраций определяется из условия
v_к = 1,1 ... 1,5 Φ_об,
при этом дисперсия материала первой положительной линзы, отрицательного мениска и первой линзы компенсатора аберраций одинакова и выбирается из условия
55,0 ≅ ν_d ≅ 70,0,
а дисперсия второй линзы компенсатора аберраций находится из условия
30,0 ≅ ν_d ≅ 45,0,
где Φ_к оптическая сила компенсатора аберраций;
Φ_об оптическая сила объектива;
ν_d дисперсия материала линз.

Выполнение указанных условий, форма и оптическая сила компенсатора аберраций позволяют добиться повышения светосилы объектива при сохранении качества изображения и применении в объективе не более двух марок стекол.

На чертеже представлена оптическая схема зеркально-линзового объектива.

Оптическая схема предлагаемого объектива состоит из первой положительной выпуклоплоской 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 компенсатора аберраций в сходящемся пучке лучей вблизи поверхности изображения, состоящего из двух одиночных положительных линз 5, 6, выполненных в виде менисков, причем первая из них расположена выпуклостью к плоскости предмета, а вторая к плоскости изображения. После объектива может быть установлен светофильтр 7, который ограничивает рабочий спектральный диапазон объектива. Плоскость изображения объектива совпадает с поверхностью фотокатода электронно-оптического преобразователя 8. Требуемое светорассеяние в плоскости изображения обеспечивается блендами 9, 10.

В соответствии с предложенным решением был выполнен расчет двух конкретных вариантов зеркально-линзового объектива. Данный объектив рассчитывался для спектрального интервала излучения λ₁ - λ₂0,680.0,920 мкм. Расчетная длина волны λ_o0,8 мкм. При аберрационном расчете данных вариантов объектива апертурная диафрагма располагалась вблизи второй поверхности, а последняя плоскопараллельная пластинка была использована в качестве компенсационного элемента, эквивалентного светофильтру и защитному экрану фотокатода электронно-оптического преобразователя.

В первом примере заднее фокусное расстояние объектива f'= 100 мм и относительное отверстие D/f'=1:1, угловое поле в пространстве предметов 2ω10^o. Объектив имеет размеры пятен рассеяния в плоскости изображения, смещенной на D -0,005 мм относительно плоскости параксиального изображения: для точки на оси 2y'=0,01 мм (0,1 мрад), для края поля, при коэффициенте виньетирования верхней половины входного зрачка K_в=0,5 - 2y'=0,04 мм (0,4 мрад).

Первый вариант зеркально-линзового объектива имеет конструктивные параметры, приведенные в табл.3.

При этом v_к = 1,25•Φ_об дисперсия для стекла К8 ν_d64,1; дисперсия для стекла Ф6 ν_d37,9.

Здесь и далее
r_i радиусы кривизны поверхностей;
d_i толщины оптических элементов и воздушные промежутки;
К8, Ф6 марки стекол;
I воздушные промежутки;
Φ_к оптическая сила компенсатора полевых аберраций;
Φ_об оптическая сила объектива;
ν_d дисперсия материала линз.

В табл. 1 приведены численные значения коэффициентов аберраций третьего порядка для данного примера предложенного объектива, где S1, S2, S3, S4, S5, S1xp, S2xp коэффициенты аберраций третьего порядка.

Во втором примере заднее фокусное расстояние объектива f'=159,84 мм и относительное отверстие D/f'=1:1,2, угловое поле в пространстве предметов 2ω 6,6^o. Объектив имеет размеры пятен рассеяния в плоскости изображения, смещенной на D-0,008 мм относительно плоскости параксиального изображения: для точки на оси 2y'=0,017 мм (0,11 мрад), для края поля (K_в=0,5) - 2y'=0,023 мм (0,14 мрад).

Второй вариант зеркально-линзового объектива имеет конструктивные параметры, приведенные в табл.4.

При этом v_к = 1,32•Φ_об.
В табл. 2 приведены численные значения коэффициентов аберраций третьего порядка для данного примера предложенного объектива.

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 аберраций 5, 6, после которого он проходит через светофильтр 7 и формирует изображение объекта наблюдения в плоскости фотокатода электронно-оптического преобразователя 8.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к светосильным зеркально-линзовым объективам, используемым преимущественно для работы в оптико-электронных приборах. Сущность изобретения: светосильный зеркально-линзовый объектив содержит по ходу лучей первую положительную выпуклоплоскую 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, и компенсатор аберраций в сходящемся пучке лучей вблизи поверхности изображения, выполненный в виде положительного компонента, при этом компенсатор аберраций в сходящемся пучке лучей дополнен второй положительной линзой, причем обе линзы - одиночные положительные мениски, первый из которых обращен выпуклостью к плоскости предмета, второй - к плоскости изображения, а оптическая сила компенсатора аберраций определяется из условия Φ_к = (1,1 ÷ 1,5)Φ_об., при этом дисперсия материала первой положительной линзы, отрицательного мениска и первой линзы компенсатора аберраций одинакова и выбирается из условия 55,0 ≅ ν_d ≅ 70,0, а дисперсия второй линзы компенсатора аберраций находится из условия 30,0 ≅ ν_d ≅ 45,0, где Φ_к - оптическая сила компенсатора аберраций; Φ_об. - оптическая сила объектива; ν_d - дисперсия материала линз. 1 ил., 4 табл.

Светосильный зеркально-линзовый объектив, содержащий по ходу лучей первую положительную выпуклоплоскую 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 компенсатор аберраций в сходящемся пучке лучей вблизи поверхности изображения, выполненный в виде положительного компонента, отличающийся тем, что компенсатор аберраций в сходящемся пучке лучей дополнен второй положительной линзой, причем обе линзы одиночные положительные мениски, первый из которых обращен выпуклостью к плоскости предмета, второй к плоскости изображения, а оптическая сила компенсатора аберраций определяется из условия
Φ_к = (1,1-1,5)Φ_об,
при этом дисперсия материала первой положительной линзы, отрицательного мениска и первой линзы компенсатора аберраций одинакова и выбирается из условия
55 ≅ ν_d ≅ 70,
а дисперсия второй линзы компенсатора аберраций находится из условия
30 ≅ ν_d ≅ 45,
где Φ_к - оптическая сила компенсатора аберраций;
Φ_об - оптическая сила объектива;
ν_d - дисперсия материала линз.