Зеркально-линзовый объектив Советский патент 1989 года по МПК G02B17/08 

6

1

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах для концентрации излучения в заданной плоскости. Цель изобретения - повышение качества изображения и уменьшение продольных размеров. Пучок излучения проходит корректор 8 волнового фронта, телескопическую систему из отрицательного 1 и положительного 2 менисков, отрицательный мениск 3, вогнуто-плоскую линзу 4, отражается от зеркала 5, вновь проходит линзы 4 и 3, попадает на главное зеркало 6 и направляется в плоскость фокусировки. Центральная часть пучка выходит через отверстие в линзе 4 и дополнительным компонентом 9 направляется в ту же плоскость. Фокусное расстояние 2513 мм, относительное отверстие 1:10. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

3 as

31525655

Hsoijpei ение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптическим приборам с отражающими поверхностями, и может быть использовано для концентрации энергии в заданной плоскости.

Цель изобретения - повышение каче- Ства изображения и уменьшение проэе о

| ольных разрезов, расширение диапазо- ления энергии по полю изображения.

на использования для фокусировки из лучения различных лазеров, обеспечение фокусировки на различные расстояния, а также уменьшение потерь излучения из-за обратного излучения.

На чертеже изображена принципиальная оптическая схема зеркально-линзового объектива.

Зеркально-линзовый объектив состоит из отрицательного 1 и положительного 2 менисков телескопической сис- емы, отрицательного мениска 3 и вогнуто-плоской линзы k с зеркальной от- ражаю дей поверхностью (зеркалом) 5 и главного сферического зеркала б, оправа которого является апертурной диафрагмой 7 объектива. Корректор 1ЮЛНОВОГО фронта компонент излучателя выполнен в виде линзы 8. Дополнительный положительный компонент 9 установлен за отверстием линзы k, Пози- цией 10 обозначен источник лазерного излучения.

i Зеркально-линзовый объектив рабо- |гает следующим образом. I Световой поток лучей от лазерного излучателя 10 падает на отрицательный ениск 1 и расходящимся пучком лучей направляется на положительный мениск Z, затем параллельным пучком лучей ДОХОДИТ до отрицательного мениска 3, Проходит его, вогнуто-плоскую линзу ,. 1 и, отразившись на зеркальной поверх Ности 5, вновь проходит линзу 4 и 1мениск 3 и расходящимся пучком пада-; ieT на главное сферическое зеркало 6, которое строит изображение в заданной плоскости. Корректор аберраций, содержащий мениски 1 3 и линзу 4, формирует волновую аберрацию, близкую по абсолютной величине, но противоположную по знаку волновой аберраций сферического зеркала 6, что позволяет добиться величины волновой абберра- ции, не превышающей четверти длины

15

20

25

30

35

40

45

50

такая компановка зеркально-линзовог объектива позволяет получить число Штреля при увеличении 25 не менее 0,7«

Предлагаемый зеркально-линзовый объектив обладает фокусным расстоянием, равным 2513, м, задним фокал ным отрезком, равным 9250,4 мм, от носительным отверстием 1:10, угловы полем зрения, равным 2(-2. (может работать до 2Ф , расчетная величи на 2й)2) .

Рабочая длина волны равна А 1,06 мкм. Волновая аберрация равна 0,, продольная и поперечная абер рация по краю равна 7, число Штрел 0,96. Коэффициент экранирования рав

0,,

При необходимости.работы с источ никами излучения, имеющими различны характеристики, которые определяютс величиной радиуса волнового фронта, к зеркально-линзовому объективу добавляется корректор волнового фронта, оптическую силу которого определяют по формуле

Л R,-R2 к7Ка

.где R и R. являются известными вел чинами (R{ - радиус волнового фронт источника излучения, R - радиус во нового фронта на входе оптической ;

системы). 1

В конкретном примере выполнения отрицательный мениск 1 выполнен с возможностью перемещения вдоль опти ческой оси, а также существует зави симость между радиусами этого менис ка, отношение которых не превышает пяти крат. Такая форма и параметры линзы позволяют перефокусировать зе кально-линзовый объектив в большом диапазоне дистанций (20 фокусных ра стояний), при сохранении качества

волны. При увеличении системы, равном 55 изображения.

, величина продольной и поперечной абберраций не превышает в угловой мере 7 угловых секунд. Величина коэффициента телесокращения не превышает 0,13, что для зеркально-линзовых объективов является большим достоинством.

