RU220310U1 - MIRROR LENS - Google Patents
MIRROR LENS Download PDFInfo
- Publication number
- RU220310U1 RU220310U1 RU2023114960U RU2023114960U RU220310U1 RU 220310 U1 RU220310 U1 RU 220310U1 RU 2023114960 U RU2023114960 U RU 2023114960U RU 2023114960 U RU2023114960 U RU 2023114960U RU 220310 U1 RU220310 U1 RU 220310U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- mirror
- optical power
- lens system
- optical
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к оптическому приборостроению, и может быть использована в оптической промышленности, и, в частности, в астрономических телескопах, и особенно в оптико-электронных камерах космических телескопов и т.д.The utility model relates to optical instrumentation, and can be used in the optical industry, and, in particular, in astronomical telescopes, and especially in optical-electronic cameras of space telescopes, etc.
Зеркально-линзовый объектив содержит установленные последовательно по направлению хода луча главное вогнутое с центральным отверстием гиперболическое зеркало, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и линзовую систему с оптической силой ϕл.с., выполненную из одиночных линзовых компонентов, первый из которых мениск с оптической силой ϕI, обращенный вогнутостью в пространство изображения, второй - с отрицательной оптической силой ϕII, установленные позади главного зеркала. При этом первый компонент линзовой системы выполнен с отрицательной оптической силой, второй отрицательный компонент линзовой системы выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми сферическими поверхностями в пространство объекта.The mirror-lens lens contains a primary concave hyperbolic mirror with a central hole, a secondary convex hyperbolic mirror and a lens system with an optical power of ϕ hp installed sequentially in the direction of the beam. , made of single lens components, the first of which is a meniscus with optical power ϕ I , facing concavity into the image space, the second - with negative optical power ϕ II , installed behind the main mirror. In this case, the first component of the lens system is made with negative optical power, the second negative component of the lens system is made in the form of a meniscus, facing the object space with concave spherical surfaces.
Технический результат состоит в увеличении спектрального интервала и относительного отверстия при дифракционно-ограниченном качестве изображения по всему полю. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в оптической промышленности, и, в частности, в астрономических телескопах, и особенно в оптико-электронных камерах космических телескопов и т.д.The utility model relates to optical instrumentation and can be used in the optical industry, and, in particular, in astronomical telescopes, and especially in optical-electronic cameras of space telescopes, etc.
Зеркально-линзовые объективы обычно состоят из главного вогнутого зеркала с центральным отверстием, вторичного выпуклого зеркала и линзового корректора полевых аберраций.Mirror lens lenses usually consist of a primary concave mirror with a central hole, a secondary convex mirror, and a field aberration corrector lens.
Сферическая аберрация и кома исправляются асферизацией главного и вторичного зеркал, придавая им гиперболическую форму. Полевые аберрации - астигматизм и кривизна изображения коррегируются линзовым корректором полевых аберраций (КПА), который обычно устанавливается позади главного зеркала перед фокальной плоскостью.Spherical aberration and coma are corrected by aspherization of the primary and secondary mirrors, giving them a hyperbolic shape. Field aberrations - astigmatism and image curvature are corrected by a field aberration corrector (FAC), which is usually installed behind the main mirror in front of the focal plane.
