RU2154849C2 - Ultraviolet objective - Google Patents

Ultraviolet objective Download PDF

Info

Publication number
RU2154849C2
RU2154849C2 RU98105180A RU98105180A RU2154849C2 RU 2154849 C2 RU2154849 C2 RU 2154849C2 RU 98105180 A RU98105180 A RU 98105180A RU 98105180 A RU98105180 A RU 98105180A RU 2154849 C2 RU2154849 C2 RU 2154849C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lenses
lens
correction element
spectrum
proposed
Prior art date
Application number
RU98105180A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98105180A (en
Inventor
Ю.А. Клевцов
Е.О. Ульянова
Original Assignee
Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники СО РАН
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 Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники СО РАН filed Critical Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники СО РАН
Priority to RU98105180A priority Critical patent/RU2154849C2/en
Publication of RU98105180A publication Critical patent/RU98105180A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2154849C2 publication Critical patent/RU2154849C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: objective includes primary concave parabolic mirror, secondary spherical mirror and correction element. Correction element is made of three lenses with same refractive index. Extreme lenses are negative and are produced in the form of meniscuses facing space of images with concavity and central lens is biconvex. EFFECT: improved quality of image and expanded spectral range of operation. 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области наблюдательных оптических приборов и может быть использовано для решения задач обнаружения, распознавания и идентификации объектов наблюдения в спектральном диапазоне 0,15-0,436 мкм. The invention relates to the field of observing optical devices and can be used to solve problems of detection, recognition and identification of objects of observation in the spectral range of 0.15-0.436 μm.

Известен объектив для работы в ультрафиолетовой области спектра (Попов Г. М. Современная астрономическая оптика. - М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит. , 1988. - с. 163,164), содержащий главное вогнутое зеркало, вторичное выпуклое зеркало и корректирующий элемент, отличающийся тем, что главное и вторичное зеркала имеют форму гиперболоидов вращения, а корректирующий элемент выполнен в виде квазиконцентрического отрицательного мениска с выпуклой эллиптической поверхностью, обращенной к пространству предметов. A well-known lens for working in the ultraviolet region of the spectrum (Popov G.M. Modern astronomical optics. - M .: Nauka. Gl. Ed. Phys.-Math. Lit., 1988. - S. 163.164), containing the main concave mirror, secondary a convex mirror and a correction element, characterized in that the primary and secondary mirrors are in the form of rotation hyperboloids, and the correction element is made in the form of a quasiconcentric negative meniscus with a convex elliptical surface facing the space of objects.

Основным недостатком этой системы является малое поле зрения, которое не превышает 1,5o.The main disadvantage of this system is the small field of view, which does not exceed 1.5 o .

Прототипом изобретения является объектив для работы в ультрафиолетовой области спектра (Wolf Е. // Progress in Optics. - 1983, V.20), содержащий главное вогнутое параболическое зеркало, вторичное сферическое зеркало и корректирующий элемент из двух линз, установленных по ходу луча позади вторичного зеркала, первая из которых выполнена в виде отрицательного мениска, вогнутостью обращенного к пространству изображений, а вторая - в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к объекту наблюдения. The prototype of the invention is a lens for operation in the ultraviolet region of the spectrum (Wolf E. // Progress in Optics. - 1983, V.20), containing the main concave parabolic mirror, a secondary spherical mirror and a correction element of two lenses mounted along the beam behind the secondary mirrors, the first of which is made in the form of a negative meniscus with a concavity facing the space of images, and the second is in the form of a positive meniscus facing with a concavity to the object of observation.

Основным недостатком прототипа является низкое качество изображения и узкий спектральный диапазон работы (размеры пятна рассеяния в пределах углового поля 2ω = 2,5o составляют порядка 10'' дуги в диапазоне спектра 0,185-0,250 мкм при относительном отверстии 1:2,6).The main disadvantage of the prototype is the low image quality and a narrow spectral range of operation (the dimensions of the scattering spot within the angular field 2ω = 2.5 o are of the order of 10 '' arc in the spectrum range of 0.185-0.250 μm with a relative aperture of 1: 2.6).

