RU2752813C1 - Apochromatic objective for wide spectrum area - Google Patents
Apochromatic objective for wide spectrum area Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752813C1 RU2752813C1 RU2020129639A RU2020129639A RU2752813C1 RU 2752813 C1 RU2752813 C1 RU 2752813C1 RU 2020129639 A RU2020129639 A RU 2020129639A RU 2020129639 A RU2020129639 A RU 2020129639A RU 2752813 C1 RU2752813 C1 RU 2752813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- grade
- lens
- component
- abbe number
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/04—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
- G02B9/14—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - +
- G02B9/16—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - + all the components being simple
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в качестве объектива для телескопических систем различного назначения, в том числе, в астрономических телескопах для визуального наблюдения.The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used as an objective for telescopic systems for various purposes, including in astronomical telescopes for visual observation.
Известен тонкий суперапохромат из трех линз [1], состоящий из двух положительных и одной отрицательной линз. Одна положительная и одна отрицательная линзы склеены, а вторая положительная линза отделена от склейки воздушным промежутком.Known thin superapochromat of three lenses [1], consisting of two positive and one negative lenses. One positive lens and one negative lens are bonded, and the second positive lens is separated from the bonding by an air gap.
Недостатками этого объектива является наличие склейки, низкое (1:15) относительное отверстие, значительная габаритная длина устройства, высокий остаточный хроматизм положения вне пределов спектральной области F-C.The disadvantages of this lens are the presence of gluing, low (1:15) relative aperture, significant overall length of the device, high residual chromatism of the position outside the limits of the F-C spectral region.
Известен трехлинзовый двухкомпонентный апохроматический объектив Кехлера (Kohler) [2]. Объектив состоит из двух компонентов, разделенных воздушным промежутком. Первый компонент состоит из одной положительной линзы, а второй - из положительной и отрицательной линз, склеенных между собой. Первая по ходу лучей положительная линза имеет показатель преломления для линии d больше 1,6 и число Аббе больше 55, а линзы второго компонента имеют числа Аббе меньше 35, разность относительных частных дисперсий больше 1,61 и разность показателей преломления менее 0,05. При этом разность показателей преломления линз второго компонента и линзы первого компонента должна быть больше 0,1.Known three-lens two-component Kohler apochromatic objective (Kohler) [2]. The lens consists of two components, separated by an air gap. The first component consists of one positive lens, and the second consists of a positive and negative lens glued together. The first positive lens along the path of the rays has a refractive index for the d line greater than 1.6 and the Abbe number greater than 55, and the lenses of the second component have an Abbe number less than 35, the difference in relative partial dispersions greater than 1.61 and the difference in refractive indices less than 0.05. In this case, the difference between the refractive indices of the lenses of the second component and the lens of the first component must be greater than 0.1.
Недостатками этого объектива является наличие склейки, что ограничивает диаметры склеиваемых линз, жесткие требования к оптическим постоянным стекол, что ограничивает конструктора в выборе стекол, узкий рабочий спектральный диапазон.The disadvantages of this lens are the presence of gluing, which limits the diameters of the lenses to be glued, stringent requirements for the optical constants of glasses, which limits the designer in choosing glasses, and a narrow working spectral range.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является двухкомпонентный апохроматический объектив [3], включающий два оптически связанных компонента, разделенных воздушным промежутком d1. Первый компонент содержит одну положительную линзу, выполненную из стекла марки Y, второй - двояковогнутую линзу, выполненную из стекла марки X и положительный мениск, выполненный, из стекла марки Y, разделенные воздушным промежутком d2. Показатели преломления и числа Аббе стекол X и Y удовлетворяют следующим условиям: 1,6≤ nX ≤1,8 и 49≤ νX ≤55; 1,5≤ nY ≤1,7 и 51≤ νY ≤66, d1 ≤ 0,005f, d2 ≤ d1, где nX - показатель преломления стекла марки X; nY - показатель преломления стекла марки Y; νX - число Аббе стекла марки X; νY - число Аббе стекла марки Y; f - фокусное расстояние объектива.The closest technical solution adopted for the prototype is a two-component apochromatic lens [3], which includes two optically coupled components separated by an air gap d 1 . The first component contains one positive lens made of Y grade glass, the second - a biconcave lens made of X grade glass and a positive meniscus made of Y grade glass, separated by an air gap d 2 . Refractive indices and Abbe numbers of glasses X and Y satisfy the following conditions: 1.6 n X 1.8 and 49 ν X 55; 1.5 n Y 1.7 and 51 ν Y 66, d 1 0.005f, d 2 d 1 , where n X is the refractive index of grade X glass; n Y is the refractive index of Y-grade glass; ν X is the Abbe number of grade X glass; ν Y is the Abbe number of Y glass; f is the focal length of the lens.