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.There are known mirror-lens lenses containing a hyperbolic primary mirror (MS) and a secondary mirror (SE), as well as a single-lens CPA with an aspherical surface [1]. This corrector made it possible to correct astigmatism. To correct the curvature of the image, the main and secondary mirrors had to be moved apart. This led to a large central screening coefficient ε=0.57 and significant longitudinal dimensions: the distance d between the main and secondary mirrors was 0.33f' about , where f' about is the focal length of the entire lens, and, therefore, unacceptable for a space telescope weight gain.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является зеркально-линзовый объектив [2], содержащий главное вогнутое зеркало гиперболической формы с центральным отверстием, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и двухкомпонентную линзовую систему оптической силой ϕл.с., установленную позади главного зеркала перед фокальной плоскостью. Компоненты линзовой системы - одиночные линзы. Первый компонент с положительной оптической силой ϕI, второй компонент - одиночная линза с отрицательной оптической силой ϕII, установленный непосредственно перед фокальной плоскостью. Оптическая силы линзовой системы и ее компонентов удовлетворяют условию:The closest technical solution to the claimed utility model is a mirror-lens lens [2], containing a primary concave mirror of a hyperbolic shape with a central hole, a secondary convex hyperbolic mirror and a two-component lens system with optical power ϕ hp. , installed behind the main mirror in front of the focal plane. The components of the lens system are single lenses. The first component is with positive power ϕI , the second component is a single lens with negative power ϕII , mounted just in front of the focal plane. The optical power of the lens system and its components satisfy the following conditions:
ϕл.с./ϕз.с.=-10.5÷-11.5,ϕ hp /ϕ z.s. =-10.5÷-11.5,
где - ϕз.с. оптическая сила зеркальной системы, состоящей из главного и вторичного зеркал,where - ϕ z.s. optical power of a mirror system consisting of a primary and secondary mirrors,
ϕI/ϕл.с.=-0.20÷-0.55; ϕII/ϕл.с.=1.4÷1.6,ϕ I /ϕ hp =-0.20÷-0.55; ϕ II /ϕ hp =1.4÷1.6,
при этом расстояние d между компонентами удовлетворяет условию: d=0.05÷0.06d0,in this case, the distance d between the components satisfies the condition: d=0.05÷0.06d 0 ,
где d0= - расстояние между главным и вторичным зеркалами.where d 0 = is the distance between the main and secondary mirrors.
Кроме того, в зеркально-линзовом объективе первый компонент линзовой системы выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, второй компонент выполнен в виде двояковогнутой линзы, при этом линзы выполнены из материалов с коэффициентами дисперсий ν1 и νII In addition, in a mirror-lens lens, the first component of the lens system is made in the form of a meniscus, facing concavity into the image space, the second component is made in the form of a biconcave lens, and the lenses are made of materials with dispersion coefficients ν 1 and ν II
ν1/νII=0.55÷0.65, ν1-=νII=21÷27, первая по ходу луча вогнутая поверхность второго компонента выполнена гиперболической формы.ν 1 /ν II =0.55÷0.65, ν 1- =ν II =21÷27, the first concave surface of the second component along the beam is made of a hyperbolic shape.
Недостатками такой системы являются:The disadvantages of such a system are:
- отличное качество изображения: RMS≤0,03λ только в центре, на краю поля RMS≥0.13λ,- excellent image quality: RMS≤0.03λ only in the center, at the edge of the field RMS≥0.13λ,
- ограниченный спектральный интервал,- limited spectral range,
- недостаточно высокое относительное отверстие и наличие асферической поверхности на втором компоненте линзовой системы.- insufficiently high relative aperture and the presence of an aspherical surface on the second component of the lens system.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение спектрального интервала и относительного отверстия при дифракционно-ограниченном качестве изображения по всему полю.The main problem that the useful model is aimed at solving is increasing the spectral interval and relative aperture with diffraction-limited image quality over the entire field.
Для решения поставленной задачи предлагается зеркально-линзовый объектив, который, как и прототип, содержит установленные последовательно по направлению хода луча главное вогнутое с центральным отверстием гиперболическое зеркало, вторичное выпуклое гиперболическое зеркало и линзовую систему с оптической силой ϕл.с., выполненную из одиночных линзовых компонентов, первый из которых мениск с оптической силой ϕI, обращенный вогнутостью в пространство изображения, второй - с отрицательной оптической силой ϕII, установленные позади главного зеркала.To solve the problem, a mirror-lens lens is proposed, which, like the prototype, contains a main concave hyperbolic mirror with a central hole, a secondary convex hyperbolic mirror and a lens system with an optical power of ϕ hp installed sequentially in the direction of the beam. , made of single lens components, the first of which is a meniscus with optical power ϕ I , facing concavity into the image space, the second - with negative optical power ϕ II , installed behind the main mirror.