При использовании зеркально-линзовых объективов для фокусировки лазерного излучения важной характеристикой является равномерность распреде5

0

5

0

5

такая компановка зеркально-линзового объектива позволяет получить число Штреля при увеличении 25 не менее 0,7«

Предлагаемый зеркально-линзовый объектив обладает фокусным расстоянием, равным 2513, м, задним фокальным отрезком, равным 9250,4 мм, относительным отверстием 1:10, угловым полем зрения, равным 2(-2. (может работать до 2Ф , расчетная величина 2й)2) .

Рабочая длина волны равна А 1,06 мкм. Волновая аберрация равна 0,, продольная и поперечная аберрация по краю равна 7, число Штреля 0,96. Коэффициент экранирования равен

0,,

При необходимости.работы с источниками излучения, имеющими различные характеристики, которые определяются величиной радиуса волнового фронта,, к зеркально-линзовому объективу добавляется корректор волнового фронта, оптическую силу которого определяют по формуле

0

5

0

Л R,-R2 к7Ка

.где R и R. являются известными величинами (R{ - радиус волнового фронта источника излучения, R - радиус волнового фронта на входе оптической ;

системы). 1

В конкретном примере выполнения отрицательный мениск 1 выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а также существует зависимость между радиусами этого мениска, отношение которых не превышает пяти крат. Такая форма и параметры линзы позволяют перефокусировать зеркально-линзовый объектив в большом диапазоне дистанций (20 фокусных расстояний), при сохранении качества

В случае конкретной реализации перемещение отрицательного мениска 1 на 29 мм осуществляет перефокусиров-.

ку объектива в диапазоне от 30 до 80 метров, причем на 80 метрах поперечная сферическая аберрация на краю не превышает 5, волновая аберрация равна 0,287, а число Штреля 0,876.

В варианте выполнения в объектив входит оптический компонент 9, расположенный за вогнуто-плоской линзой k конфокально системе: телескопическая система 1 и 2 плюс отрицательный мениск 3.

В таком варианте выполнения зеркально-линзовый объектив работает следующим образом. Световой поток от источника излучения проходит телескопическую систему 1 и 2, отрицательный мениск 3 и падает на вогнуто-плоскую линзу . Часть излучения отражается от зеркальной поверхности 5 и дальше следует (как уже было описано выше) через отрицательный мениск на главное сферическое зеркало 6 и формирует изображение в плоскости изображений. Другая часть излучения (центральная) диаметром, равным диаметру отверстия в вогнуто-плоской линзе 4, проходит через это отверстие и падает на оптический компонент 9, который формирует изображение этой части пучка в той же плоскости изображения, что и основная система. Так как оптический компонент располагается конфокально системе компонентов 1-3, то изображение формируется в той же плоскости, что и изображение, формируемое основ- ной системой.

Такое построение оптической системы -позволяет устранить отраженное к источнику 10 излучение от зеркальной поверхности 5 за счет отверстия, диаметр которого определяют по формуле

D,

D

01

D

01

Г ог г

где Dg - диаметр отверстия в плосковогнутой линзе k; диаметр отверстия в главном сферическом зеркале 6; увеличение системы без телескопической системы. Такая зависимость получается из габаритного расчета оптической системы. Так как обратно к источнику могут вернуться лучи, отраженные зеркальной поверхностью 5 и проходящие через отверстие с диаметром Dp, главного сферического зеркала, а диаметры

ю

оkя 15256556

связаны между собой через увеличение Г, то получается вышепредлагаемая зависимость. Центральная часть пучка, равная диаметру D05 отверстия, преобразуется линзовой системой и направляется в плоскость изображения системы зеркально-линзового объектива.

10

Формула изобретения

0

5

0

0

5

0

5

5 корректор абберраций из двух линз, вторая из которых отрицательная, и вторичное зеркало, нанесенное на вторую поверхность второй линзы компенсатора аберраций, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изображения и уменьшения продольных размеров, после корректора аберраций установлена телескопическая система с увеличением на более 2, выполненная из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к корректору аберраций, в котором первая линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к главному зеркалу, а вторая - в виде вогнуто-плоской линзы.

4.Объектив поп.1,отлича- ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения потерь излучения из-за обратного отражения, вогнуто-плоская линза корректора аберраций выполнена с : . центральным отверстием, при этом за ним установлен положительный компонент, фокус которого совмещен с эквивалентным фокусом телескопической системы и отрицательного мениска корректора аберраций.