Недостатком этого объектива является ограниченный рабочий спектральный диапазон (0,434÷0,700 мкм).The disadvantage of this objective is the limited working spectral range (0.434 ÷ 0.700 μm).
Техническое решение направлено на создание апохроматического объектива простой и компактной конструкции с расширенным рабочим спектральным диапазоном (400-900 нм) и улучшенной коррекцией хроматических аберраций.The technical solution is aimed at creating an apochromatic objective of a simple and compact design with an extended working spectral range (400-900 nm) and improved correction of chromatic aberrations.
Технический результат достигается тем, что предлагается апохроматический объектив, включающий два оптически связанных компонента - первый компонент однолинзовый, второй - двухлинзовый, с воздушным промежутком между компонентами d1 и воздушным промежутком между линзами второго компонента d2, отличающийся тем, что двояковыпуклая линза первого компонента и положительный мениск второго компонента изготовлены из разных марок стекол Y и Z, соответственно, причем, показатели преломления и числа Аббе стекол X, Y и Z удовлетворяют следующим условиям: 1,7≤ nX ≤1,8 и 34≤ νX ≤36; 1,6≤ nY ≤1,7 и 51≤ νY ≤54, 1,6≤ nZ ≤1,7 и 30≤ νZ ≤33, а воздушные промежутки удовлетворяют условиямThe technical result is achieved in that an apochromatic lens is proposed, including two optically coupled components - the first component is single-lens, the second is two-lens, with an air gap between the components d 1 and an air gap between the lenses of the second component d 2 , characterized in that the biconvex lens of the first component and the positive meniscus of the second component is made of different brands of glasses Y and Z, respectively, and the refractive indices and Abbe numbers of glasses X, Y and Z satisfy the following conditions: 1.7 n X 1.8 and 34 ν X 36; 1.6≤ n Y ≤1.7 and 51≤ ν Y ≤54, 1.6≤ n Z ≤1.7 and 30≤ ν Z ≤33, and the air gaps satisfy the conditions
d1 ≤ 0,0018f, d2 ≤ d1 d 1 ≤ 0.0018f, d 2 ≤ d 1
гдеwhere
nX - показатель преломления стекла марки X;n X is the refractive index of glass grade X;
nY - показатель преломления стекла марки Y;n Y is the refractive index of Y-grade glass;
nZ - показатель преломления стекла марки Z;n Z - refractive index of glass grade Z;
νX - число Аббе стекла марки X;ν X is the Abbe number of grade X glass;
νY - число Аббе стекла марки Y;ν Y is the Abbe number of Y glass;
νZ - число Аббе стекла марки Y;ν Z is the Abbe number of Y-grade glass;
f - фокусное расстояние объектива.f is the focal length of the lens.
Объектив-апохромат, изображенный на Фиг. 1 состоит из двух компонентов: первый компонент содержит двояковыпуклую линзу 1, выполненную из стекла марки Y, второй - двояковогнутую линзу 2, выполненную из стекла марки X и положительный мениск 4, выполненный из стекла марки Z. Первый компонент отделен от второго воздушным промежутком d1, а линзы второго компонента разделены воздушным промежутком d2.The apochromat lens shown in FIG. 1 consists of two components: the first component contains a biconvex lens 1 made of Y grade glass, the second — a biconcave lens 2 made of X grade glass and a positive meniscus 4 made of Z grade glass.The first component is separated from the second by an air gap d 1 , and the lenses of the second component are separated by an air gap d 2 .
Воздушный промежуток d1 служит для коррекции сферической аберрации, а промежуток d2 - для коррекции сферохроматической аберрации.The air gap d 1 is used to correct spherical aberration, and the gap d 2 is used to correct spherochromatic aberration.