В отличие от прототипа первый компонент линзовой системы выполнен с отрицательной оптической силой, второй отрицательный компонент линзовой системы выполнен в виде мениска, обращенного вогнутыми сферическими поверхностями в пространство объекта, при этом оптические силы зеркальной и линзовой системы и ее компонентов удовлетворяют условию:Unlike the prototype, the first component of the lens system is made with negative optical power, the second negative component of the lens system is made in the form of a meniscus, facing the concave spherical surfaces into the space of the object, while the optical powers of the mirror and lens system and its components satisfy the condition:
ϕл.с./ϕз.с.=-1,0÷-1,5;ϕ hp /ϕ z.s. =-1.0÷-1.5;
ϕI/ϕл.с.=1,0÷1,2;ϕ I /ϕ hp =1.0÷1.2;
ϕII/ϕл.с.=0,02÷0,05;ϕ II /ϕ hp =0.02÷0.05;
где ϕз.с. - оптическая сила зеркальной системы, состоящей из главного и вторичного зеркал;where ϕ z.s. - optical power of the mirror system, consisting of the main and secondary mirrors;
ϕл.с. - оптическая сила линзовой системы;ϕ hp - optical power of the lens system;
ϕI и ϕII - оптические силы линз линзовой системы.ϕ I and ϕ II are the optical powers of the lenses of the lens system.
Кроме того, линзы выполнены из материалов с коэффициентами дисперсии, удовлетворяющими условиям:In addition, the lenses are made of materials with dispersion coefficients that satisfy the following conditions:
νI/νII=0,7÷1,3; νI-νII=-5÷-10.ν I /ν II =0.7÷1.3; ν I -ν II =-5÷-10.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что, благодаря предлагаемой схеме выполнения зеркально-линзового объектива, состоящего из установленных последовательно по направлению луча главного вогнутого с центральным отверстием гиперболического зеркала, вторичного выпуклого гиперболического зеркала и линзовой системы с оптической силой ϕл.с., выполненной из двух одиночных линз, первая из которых с отрицательной оптической силой ϕI, выполненная в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, вторая с отрицательной оптической силой ϕII в виде мениска со сферическими поверхностями, установленными позади главного зеркала, при этом оптические силы зеркальной системы, линзовой системы и ее компонентов удовлетворяют условию:The essence of the proposed utility model is that, thanks to the proposed design of a mirror-lens lens, consisting of a primary concave hyperbolic mirror with a central hole, a secondary convex hyperbolic mirror and a lens system with an optical power ϕ hp installed sequentially in the direction of the beam. , made of two single lenses, the first of which with a negative optical power ϕ I , made in the form of a meniscus, facing concavity into the image space, the second with a negative optical power ϕ II in the form of a meniscus with spherical surfaces installed behind the main mirror, while the optical the forces of the mirror system, lens system and its components satisfy the condition:
ϕл.с./ϕз.с=-1.0÷-1.5;ϕ hp /ϕ z.s =-1.0÷-1.5;
где ϕз.с. - оптическая сила зеркальной системы, состоящей из главного и вторичного зеркал;where ϕ z.s. - optical power of the mirror system, consisting of the main and secondary mirrors;
соотношения оптических сил линз корректора по отношению к оптической силе всей линзовой системыratio of the optical powers of the corrector lenses in relation to the optical power of the entire lens system
ϕI./ϕл.с.=1,0÷1,2;ϕ I. /ϕ hp =1.0÷1.2;
ϕII/ϕл.с.=0,02÷0,05, в частности, выбранные соотношения сил между компонентами позволяют исправить кривизну изображения и астигматизм всего объектива в целом.ϕ II /ϕ hp =0.02÷0.05, in particular, the selected force ratios between the components make it possible to correct the curvature of the image and astigmatism of the entire lens as a whole.
