RU101850U1 - APOCHROMATIC LENS - Google Patents

Abstract

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 1,43<n1<1,65; 1,65<n2<2,2; а коэффициенты дисперсии используемых стекол удовлетворяют условию: 60<γ1<95; а также 20<γ2<30 или 40<γ2<50. An apochromatic lens containing three components, the first of which is a single biconvex lens, the second consists of a biconvex and biconcave lenses and a positive meniscus, the third consists of a biconvex and biconcave lenses, and all lenses are made of two grades of ordinary optical glass with a refractive index of 1, 43 <n1 <1.65; 1.65 <n2 <2.2; and the dispersion coefficients of the glasses used satisfy the condition: 60 <γ1 <95; as well as 20 <γ2 <30 or 40 <γ2 <50.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в качестве апохроматического объектива в астрономических телескопах для визуального наблюдения и фотографирования.The proposed utility model relates to the field of optical instrumentation and can be used as an apochromatic lens in astronomical telescopes for visual observation and photographing.

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.The known system of Roman Duplov, consisting of three components [R. Duplov, "Apochromatic telescope without anomalous dispersion glasses", Applied Optics (March 2006), 66926]. The first component is two meniscus, convex to each other, the second component is made of meniscus, biconvex and biconcave lenses, the third component is made of biconvex and biconcave lenses.

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.However, such a lens has two overall meniscus in the first component, which leads to an increase in the dimensions of the lens, its mass, complexity and complexity of manufacturing, assembly and alignment. In addition, three grades of glass are used in the design of the analog lens.

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.The closest technical solution adopted for the prototype is an apochromatic lens containing three components (Apochromatic lens. Patent RU 2331094, priority date 06/08/2006). The first component is a single biconvex lens, the second consists of three lenses - a biconvex, biconcave, and positive meniscus, and the third component consists of a biconvex and biconcave lens. All lenses are made of two grades of ordinary optical glass, the refractive indices and dispersion coefficients of which satisfy the condition: 1.45 <n ₁ <1.55; 1.65 <n ₂ <1.75; 50 <γ ₁ <60; 30 <γ ₂ <40.

Однако такой объектив имеет недостаточное качество изображения вследствие того, что используемые стекла имеют достаточно близкие показатели преломления и коэффициенты дисперсии.However, such a lens has insufficient image quality due to the fact that the glasses used have fairly close refractive indices and dispersion coefficients.

Задачей предполагаемой полезной модели является создание апохроматического объектива с более высоким качеством изображения.The objective of the proposed utility model is to create an apochromatic lens with higher image quality.

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 и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют условию: 1,43<n₁<1,65; 1,65<n₂<2,2; 50<γ₁<95; 20<γ₂<50.The problem is achieved in that in an apochromatic lens containing three positive components, the first of which is a single biconvex lens, the second consists of three lenses - biconvex, biconcave and positive meniscus, the third component consists of biconvex and biconcave lenses, all lenses are made of two grades of ordinary optical glass, the refractive indices and dispersion coefficients of which satisfy the condition: 1.43 <n ₁ <1.65; 1.65 <n ₂ <2.2; 50 <γ ₁ <95; 20 <γ ₂ <50.

Предполагаемая полезная модель иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed utility model is illustrated by the following graphic materials:

фиг.1 - Оптическая схема объектива,figure 1 - Optical diagram of the lens,

фиг.2 - График зависимости заднего фокального отрезка от длины волны,figure 2 - Graph of the rear focal segment on the wavelength,

фиг.3 - График зависимости заднего фокального отрезка от длины волны прототипа,figure 3 is a graph of the dependence of the rear focal segment on the wavelength of the prototype,

фиг.4 - График астигматизма,figure 4 - Graph of astigmatism,

фиг.5 - График астигматизма прототипа,5 is a graph of the astigmatism of the prototype,

фиг.6 - График дисторсии,6 is a graph of distortion,

фиг.7 - График дисторсии прототипа,Fig.7 is a graph of the distortion of the prototype,

фиг.8 - График частотно-контрастной характеристики,Fig. 8 is a graph of a frequency-contrast characteristic,

фиг.9 - График частотно-контрастной характеристики прототипа.Fig.9 is a graph of the frequency-contrast characteristics of the prototype.

