Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к оптическому приборостроению, и может быть использовано в оптической промышленности, и, в частности, в астрономических телескопах и особенно в оптико-электронных камерах космических телескопов и т.д.
Зеркально-линзовые объективы обычно состоят из главного вогнутого зеркала с центральным отверстием, вторичного выпуклого зеркала и линзового корректора полевых аберраций.
Сферическая аберрация и кома исправляются асферизацией главного и вторичного зеркал, придавая им гиперболоидальную форму. Полевые аберрации - астигматизм и кривизна изображения коррегируются линзовым корректором полевых аберраций (КПА), который обычно устанавливается позади главного зеркала перед фокальной плоскостью.
Известны зеркально-линзовые объективы, содержащие гиперболические главное зеркало (ГЗ) и вторичное зеркало (ВЗ), а также однолинзовый КПА с асферической поверхностью [1]. Такой корректор позволил исправить астигматизм. Для исправления кривизны изображения пришлось раздвинуть главное и вторичное зеркала. Это привело к большому коэффициенту центрального экранирования ε=0,57 и значительным продольными габаритам: расстояние d между главным и вторичным зеркалами составило 0,33f'об, где f'об - фокусное расстояние всего объектива, а, следовательно, к недопустимому для космического телескопа увеличению массы.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является зеркально-линзовый объектив [2], содержащий главное вогнутое зеркало гиперболической формы с центральным отверстием, вторичное выпуклое гиперболоидальное зеркало и двухкомпонентную линзовую систему, установленную позади главного зеркала перед фокальной плоскостью. Компоненты линзовой системы - одиночные линзы. Первый компонент - плосковыпуклая линза с положительной оптической силой φI с асферической поверхностью, второй компонент - плосковогнутая линза с отрицательной оптической силой φII, установленный непосредственно перед фокальной плоскостью. Оптическая сила первого компонента составляет:
где φоб - оптическая сила всего объектива.
Расстояние между линзовыми компонентами d=0,2d0, где d0 - расстояние между главным и вторичным зеркалами или 0,23f'об, где f'об - фокусное расстояние объектива.
Недостатками такой системы являются:
- ограниченное угловое поле, не превышающее 30' с хорошим качеством изображения: RMS≤0,08λ;
- большие продольные габариты: d0=0,23f'об. Известно, что вес объектива и его стоимость находятся в прямой зависимости от продольных габаритов; термостабилизация - обратно пропорциональна габаритам; жесткость конструкции снижается пропорционально кубу расстояния d0 между зеркалами;
- ограниченный спектральный интервал из-за отсутствия возможности обеспечения апохроматической коррекции аберраций.
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение углового поля при дифракционно-ограниченном качестве изображения в широком спектральном интервале и обеспечение малых продольных габаритов объектива.
Для решения поставленной задачи предлагается зеркально-линзовый объектив, который, как и прототип, содержит установленные последовательно по направлению луча главное вогнутое с центральным отверстием гиперболоидальное зеркало, вторичное выпуклое гиперболоидальное зеркало и линзовую систему с оптической силой φл.с., выполненную из двух линзовых компонентов, первый из которых с положительной оптической силой φI, второй в виде одиночной линзы с отрицательной оптической силой φII, установленную позади главного зеркала.
В отличие от прототипа оптические силы линзовой системы и ее компонентов удовлетворяют условию:
где φз.с. - оптическая сила зеркальной системы, состоящей из главного и вторичного зеркал;
при этом расстояние d между компонентами удовлетворяет условию:
d=0,05÷0,06d0,
где d0 - расстояние между главным и вторичным зеркалами.
Кроме того, в зеркально-линзовом объективе первый компонент линзовой системы выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, второй компонент, выполнен в виде двояковогнутой линзы, при этом линзы выполнены из материалов с коэффициентами дисперсий νI, νII, удовлетворяющим условию:
νI-νII=21÷27,
первая по ходу луча вогнутая поверхность второго компонента выполнена гиперболической формы.
Первый компонент линзовой системы выполнен двухлинзовым, первая линза которого - мениск, обращенный выпуклостью к изображению, с отрицательной оптической силой φI,1, вторая линза - двояковыпуклая с положительной оптической силой φI,2, при этом оптические силы удовлетворяют условию:
а линзы выполнены из материалов с коэффициентами дисперсии, удовлетворяющим условиям:
νI,1/νI,2=νI,1/νII
νI,1-νI,2=νI,1-νII=12÷16
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что, благодаря предлагаемой схеме выполнения зеркально-линзового объектива, состоящего из установленных последовательно по направлению луча главного вогнутого с центральным отверстием гиперболоидального зеркала, вторичного выпуклого гиперболоидального зеркала и линзовой системы с оптической силой φл.с., выполненной из двух линзовых компонентов, первый из которых с положительной оптической силой φI, второй в виде одиночной линзы с отрицательной оптической силой φII, установленной позади главного зеркала, при этом оптические силы линзовой системы и ее компонентов удовлетворяют условию:
где φз.с. - оптическая сила зеркальной системы, состоящей из главного и вторичного зеркал;
а расстояние d между компонентами удовлетворяет условию:
d=0,05÷0,06d0,
где d0 - расстояние между главным и вторичным зеркалами, обеспечивается возможность уменьшения продольных габаритов системы и коррекция полевых и хроматических аберраций в широком спектральном интервале при увеличенных угловых полях объекта.