Выполнение в зеркально-линзовом объективе линз из материалов с коэффициентами ÷ дисперсий νI и νII, удовлетворяющими условию:Making lenses in a mirror-lens lens made of materials with dispersion coefficients ν I and ν II satisfying the condition:
νI/νII=0,7÷1,3 ν1-νII=-5,0÷-10,ν I /ν II =0.7÷1.3 ν 1 -ν II =-5.0÷-10,
обеспечило апохроматическую коррекцию и тем самым позволило получить дифракционно-ограниченное качество изображения для больших углов поля 2ω≤1,33° (вместо 1,0°) при увеличенном относительном отверстии 1:6,0 (вместо 1:10,67), в увеличенном спектральном диапазоне 0.5÷÷1.0 мкм (вместо 0.5÷0.8 мкм), при этом полихроматическое средне-квадратическое отклонение волнового фронта RMS не превышает по всему полю 0,038λ (вместо 0,13λ).provided apochromatic correction and thereby made it possible to obtain diffraction-limited image quality for large field angles 2ω≤1.33° (instead of 1.0°) with an increased relative aperture of 1:6.0 (instead of 1:10.67), in an enlarged spectral range 0.5÷÷1.0 µm (instead of 0.5÷0.8 µm), while the polychromatic root-mean-square deviation of the wavefront RMS does not exceed 0.038λ (instead of 0.13λ) across the entire field.
Линзовая система выполнена так, что ее первый компонент представляет собой отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения, второй компонент - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта.The lens system is designed so that its first component is a negative meniscus, concavely facing into image space, the second component is a negative meniscus, concavely facing into object space.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 - представлена оптическая схема объектива с линзовой системой, а также Приложением, в котором приведены конструктивные параметры, а на фиг. 2 и фиг. 3 представлены графики Частотно-Контрастной Характеристики и RMS.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 - shows the optical diagram of the lens with the lens system, as well as the Appendix, which shows the design parameters, and Fig. 2 and fig. 3 shows graphs of Frequency-Contrast Characteristics and RMS.
Зеркально-линзовый объектив состоит из главного вогнутого с центральным отверстием гиперболического зеркала 1, вторичного выпуклого гиперболического зеркала 2 и линзовой системы 3-4 с оптической силой ϕл.с., состоящей из первого компонента 3 с отрицательной оптической силой ϕI, и второго компонента 4 с отрицательной оптической силой ϕII.The mirror-lens lens consists of a primary concave
Оптические силы зеркальной системы, линзовой системы ϕл.с. и ее компонентов удовлетворяют условию:Optical powers of the mirror system, lens system ϕ l.s. and its components satisfy the condition:
ϕл.с./ϕз.с=-1.0÷-1.5;ϕ hp /ϕ z.s =-1.0÷-1.5;
ϕI./ϕл.с.=1,0÷1,2;ϕ I. /ϕ hp =1.0÷1.2;
ϕII/ϕл.с.=0,02÷0,05;ϕ II /ϕ hp =0.02÷0.05;
линзы выполнены из материалов с коэффициентами дисперсий νI, и νII, удовлетворяющими условию:lenses are made of materials with dispersion coefficients ν I , and ν II , satisfying the condition:
νI/νII=0,7÷1,3,ν I /ν II =0.7÷1.3,
νI-νII=-5,0--10.ν I -ν II = -5.0--10.
Первый компонент 3 линзовой системы (фиг. 1) выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, второй компонент 4 выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта.The first component 3 of the lens system (Fig. 1) is made in the form of a single meniscus, concavely facing into image space, the second component 4 is made in the form of a meniscus, concavely facing into object space.
Работа предлагаемого объектива осуществляется следующим образом.The operation of the proposed lens is as follows.
Объект расположен на бесконечном расстоянии от объектива. Параллельный пучок света падает на главное зеркало 1 и фокусируется в его фокальной плоскости.The object is located at an infinite distance from the lens. A parallel beam of light falls on the
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.The secondary mirror 2, for which the imaginary object is the image of the object in the focal plane of the
Линзовая система 3-4 проектирует изображение объекта из фокальной плоскости зеркальной системы в фокальную плоскость зеркально-линзового объектива с положительным увеличением, т.е. без оборачивания изображения.The lens system 3-4 projects the image of an object from the focal plane of the mirror system into the focal plane of the mirror-lens objective with positive magnification, i.e. without wrapping the image.
Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан телескоп с фокусным расстоянием f'=2000 мм, относительным отверстием 1:6 и угловым полем зрения 2w=1.33° в спектральном диапазоне 0.45÷.95 мкм, коэффициентом экранирования 0.34.Thanks to the use of the proposed technical solution, a telescope with a focal length f'=2000 mm, a relative aperture of 1:6 and an angular field of view of 2w=1.33° in the spectral range of 0.45÷.95 µm, a screening coefficient of 0.34 was designed.