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.The optical scheme of the apochromatic lens is shown in Fig. 1, it contains two positive components and an additional biconvex lens 1. the first positive component consists of glued biconvex lens 2, a biconcave lens 3 and a positive meniscus 4. the second positive component consists of glued biconvex lens 5 and a biconcave lenses 6. 7- focal plane.

Все линзы выполнены из двух марок оптического стекла, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют условию: 1,43<n₁<1,65; 1,65<n₂<2,2; 50<γ₁<95; 20<γ₂<50.All lenses are made of two brands of optical glass, the refractive indices and dispersion coefficients of which satisfy the condition: 1.43 <n ₁ <1.65; 1.65 <n ₂ <2.2; 50 <γ ₁ <95; 20 <γ ₂ <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.Apochromatic lens works as follows. A parallel beam of rays from a distant object passes sequentially a biconvex lens and two components and builds an image of this object in the focal plane 7. Passing through a biconvex lens 1, the beam is collimated, the aberrations arising on the axis are corrected by the first component. The second component corrects the field aberrations of the entire lens.

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.When calculating the apochromatic lens, the authors proceeded from the fact that the main power optical element is a single biconvex lens of a large aperture, the first positive component corrects aberrations on the axis, and the second positive component corrects field aberrations.

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).Figure 2 shows the dependence of the rear focal segment of the lens on the wavelength. The abscissa shows the difference between the value of the focal length for a wavelength of 0.546 μm and the values of the focal lengths for wavelengths in the range 0.43-0.67 μm ΔS ′ (μm). The ordinate shows the wavelength λ (μm).

Наглядно видна характерная для апохроматов S - образная форма кривой.The S-shaped curve form, characteristic of apochromats, is clearly visible.

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 Δ у′ в %.Figure 4 shows a graph of astigmatism, and figure 6 is a graph of the distortion of the proposed optical system apochromatic lens. The ordinate axes in both graphs show the image size Y ′ (mm). In Fig. 4, the abscissa shows the astigmatic segments Z ′ _s , Z ′ _m (mm), and FIG. 6 shows the relative distortion in Δ y ′ in%.

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, о по оси ординат - коэффициент передачи контраста в относительных единицах.On Fig shows graphs of the frequency - contrast characteristics of the proposed apochromatic lens. The spatial frequency N mm ^-1 , referred to the image plane of the lens, is plotted on the abscissa axis, and on the ordinate axis is the transmission coefficient of contrast in relative units.

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.From the graphs of the claimed apochromatic lens and prototype, it is obvious that the claimed apochromatic lens has higher performance in terms of image quality over the field of view. A better image was obtained due to the fact that glasses with a significant difference in refractive indices and dispersion coefficients were used.

В качестве примера рассчитан объектив со следующими характеристиками:As an example, a lens with the following characteristics is calculated:

фокусное расстояние - 940 ммfocal length - 940 mm

относительное отверстие - 1:7,5relative aperture - 1: 7.5

рабочий спектральный диапазон - 0,44:0,7 мкмworking spectral range - 0.44: 0.7 μm

основная длина волны - 0,546 мкмthe main wavelength is 0.546 microns

угловое поле зрения в пространстве предметов - 1,5°angular field of view in the space of objects - 1.5 °

линейное поле зрения в пространстве изображений - 24 мм.linear field of view in the image space is 24 mm.

Claims (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 1,43<n₁<1,65; 1,65<n₂<2,2; а коэффициенты дисперсии используемых стекол удовлетворяют условию: 60<γ₁<95; а также 20<γ₂<30 или 40<γ₂<50.

An apochromatic lens containing three components, the first of which is a single biconvex lens, the second consists of a biconvex and biconcave lenses and a positive meniscus, the third consists of a biconvex and biconcave lenses, and all lenses are made of two grades of ordinary optical glass with a refractive index of 1, 43 <n ₁ <1.65; 1.65 <n ₂ <2.2; and the dispersion coefficients of the glasses used satisfy the condition: 60 <γ ₁ <95; as well as 20 <γ ₂ <30 or 40 <γ ₂ <50.