Необходимое улучшение качества изображения и расширение спектральной области работы в этой системе невозможно обеспечить из-за наличия больших остаточных аберраций, из которых первостепенное значение имеют: хроматизм увеличения и остаточная сферохроматическая аберрация. The necessary improvement in image quality and the expansion of the spectral range of work in this system cannot be ensured due to the presence of large residual aberrations, of which paramount importance is: chromaticity of magnification and residual spherochromatic aberration.

Предложенная система объектива для работы в ультрафиолетовой области спектра позволяет обеспечить более высокие технические характеристики: улучшить качество изображения и расширить спектральный диапазон работы. The proposed lens system for operation in the ultraviolet region of the spectrum allows to provide higher technical characteristics: improve image quality and expand the spectral range of work.

Более высокие технические характеристики предложенной системы обеспечиваются новой совокупностью отличительных признаков: корректирующий элемент состоит из трех линз, причем крайние линзы отрицательные и выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, а центральная - двояковыпуклая. Higher technical characteristics of the proposed system are provided by a new set of distinctive features: the corrective element consists of three lenses, the extreme lenses being negative and made in the form of menisci facing concavity to the image space, and the central one is biconvex.

Выполнение корректирующего элемента системы из трех линз дает возможность распределить оптическую силу отрицательной компоненты корректора между двумя линзами и разместить компоненты корректора по симметричной схеме: отрицательные линзы по краям, положительная в центре. Это дает возможность исправить хроматизм увеличения в широкой области спектра, который неизбежно возникает при окончательной компоновке системы (вводе реальных толщин линз), и который невозможно исправить полностью при двухлинзовой компоновке корректора. The implementation of the corrective element of the system of three lenses makes it possible to distribute the optical power of the negative components of the corrector between the two lenses and place the components of the corrector in a symmetrical pattern: negative lenses along the edges, positive in the center. This makes it possible to correct the chromaticity of the increase in a wide spectral region, which inevitably arises during the final layout of the system (entering the actual thickness of the lenses), and which cannot be completely corrected with a dual-lens corrector layout.

Выполнение отрицательных линз корректора в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, а центральной, положительной линзы корректора в форме двояковыпуклой дает возможность уменьшения остаточной сферохроматической аберрации в широком диапазоне спектра, так как при этом уменьшаются углы падения лучей на оптические поверхности корректора. При этом также уменьшается и остаточная кома, в результате чего повышается качество изображения и расширяется спектральный диапазон работы системы. The implementation of negative corrector lenses in the form of menisci facing concavity to the image space, and a central, positive corrector lens in the form of a biconvex makes it possible to reduce the residual spherochromatic aberration in a wide range of the spectrum, since the angles of incidence of rays on the optical surfaces of the corrector are reduced. At the same time, the residual coma also decreases, as a result of which the image quality is increased and the spectral range of the system is expanded.

Авторам неизвестны оптические системы объективов, обладающие признаками, сходными с признаками, отличающими предлагаемую систему от прототипа, поэтому данная оптическая система обладает существенными отличиями. The authors are not aware of the optical systems of lenses that have features similar to those that distinguish the proposed system from the prototype, therefore this optical system has significant differences.

Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:
Фиг. 1 - оптическая схема объектива.
The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:
FIG. 1 is an optical diagram of a lens.

Фиг. 2 - поперечные аберрации на оси. FIG. 2 - transverse aberration on the axis.

Поперечные аберрации вне оси:
Фиг. 3а - для 2ω = 2,5o и λ = 0,15-0,254 мкм.
Transverse aberration off axis:
FIG. 3a - for 2ω = 2.5 o and λ = 0.15-0.254 μm.

Фиг. 3б - для 2ω = 1,25o и λ = 0,15-0,254 мкм.FIG. 3b - for 2ω = 1.25 o and λ = 0.15-0.254 μm.

Фиг. 3в - для 2ω = 2,5o и λ = 0,254-0,436 мкм.FIG. 3c - for 2ω = 2.5 o and λ = 0.254-0.436 μm.

Фиг. 3г - для 2ω = 1,25o и λ = 0,254-0,436 мкм.FIG. 3G - for 2ω = 1.25 o and λ = 0.254-0.436 μm.

Фиг. 4 - остаточный хроматизм увеличения. FIG. 4 - residual chromatism increase.

