АПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2008 года по МПК G02B9/28 G02B11/06 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в качестве апохроматического объектива в астрономических телескопах для визуального наблюдения и фотографирования.

Известен диалитический рефрактор Александра Роджерса, состоящий из двух компонентов [A. Rogers, "On the Construction of large Achromatic Telescopes," Memoirs of the Astronomical Society of London 3.2 (1829), pp.229-233]. Первый компонент - плосковыпуклая линза, второй компонент выполнен из двух линз и служит для коррекции сферической аберрации и ахроматизации системы.

Недостатками диалитического рефрактора Александра Роджерса являются остаточные вторичный спектр и хроматизм увеличения.

Известна также система рефрактора с субапертурным апохроматическим корректором, содержащая два компонента, первый из которых выполнен из двух линз, а второй - из трех [R.Christen in Sky and Telescope (Oct., 1985), pp.375-378].

Недостатками этой системы являются остаточный хроматизм увеличения и применение особого стекла.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является система Романа Дуплова, состоящая из трех компонентов [R. Duplov, "Apochromatic telescope without anomalous dispersion glasses", Applied Optics (March 2006), 66926]. Первый компонент представляет собой два мениска, обращенные выпуклостями друг к другу, второй компонент выполнен из мениска, двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент выполнен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.

Однако такой объектив имеет в первом компоненте два габаритных мениска, что ведет к увеличению габаритов объектива, его массы, сложности и трудоемкости изготовления, сборки и юстировки. Кроме того, в конструкции объектива прототипа используются три марки стекла.

Задачей предлагаемого изобретения является создание апохроматического объектива с высоким качеством изображения с минимальным количеством оптических элементов при использовании в качестве материала для линз обычного оптического стекла.

Поставленная задача достигается тем, что в апохроматическом объективе, содержащем три положительных компонента, причем компонент состоит из трех линз - двояковыпуклой, двояковогнутой и положительного мениска, а третий компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, все линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют условию:

1,45<n₁<1,55

1,65<n₂<1,75

50<γ₁<60

30<γ₂<40

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг.1 - Оптическая схема объектива.

Фиг.2 - График зависимости заднего фокального отрезка от длины волны.

Фиг.3 - График продольных осевых аберраций.

Фиг.4 - График астигматизма и дисторсии.

Фиг.5 - График частотно-контрастной характеристики.

Апохроматический объектив содержит два положительных компонента и дополнительную двояковыпуклую линзу 1. Первый положительный компонент состоит из склеенных двояковыпуклой линзы 2, двояковогнутой линзы 3 и положительного мениска 4. Второй положительный компонент состоит из склеенных двояковыпуклой линзы 5 и двояковогнутой линзы 6.

Все линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют условию:

1,45<n₁<1,55

1,65<n₂<1,75

50<γ₁<60

30<γ₂<40

Параллельный пучок лучей от удаленного предмета проходит последовательно двояковыпуклую линзу и два компонента и строит изображение этого предмета в фокальной плоскости 7. Проходя через двояковыпуклую линзу 1, пучок лучей коллимируется, возникшие при этом аберрации на оси исправляются первым компонентом. Второй компонент исправляет полевые аберрации всего объектива.

При расчете апохроматического объектива авторы исходили из того, что главным силовым оптическим элементом является одиночная двояковыпуклая линза большой апертуры, первый положительный компонент исправляет аберрации на оси, второй положительный компонент исправляет аберрации по полю.

На фиг.2 показана зависимость заднего фокального отрезка объектива от длины волны. По оси абсцисс отложено разница между значением фокального отрезка для длины волны 0,546 мкм и значениями фокальных отрезков для длин волн в интервале 0,43-0,67 мкм (размерность в мкм). По оси ординат отложена длина волны (мкм).

Наглядно видна характерная для апохроматов S-образная форма кривой.

На фиг.3 показаны графики продольных осевых аберраций предлагаемого объектива. По оси абсцисс отложены значения продольных аберраций в мкм, а по оси ординат - координата в плоскости входного зрачка (в мкм).

На фиг.4 показаны графики астигматизма (слева) и дисторсии (справа) предлагаемой оптической системы объектива. По осям ординат на обоих графиках отложен размер изображения (в мм), а по оси абсцисс - астигматические отрезки в мм и относительная дисторсия в%.

На фиг.5 показаны графики частотно-контрастной характеристики предлагаемого объектива. По оси абсцисс отложена пространственная частота в мм, отнесенная к плоскости изображения объектива, а по оси ординат - коэффициент передачи контраста в относительных единицах.

Из приведенных графиков видно, что предлагаемый апохроматческий объектив имеет более высокие показатели по качеству даваемого изображения по полю зрения.

В качестве конкретного примера рассчитан объектив со следующими характеристиками:

фокусное расстояние - 960 мм

относительное отверстие - 1:7,7

рабочий спектральный диапазон - 0,44:0,7 мкм

основная длина волны - 0,546 мкм

угловое поле зрения в пространстве предметов - 1,5

линейное поле зрения в пространстве изображений - 24 мм.

Апохроматический объектив может быть использован в астрономических телескопах для визуального наблюдения и фотографирования. Объектив состоит из трех компонентов, первый из которых - одиночная двояковыпуклая линза, второй компонент состоит из трех линз - двояковыпуклой, двояковогнутой и положительного мениска, третий компонент состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Все линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют условию: 1,45<n₁<1,55, 1,65<n₂<1,75, 50<γ₁<60, 30<γ₂<40. Технический результат - создание апохроматического объектива с высоким качеством изображения с минимальным количеством оптических элементов при использовании в качестве материала для линз обычного оптического стекла. 5 ил.

Апохроматический объектив, содержащий три компонента, второй из которых состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и положительного мениска, третий - из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, отличающийся тем, что первый компонент представляет собой одиночную двояковыпуклую линзу, линзы выполнены из двух марок оптического стекла, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют условию

1,45<n₁<1,55,

1,65<n₂<1,75,

50<γ₁<60,

30<γ₂<40.