Все оптические поверхности имеют сферическую форму.All optical surfaces are spherical.
Действие объектива, изображенного на Фиг. 1 осуществляется следующим образом: параллельный пучок лучей от удаленного предмета проходит через входной зрачок объектива, совпадающий с первой поверхностью, и, преломившись последовательно через поверхности трех линз, строит изображение этого предмета в фокальной плоскости F'.The operation of the lens shown in FIG. 1 is carried out as follows: a parallel beam of rays from a distant object passes through the entrance pupil of the objective, which coincides with the first surface, and, having refracted successively through the surfaces of three lenses, builds an image of this object in the focal plane F '.
Ниже приведен пример конкретной реализации предлагаемого объектива. В качестве примера рассчитан следующий объектив:Below is an example of a specific implementation of the proposed lens. The following lens is calculated as an example:
фокусное расстояние F' - 1021 мм;focal length F '- 1021 mm;
задний отрезок - 973,14 мм;back section - 973.14 mm;
относительное отверстие - 1:10;relative aperture - 1:10;
рабочий спектральный диапазон объектива - 400÷900 нм;working spectral range of the objective - 400 ÷ 900 nm;
угловое поле в пространстве предметов - +/- 0,25°.angular field in the space of objects - +/- 0.25 °.
Конструктивные параметры рассчитанного объектива приведены в таблице 1. В строках «1», «2», «3» указаны радиусы кривизны, толщины, показатели преломления и числа Аббе для трех линз. В строке «d1» указан воздушный промежуток между компонентами, а в строке «d2» - воздушный промежуток между линзами 2 и 3.The design parameters of the calculated objective are given in Table 1. Lines "1", "2", "3" indicate the radii of curvature, thickness, refractive indices and Abbe numbers for three lenses. Line “d 1 ” indicates the air gap between the components, and line “d 2 ” indicates the air gap between
Высокое качество изображения, создаваемого предложенным апохроматическим объективом, подтверждается графическими материалами, представленными на Фиг. 2 и Фиг. 3.The high quality of the image created by the proposed apochromatic objective is confirmed by the graphic materials shown in Fig. 2 and FIG. 3.
На Фиг. 2. приведен график продольной хроматической аберрации для спектрального интервала 400-900 нм. По оси абсцисс отложена продольная хроматическая аберрация в микронах, по оси ординат отложена длина волны в нанометрах. Хорошо виден S-образный характер кривой продольной хроматической аберрации, что свидетельствует о том, что в предлагаемом объективе в указанном спектральном диапазоне три длины волны сведены в одном фокусе и тем самым достигнута высокая степень коррекции продольной хроматической аберрации, величина которой в данном примере равна 153,5 мкм.FIG. 2. shows a graph of longitudinal chromatic aberration for the spectral range of 400-900 nm. The abscissa is the longitudinal chromatic aberration in microns, the ordinate is the wavelength in nanometers. The S-shaped character of the longitudinal chromatic aberration curve is clearly visible, which indicates that in the proposed lens in the specified spectral range, three wavelengths are brought together in one focus, and thus a high degree of correction of the longitudinal chromatic aberration is achieved, the value of which in this example is 153. 5 microns.
На Фиг. 3 приведен график полихроматического числа Штреля в рабочем спектральном диапазоне объектива. По оси абсцисс отложены координаты полевых точек в угловой мере, а по оси ординат - число Штреля. Система имеет дифракционное качество в рабочем спектральном диапазоне в пределах всего поля зрения.FIG. 3 shows a graph of the polychromatic Strehl number in the working spectral range of the objective. The abscissa shows the coordinates of field points in angular measure, and the ordinate shows the Strehl number. The system has a diffraction quality in the working spectral range within the entire field of view.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении рабочего спектрального диапазона объектива до 400-900 нм при сохранении высокого уровня коррекции геометрических и хроматических аберраций и малых габаритов устройства.The technical result achieved when solving the problem is to increase the working spectral range of the lens to 400-900 nm while maintaining a high level of correction of geometric and chromatic aberrations and small dimensions of the device.