Оптическая передаточная функция:
Фиг. 5а - для диапазона спектра λ = О,15-0,254 мкм.
Optical Transfer Function:
FIG. 5a - for the spectrum range λ = O, 15-0.254 μm.

Фиг. 5б - для диапазона спектра λ = 0,254-0,436 мкм. FIG. 5b - for the spectrum range λ = 0.254-0.436 μm.

На фиг. 1 изображена предлагаемая оптическая система объектива. Система содержит главное вогнутое параболическое зеркало 1, вторичное сферическое зеркало 2 и корректирующий элемент, установленный по ходу луча позади вторичного зеркала, состоящий из трех линз 3, 4 и 5, из которых крайние линзы 3 и 5 выполнены в виде отрицательных менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, а центральная линза 4 - двояковыпуклая. Линзы корректора выполнены с одинаковым показателем преломления (из фтористого лития). In FIG. 1 shows the proposed optical system of the lens. The system contains a main concave parabolic mirror 1, a secondary spherical mirror 2, and a correction element mounted along the beam behind the secondary mirror, consisting of three lenses 3, 4, and 5, of which the extreme lenses 3 and 5 are made in the form of negative menisci facing concavity to image space, and the central lens 4 is biconvex. The corrector lenses are made with the same refractive index (lithium fluoride).

Лучи света, отражаясь от главного и вторичного зеркала 1 и 2, проходят через линзы корректора 3, 4 и 5, образуя изображение объекта наблюдения в фокальной плоскости, которая расположена позади главного зеркала 1. Rays of light, reflected from the main and secondary mirrors 1 and 2, pass through the lenses of the corrector 3, 4 and 5, forming an image of the object of observation in the focal plane, which is located behind the main mirror 1.

Конструктивные параметры предложенного объектива приведены в таблице, где:
i - номер поверхности; ri - радиусы кривизны поверхностей; di - толщины линз и воздушные промежутки; ni - показатели преломления; O⌀i - световые диаметры поверхностей. Все линейные параметры системы приводятся в мм.
The design parameters of the proposed lens are shown in the table, where:
i is the surface number; r i are the radii of curvature of the surfaces; d i - the thickness of the lenses and air gaps; n i are the refractive indices; O⌀ i - light diameters of the surfaces. All linear system parameters are given in mm.

Для улучшения качества изображения спектральная область работы предлагаемого объектива 0,15-0,436 мкм разбивается на два поддиапазона: 0,15-0,254 мкм и 0,254-0,436 мкм. Объектив для работы в ультрафиолетовой области спектра имеет следующие характеристики:
Фокусное расстояние f' = 411 мм.
To improve image quality, the spectral range of the proposed lens 0.15-0.436 μm is divided into two sub-ranges: 0.15-0.254 μm and 0.254-0.436 μm. The ultraviolet lens has the following characteristics:
Focal length f '= 411 mm.

Задний фокальный отрезок
для 0,15-0,254 мкм S''F = 51,26 мм;
для 0,254-0,436 мкм S''F = 51,22 мм.
Back focal length
for 0.15-0.254 μm S ' F = 51.26 mm;
for 0.254-0.436 μm S '' F = 51.22 mm.

Угловое поле 2ω = 2,5o.Angular field 2ω = 2.5 o .

Относительное отверстие D: f'= 1:3,16. Relative hole D: f '= 1: 3.16.

Основная длина волны
для 0,15-0,254 мкм λ = 0,203 мкм;
для 0,254-0,436 мкм λ = 0,334 мкм.
Main wavelength
for 0.15-0.254 μm λ = 0.203 μm;
for 0.254-0.436 μm λ = 0.334 μm.

На фиг. 2, 3а, 3б, 3в, 3г, 4 изображены графики остаточных аберраций предлагаемой системы для длин волн 0,15; 0,203; 0,254; 0,334 и 0,436 мкм. In FIG. 2, 3a, 3b, 3c, 3g, 4 depict graphs of the residual aberrations of the proposed system for wavelengths of 0.15; 0.203; 0.254; 0.334 and 0.436 μm.