В частности, выбранные соотношения сил и расстояние d между компонентами позволяют исправить кривизну изображения и астигматизм всего объектива в целом и тем самым обеспечить хорошее качество изображения для больших углов поля 2ω≥1÷1,5°.
Линзовая система может быть выполнена либо так, что ее первый компонент представляет собой одиночный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.
Выбор материалов линз с коэффициентами дисперсий νI, νII, удовлетворяющим условию:
νI-νII=21÷27,
выполнение первой по ходу луча вогнутой поверхности второго компонента гиперболической формы позволяет при исправлении кривизны изображения обеспечить апохроматическую коррекцию аберраций в широком спектральном интервале по всему угловому полю до 2ω=1÷1,5°.
Либо линзовая система может быть выполнена так, что ее первый компонент выполнен двухлинзовым, первая линза которого - мениск, обращенный выпуклостью к изображению, с отрицательной оптической силой φI,1, вторая линза - двояковыпуклая с положительной оптической силой φI,2.
Выполнение линз с оптическими силами, удовлетворяющими условию:
из материалов с коэффициентами дисперсии, удовлетворяющим условиям:
νI,1/νI,2=νI,1/νII
νI,1-νI,2=νI,1-νII=12÷16
позволяет исправить кривизну изображения и астигматизм и обеспечить апохроматическую коррекцию в широком спектральном интервале (2 ω до 1÷1,5°).
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена оптическая схема объектива с линзовой системой, каждый компонент которой выполнен в виде одиночной линзы; на фиг.2 представлена оптическая схема объектива с линзовой системой, состоящей из двухлинзового первого компонента и одиночной линзы второго компонента, и Приложениями, в которых приведены конструктивные параметры и оптические характеристики объективов.
Зеркально-линзовый объектив состоит из главного вогнутого с центральным отверстием гиперболоидального зеркала 1, вторичного выпуклого гиперболоидального зеркала 2 и линзовой системы 3 с оптической силой φл.с., состоящей из первого компонента 4 с положительной оптической силой φI, и второго компонента 5.
Оптическая сила линзовой системы 3 φл.с. и ее компонентов удовлетворяют условию:
а расстояние d между ними составляет d=0,05÷0,06d0, где d0 - расстояние между главным 1 и вторичным 2 зеркалами.
Первый компонент 4 линзовой системы 3 (фиг.1) выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, а второй компонент 5 выполнен в виде двояковогнутой линзы. Вогнутая поверхность 6 второго компонента 5 выполнена гиперболоидальной. Линзы выполнены из материалов с коэффициентами дисперсий νI, νII, удовлетворяющим условию:
νI-νII=21÷27.
Первый компонент 4 линзовой системы 3 (фиг.2) выполнен из двух линз - мениска 7, обращенный выпуклостью к изображению, с отрицательной оптической силой φI,1, и двояковыпуклой линзы 8 с положительной оптической силой φI,2.
Оптические силы линз удовлетворяют условию:
при этом линзы выполнены из материалов с коэффициентами дисперсии, удовлетворяющим условиям:
νI,1/νI,2=νI,1/νII
νI,1-νI,2=νI,1-νII=12÷16.
Работа предлагаемого объектива осуществляется следующим образом.
Объект расположен на бесконечном расстоянии от объектива. Параллельный пучок света падает на главное зеркало 1 и фокусируется в его фокальной плоскости.
Вторичное зеркало 2, для которого мнимым объектом является изображение объекта в фокальной плоскости главного зеркала 1, изображает его в фокальную плоскость зеркальной системы, состоящей из главного 1 и вторичного 2 зеркал.
Линзовая система 3 проектирует изображение объекта из фокальной плоскости зеркальной системы в фокальную плоскость зеркально-линзового объектива с положительным увеличением, т.е. без оборачивания изображения.
Заявленные соотношения параметров, числовые диапазоны их изменения и полученные при этом технические характеристики приведены в таблице 1.
|
|
RMS - среднеквадратическое значение волновой аберрации, выраженное в долях основной длины волны излучения (λ=0,65 мкм) спектрального диапазона Δλ.
Таким образом, в предлагаемом зеркально-линзовом объективе достигнуто увеличение углового поля при дифракционно-ограниченном качестве изображения.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Н.Н.Михельсон "Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета", "Физико-математическая литература", 1995, с.328-331.
2. Патент США №4101195, МПК: G02В 17/06, 23/06, 1977 - прототип.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
|
|
График среднеквадратической волновой аберрации (RMS)