Получена RMS<0,038λ по всему полю зрения, что соответствует дифракционно-ограниченному качеству изображения, при угловом поле 2ω≤1,33°, где RMS - среднеквадратическое значение волновой аберрации, выраженное в долях основной длины волны излучения (λ=0.65 мкм) спектрального диапазона Δλ.RMS<0.038λ was obtained over the entire field of view, which corresponds to diffraction-limited image quality, with an angular field of 2ω≤1.33°, where RMS is the root-mean-square value of the wave aberration, expressed as a fraction of the main wavelength of the radiation (λ=0.65 μm) of the spectral range Δλ.
Результаты расчета приведены в Приложении.The calculation results are given in the Appendix.
Таким образом, в предлагаемом зеркально-линзовом объективе достигнуто увеличение спектрального диапазона, углового поля и относительного отверстия при дифракционно-ограниченном качестве изображения (≤0.07λ) по всему полю зрения.Thus, in the proposed mirror-lens lens, an increase in the spectral range, angular field and relative aperture has been achieved with diffraction-limited image quality (≤0.07λ) over the entire field of view.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Н.Н. Михельсон "Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета", "Физико-математическая литература", 1995, сс. 328-331.1. N.N. Mikhelson "Optics of astronomical telescopes and methods of its calculation", "Physical and Mathematical Literature", 1995, pp. 328-331.
2. Патент RU №2415451, МПК: G02B 17/06, 23/06, 2011 - прототип.2. Patent RU No. 2415451, IPC: G02B 17/06, 23/06, 2011 - prototype.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU220310U1 true RU220310U1 (en) | 2023-09-06 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3711184A (en) * | 1971-04-12 | 1973-01-16 | Kollsman Instr Corp | Large catadioptric objective |
| DE19613009A1 (en) * | 1996-03-25 | 1997-12-11 | Frank Gallert | Catadioptric objective using meniscus collective and dispersing mirrors |
| RU2415451C1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Reflector lens |
| RU2446420C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) | Catadioptric system |
| RU2769088C1 (en) * | 2021-06-28 | 2022-03-28 | Акционерное общество "ЛОМО" | Catadioptric lens |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3711184A (en) * | 1971-04-12 | 1973-01-16 | Kollsman Instr Corp | Large catadioptric objective |
| DE19613009A1 (en) * | 1996-03-25 | 1997-12-11 | Frank Gallert | Catadioptric objective using meniscus collective and dispersing mirrors |
| RU2415451C1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Reflector lens |
| RU2446420C1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) | Catadioptric system |
| RU2769088C1 (en) * | 2021-06-28 | 2022-03-28 | Акционерное общество "ЛОМО" | Catadioptric lens |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104977720B (en) | A kind of beam spread collimation optical system and preparation method thereof | |
| US9030750B2 (en) | Objective lens | |
| WO2013141284A1 (en) | Infrared-ray optical system | |
| US4477156A (en) | Reflecting telescope with correcting lens | |
| CN204758926U (en) | Expand and restraint collimation optical system | |
| CN112305721B (en) | Infrared dual-band telescopic optical system | |
| US4571036A (en) | Reflecting telescope with correcting lens | |
| RU2451312C1 (en) | Objective lens | |
| RU220310U1 (en) | MIRROR LENS | |
| RU2678957C1 (en) | Wide-angle high-power infrared lens | |
| US4718753A (en) | Telescope with correcting lens | |
| RU195924U1 (en) | LENS | |
| RU2415451C1 (en) | Reflector lens | |
| RU132572U1 (en) | MIRROR LENS LENS | |
| RU2670237C1 (en) | Reflector lens | |
| CN108700681A (en) | Aspherical cemented lens | |
| RU204248U1 (en) | LENS | |
| JP2597513B2 (en) | Microscope objective lens | |
| RU204540U1 (en) | LENS | |
| RU2377619C1 (en) | High-aperture lens | |
| RU2584382C1 (en) | Achromatic catadioptric lens | |
| CN116755232B (en) | Catadioptric optical lens | |
| RU121091U1 (en) | Pupil Lens | |
| RU2377618C1 (en) | Lens | |
| RU76722U1 (en) | LENS |