На фиг. 2 показан ход поперечных осевых аберраций, где по оси ординат отложены зоны входного зрачка m (мм), а по оси абсцисс - значения поперечных аберраций ΔY′ (мм). In FIG. Figure 2 shows the course of the transverse axial aberrations, where the ordinate of the entrance pupil m (mm) is plotted along the ordinate axis, and the transverse aberration ΔY ′ (mm) along the abscissa axis.

На фиг. 3а, 3б приведены графики поперечных аберраций предлагаемой системы в диапазонах спектра от λ = 0,15 мкм до λ = 0,254 мкм и от λ = 0,254 мкм до λ = 0,436 мкм (фиг. 3в, 3г) для двух углов наклона главного луча с осью системы 2ω = 2,5o и 2ω = 1,25o, где по оси ординат отложены зоны входного зрачка m (мм) и М (мм) в меридиональном и сагиттальном сечении соответственно, а по оси абсцисс - значения поперечных аберраций Δy (мм) в меридиональном и ΔY (мм), ΔZ (мм) в сагиттальном сечениях.In FIG. 3a, 3b are graphs of the transverse aberrations of the proposed system in the spectrum ranges from λ = 0.15 μm to λ = 0.254 μm and from λ = 0.254 μm to λ = 0.436 μm (Figs. 3c, 3d) for two tilt angles of the main beam with the axis systems 2ω = 2.5 o and 2ω = 1.25 o , where the ordinate of the entrance pupil shows the areas of the entrance pupil m (mm) and M (mm) in the meridional and sagittal sections, respectively, and the abscissa shows the values of the transverse aberrations Δy (mm ) in the meridional and ΔY (mm), ΔZ (mm) in the sagittal sections.

На фиг. 4 приводятся графики остаточного хроматизма увеличения, где ωo - половина углового поля, a

Figure 00000002
значения хроматизма увеличения. Из приведенных графиков видно, что данная хроматическая аберрация достаточно хорошо исправлена в спектральном диапазоне 0,15-0,436 мкм.In FIG. 4 shows graphs of the residual chromatism of increase, where ω o is half the angular field, a
Figure 00000002
chromatism values increase. From the graphs it can be seen that this chromatic aberration is quite well corrected in the spectral range of 0.15-0.436 μm.

Из фиг. 2 - 4 видно, что остаточные аберрации в предлагаемой системе малы, особенно это относится к хроматизму увеличения, который в диапазоне спектра 0,15-0,254 мкм не превышает 0,08%, и остаточным аберрациям на оси системы, которые, как показали сравнения, значительно меньше, чем в прототипе. From FIG. 2 - 4 it is seen that the residual aberrations in the proposed system are small, this applies especially to the chromaticity of increase, which does not exceed 0.08% in the spectrum range 0.15-0.254 μm, and residual aberrations on the axis of the system, which, as shown by comparisons, significantly less than in the prototype.

На фиг. 5а, 5б изображены графики частотно-контрастной характеристики предлагаемого объектива в диапазоне спектра 0,15-0,254 мкм и 0,254-0,436 мкм соответственно, где Т - контраст, а N (линий/мм) - разрешающая способность. Видно, что в пределах поля 2ω = 2,5o предлагаемый объектив разрешает не менее 45 линий/мм при уровне контраста 40%. В центре поля разрешение повышается до 62 линий/мм в диапазоне 0,15-0,254 мкм и 150 линий/мм в диапазоне 0,254-0,436 мкм.In FIG. 5a, 5b are graphs of the frequency-contrast characteristics of the proposed lens in the spectrum range 0.15-0.254 μm and 0.254-0.436 μm, respectively, where T is the contrast and N (lines / mm) is the resolution. It can be seen that within the field of 2ω = 2.5 o the proposed lens allows at least 45 lines / mm with a contrast level of 40%. In the center of the field, the resolution rises to 62 lines / mm in the range of 0.15-0.254 microns and 150 lines / mm in the range of 0.254-0.436 microns.

Анализ данных работы [2] показывает, что в диапазоне спектра 0,185-0,250 мкм разрешающая способность прототипа (при ⌀ 130 мм, относительном отверстии 1: 2,6 и поле 2ω = 2,5o) в среднем на 10 линий/мм меньше, чем в предлагаемой системе.Analysis of the data from [2] shows that in the spectrum range 0.185-0.250 μm the resolution of the prototype (at ⌀ 130 mm, relative aperture 1: 2.6 and field 2ω = 2.5 o ) is on average 10 lines / mm less than in the proposed system.

