RU2752813C1 - Apochromatic objective for wide spectrum area - Google Patents

Apochromatic objective for wide spectrum area Download PDF

Info

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
Application number
RU2020129639A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Владимировна Чичаева
Руслан Алексеевич Дмитерко
Андрей Александрович Страхов
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Priority to RU2020129639A priority Critical patent/RU2752813C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2752813C1 publication Critical patent/RU2752813C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/04Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/12Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
    • G02B9/14Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - +
    • G02B9/16Optical 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

FIELD: optics.SUBSTANCE: objective can be used in telescopic systems, including astronomical telescopes for visual observation. An apochromatic objective includes two optically coupled components. The first component is a biconvex lens made of grade Y glass and the second is a double-lens positive meniscus made of grade Z glass, containing a biconcave lens made of grade X glass, the air gap between the components is d1and the air gap between the lenses of the second component is d2. Refraction indices and Abbe numbers of the glasses X, Y and Z comply with the following conditions: 1.7≤nX≤1.8 and 34≤νX≤36; 1.6≤nY≤1.7 and 51≤νY≤54, 1.6≤nZ≤1.7 and 30≤νZ≤33, and the air gaps comply with the conditions d1≤0.0018f, d2≤d1, wherein nXis the refraction index of the grade X glass; nYis the refractive index of the grade Y glass; nZis the refractive index of the grade Z glass; νXis the Abbe number of the grade X glass; νYis the Abbe number of the grade Y glass; νZis the Abbe number of the grade Y glass; f is the focal length of the objective.EFFECT: provided is simple and compact design with an extended operating spectral range (400 to 900 nm) and improved chromatic aberration correction.1 cl, 3 dwg, 1 tbl

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 lenses 2 and 3.

Figure 00000001
Figure 00000001

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)

Апохроматический объектив, включающий два оптически связанных компонента, первый компонент однолинзовый положительный, выполненный из стекла марки Y, второй – двухлинзовый, содержащий двояковогнутую линзу, выполненную из стекла марки X, и положительный мениск, с воздушным промежутком между компонентами d1 и воздушным промежутком между линзами второго компонента d2, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде двояковыпуклой линзы, а положительный мениск второго компонента изготовлен из стекла марки Z, 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 условиям d1≤0,0018f, d2≤d1,Apochromatic lens, including two optically coupled components, the first component is a single-lens positive, made of Y glass, the second is a two-lens, containing a biconcave lens made of X glass and a positive meniscus, with an air gap between the components d 1 and an air gap between the lenses the second component d 2 , characterized in that the first component is made in the form of a biconvex lens, and the positive meniscus of the second component is made of grade Z glass, 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 v 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 d 1 ≤0.0018f, d 2 ≤d 1 , где nX - показатель преломления стекла марки X;where n X is the refractive index of grade X glass; 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.
RU2020129639A 2020-09-08 2020-09-08 Apochromatic objective for wide spectrum area RU2752813C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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