АПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК G02B9/12 

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

Известна 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 аналога используются три марки стекла.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является апохроматический объектив, содержащий три компонента (Апохроматический объектив. Патент RU 2331094, дата приоритета 08.06.2006). Первый из компонентов - одиночная двояковыпуклая линза, второй 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.

Однако такой объектив имеет недостаточное качество изображения вследствие того, что используемые стекла имеют достаточно близкие показатели преломления и коэффициенты дисперсии.

Задачей предлагаемого изобретения является создание апохроматического объектива с более высоким качеством изображения.

Поставленная задача достигается тем, что в апохроматическом объективе, содержащем три положительных компонента, первый из которых - одиночная двояковыпуклая линза, второй 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 которых 1,45<n₁<1,55; 1,65<n₂<1,75, в отличие от известного, коэффициенты дисперсии удовлетворяют условию 60<γ₁<95; 20<γ₂<30 или 40<γ₂<50.

Второй вариант предлагаемого апохроматического объектива отличается тем, что линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла с показателями преломления 1,43<n₁<1,45 или 1,55<n₁<1,65; 1,75<n₂<2,2 и коэффициентами дисперсии 60<γ₁<95; 20<γ₂<30 или 40<γ₂<50.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

фиг.1 - Оптическая схема объектива,

фиг.2 - График зависимости заднего фокального отрезка от длины волны,

фиг.3 - График зависимости заднего фокального отрезка от длины волны прототипа,

фиг.4 - График астигматизма,

фиг.5 - График астигматизма прототипа,

фиг.6 - График дисторсии,

фиг.7 - График дисторсии прототипа,

фиг.8 - График частотно-контрастной характеристики,

фиг.9 - График частотно-контрастной характеристики прототипа.

Оптическая схема апохроматического объектива представлена на фиг.1, она 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. 7 - фокальная плоскость.

Все 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; 60<γ₁<95; 20<γ₂<30 или 40<γ₂<50.

Второй вариант предлагаемого апохроматического объектива отличается тем, что линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла с показателями преломления 1,43<n₁<1,45 или 1,55<n₁<1,65; 1,75<n₂<2,2 и коэффициентами дисперсии 60<γ₁<95; 20<y₂<30 или 40<γ₂<50.

Апохроматический объектив работает следующим образом. 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 отложена 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 ΔS' (мкм). По оси ординат отложена длина волны λ (мкм).

Наглядно видна характерная для апохроматов S-образная форма кривой.

На фиг.4 показан график астигматизма, а на фиг.6 - график дисторсии предлагаемой оптической системы апохроматического объектива. По осям ординат на обоих графиках отложен размер изображения Y' (мм). На фиг.4 по оси абсцисс - астигматические отрезки Z'_s, Z'_m (мм), на фиг.6 - относительная дисторсия в Δy' в %.

На фиг.8 показаны графики частотно-контрастной характеристики предлагаемого апохроматического объектива. По оси абсцисс отложена пространственная частота N мм^-1, отнесенная к плоскости изображения объектива, а по оси ординат - коэффициент передачи контраста в относительных единицах.

Из графиков заявляемого апохроматического объектива и прототипа очевидно, что заявляемый апохроматический объектив имеет более высокие показатели по качеству даваемого изображения по полю зрения. Более качественное изображение получено за счет того, что использованы стекла со значительным различием показателей преломления и коэффициентов дисперсии.

В качестве примера изготовлен опытный образец, материалом для 1, 3, 5 элементов оптической схемы которого служит стекло с показателем преломления n₂ и коэффициентом дисперсии γ₂, а для 2, 4, 6 элементов оптической схемы - с показателем преломления n₁ и коэффициентом дисперсии γ₁.

Объектив имеет следующие характеристики:

фокусное расстояние - 940 мм

относительное отверстие - 1:7,5

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.

Объектив может быть использован в астрономических телескопах для визуального наблюдения и фотографирования. Объектив состоит из трех компонентов. Первый компонент - одиночная двояковыпуклая линза (1). Второй состоит из двояковыпуклой (2), двояковогнутой (3) линз и положительного мениска (4). Третий - из двояковыпуклой (5) и двояковогнутой (6) линз. Все линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла. В первом варианте показатели преломления 1,45<n₁<1,55; 1,65<n₂<1,75, а коэффициенты дисперсии 60<γ₁<95; 20<γ₂<30 или 40<γ₂<50. Во втором варианте показатели преломления и коэффициенты дисперсии удовлетворяют условию: 1,43<n₁<1,45 или 1,55<n₁<1,65; 1,75<n₂<2,2; 60<γ₁<95; 20<γ₂<30 или 40<γ₂<50. Технический результат - повышение качества изображения. 2 н.п. ф-лы, 9 ил.

1. Апохроматический объектив, содержащий три компонента, первый из которых представляет собой одиночную двояковыпуклую линзу, второй состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и положительного мениска, третий - из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, причем все линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла с показателями преломления 1,45<n₁<1,55; 1,65<n₂<1,75, отличающийся тем, что коэффициенты дисперсии используемых стекол удовлетворяют условию:
60<γ₁<95;
20<γ₂<30 или 40<γ₂<50.

2. Апохроматический объектив, содержащий три компонента, первый из которых представляет собой одиночную двояковыпуклую линзу, второй состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и положительного мениска, третий - из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, причем все линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла, отличающийся тем, что показатели преломления и коэффициенты дисперсии используемых стекол удовлетворяют условию:
1,43<n₁<1,45 или 1,55<n₁<1,65;
1,75<n₂<2,2;
60<γ₁<95;
20<γ₂<30 или 40<γ₂<50.