Таким образом, предлагаемый объектив для работы в ультрафиолетовой области спектра имеет более высокую разрешающую способность и, как это видно из приведенных выше данных, значительно более широкий спектральный диапазон работы. Thus, the proposed lens for operation in the ultraviolet region of the spectrum has a higher resolution and, as can be seen from the above data, a significantly wider spectral range of operation.

Предлагаемый объектив может быть использован для решения задач обнаружения, распознавания и идентификации объектов наблюдения в атмосфере, а также в астрономических телескопах, работающих в ультрафиолетовой области спектра от 0,15 до 0,436 мкм. The proposed lens can be used to solve problems of detection, recognition and identification of observation objects in the atmosphere, as well as in astronomical telescopes operating in the ultraviolet region of the spectrum from 0.15 to 0.436 μm.

ЛИТЕРАТУРА
1. Попов Г.М. Современная астрономическая оптика. - М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1988. - 192 с.
LITERATURE
1. Popov G.M. Modern astronomical optics. - M .: Science. Ch. ed. phys.- mat. lit., 1988 .-- 192 p.

2. Wolf E. //Progress in Optics. - 1983. - V. 20. 2. Wolf E. // Progress in Optics. - 1983 .-- V. 20.

Claims (1)

Объектив для работы в ультрафиолетовой области спектра, содержащий главное вогнутое параболическое зеркало, вторичное сферическое зеркало и корректирующий элемент, выполненный из линз с одинаковым показателем преломления, отличающийся тем, что корректирующий элемент состоит из трех линз, причем крайние линзы отрицательные и выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, а центральная - двояковыпуклая. A lens for operating in the ultraviolet region of the spectrum, comprising a main concave parabolic mirror, a secondary spherical mirror and a correction element made of lenses with the same refractive index, characterized in that the correction element consists of three lenses, the extreme lenses being negative and made in the form of menisci, facing concavity to the space of images, and the central one is biconvex.
RU98105180A 1998-03-17 1998-03-17 Ultraviolet objective RU2154849C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98105180A RU2154849C2 (en) 1998-03-17 1998-03-17 Ultraviolet objective

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98105180A RU2154849C2 (en) 1998-03-17 1998-03-17 Ultraviolet objective

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98105180A RU98105180A (en) 2000-01-10
RU2154849C2 true RU2154849C2 (en) 2000-08-20

Family

ID=20203674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98105180A RU2154849C2 (en) 1998-03-17 1998-03-17 Ultraviolet objective

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2154849C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807441A (en) * 2017-11-22 2018-03-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 catadioptric optical imaging system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807441A (en) * 2017-11-22 2018-03-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 catadioptric optical imaging system
CN107807441B (en) * 2017-11-22 2018-08-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 catadioptric optical imaging system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5638219A (en) Ultracompact complex optical device
JP4341002B2 (en) Projection objective lens
EP0506338B1 (en) Color-corrected telecentric scan lens
Wynne et al. Atmospheric dispersion correctors at the Cassegrain focus
JP2003167196A (en) Cata-dioptric system
US4600265A (en) Infra-red optical systems
RU192789U1 (en) FOUR-LENS APOCHROMATIC LENS
RU2154849C2 (en) Ultraviolet objective
US6965483B2 (en) Imaging system comprising a concave mirror
US5909307A (en) Optical system for infrared camera
RU2181206C2 (en) High-speed lens
RU2584382C1 (en) Achromatic catadioptric lens
RU2104570C1 (en) Wide-aperture lens for near infrared light
RU2185645C2 (en) Panoramic catadioptric lens
RU204248U1 (en) LENS
RU188678U1 (en) MIRROR-LENS LENS
RU220310U1 (en) MIRROR LENS
US20230288670A1 (en) Objective lens
SU1670662A1 (en) Photographic lens
RU2631531C1 (en) Mirror-lensed objective for work in near ir-spectral range
RU2239855C2 (en) Lens objective
RU2187135C2 (en) High-speed lens
RU2092880C1 (en) Ocular
RU2183341C1 (en) Wide-aperture lens
SU1280558A1 (en) Lens with extended entrance pupil

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090318