Таким образом, реализация технических преимуществ предлагаемого устройства, обладающего совокупностью указанных отличительных признаков, позволяет создать простую и компактную конструкцию апохроматического объектива с относительным отверстием 1:10 и хорошей коррекцией хроматических и монохроматических аберраций, который может использоваться в телескопических системах различного назначения, в том числе, в качестве объектива астрономических телескопов для визуального наблюдения.Thus, the implementation of the technical advantages of the proposed device, which has a combination of these distinctive features, allows you to create a simple and compact design of an apochromatic objective with a relative aperture of 1:10 and good correction of chromatic and monochromatic aberrations, which can be used in telescopic systems for various purposes, including, as a lens for astronomical telescopes for visual observation.
ЛитератураLiterature
1. Попов Г.М. Современная астрономическая оптика. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 192 с. Стр. 67-68.1. Popov G.M. Modern astronomical optics. - M .: Science. Ch. ed. physical-mat. lit., 1988 .-- 192 p. P. 67-68.
2. US patent №785602, 1957 г.2. US patent No. 785602, 1957
3. RU №185717, 2018 г.3. RU No. 185717, 2018
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129639A RU2752813C1 (en) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | Apochromatic objective for wide spectrum area |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129639A RU2752813C1 (en) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | Apochromatic objective for wide spectrum area |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2752813C1 true RU2752813C1 (en) | 2021-08-06 |
Family
ID=77226248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020129639A RU2752813C1 (en) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | Apochromatic objective for wide spectrum area |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752813C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4620775A (en) * | 1984-09-26 | 1986-11-04 | Ricoh Company, Ltd. | Front-diaphragm wide angle lens |
SU1527603A1 (en) * | 1988-03-15 | 1989-12-07 | Предприятие П/Я В-8450 | Collimator lens |
US20030095341A1 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Single-focus lens |
US20160282584A1 (en) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Lens assembly |
RU185717U1 (en) * | 2018-09-11 | 2018-12-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | TWO COMPONENT APOCHROMATIC LENS |
-
2020
- 2020-09-08 RU RU2020129639A patent/RU2752813C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4620775A (en) * | 1984-09-26 | 1986-11-04 | Ricoh Company, Ltd. | Front-diaphragm wide angle lens |
SU1527603A1 (en) * | 1988-03-15 | 1989-12-07 | Предприятие П/Я В-8450 | Collimator lens |
US20030095341A1 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Single-focus lens |
US20160282584A1 (en) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Lens assembly |
RU185717U1 (en) * | 2018-09-11 | 2018-12-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | TWO COMPONENT APOCHROMATIC LENS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6185825B2 (en) | Immersion microscope objective lens and microscope using the same | |
JP2006113486A (en) | Immersion system microscope objective | |
RU185717U1 (en) | TWO COMPONENT APOCHROMATIC LENS | |
JP7186011B2 (en) | microscope objective lens | |
RU192789U1 (en) | FOUR-LENS APOCHROMATIC LENS | |
RU2451312C1 (en) | Objective lens | |
JP2015135440A (en) | Objective lens | |
RU2752813C1 (en) | Apochromatic objective for wide spectrum area | |
JP2008015418A (en) | Eyepiece | |
JP7416224B2 (en) | Microscope optics, microscope equipment, and imaging lenses | |
US11693223B2 (en) | Autofocusing microscope objective | |
RU2749179C1 (en) | Wide spectrum superapochromat | |
RU2359295C1 (en) | Telescopic galilei-type optical system | |
JP6392947B2 (en) | Immersion microscope objective lens and microscope using the same | |
RU186325U1 (en) | TWO COMPONENT APOCHROMATIC LENS | |
RU196376U1 (en) | Four-lens apochromatic lens | |
JP6898601B2 (en) | Observation optics | |
RU2229150C1 (en) | Eyepiece | |
RU2784320C1 (en) | Apochromat lens | |
JP2011017978A (en) | Eye-piece zoom optical system | |
JPH09197283A (en) | Objective lens | |
JP6233421B2 (en) | Objective lens and microscope | |
RU222247U1 (en) | Mirror-lens binoculars | |
JP4059644B2 (en) | Observation optical system | |
RU195643U1 (en) | TELESCOPIC LENS |