RU2556295C1 - Double-channel catadioptric lens - Google Patents

Double-channel catadioptric lens Download PDF

Info

Publication number
RU2556295C1
RU2556295C1 RU2014105328/28A RU2014105328A RU2556295C1 RU 2556295 C1 RU2556295 C1 RU 2556295C1 RU 2014105328/28 A RU2014105328/28 A RU 2014105328/28A RU 2014105328 A RU2014105328 A RU 2014105328A RU 2556295 C1 RU2556295 C1 RU 2556295C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
mirror
channel
compensator
axis
Prior art date
Application number
RU2014105328/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Алексеевич Архипов
Валерий Иванович Заварзин
Станислав Олегович Кравченко
Виктория Михайловна Линько
Сергей Александрович Морозов
Александр Петрович Тарасов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
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 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" filed Critical Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева"
Priority to RU2014105328/28A priority Critical patent/RU2556295C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2556295C1 publication Critical patent/RU2556295C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: lens comprises a first mirror in the form of an off-axis fragment of a concave hyperbolic mirror, a lens aberration compensator of a visible channel comprising plane-convex and a biconvex lenses and a negative meniscus, a second mirror in the form of an off-axis fragment of a spherical convex mirror and a third mirror in the form of an off-axis fragment of a concave spherical mirror. The first surface of the first lens of the lens aberration compensator of the visible channel is coated with a spectrum-dividing coating which transmits radiation in the 450-1000 nm range and reflects in the 1500-1700 nm range. On the path of the reflected beams there is a lens aberration compensator of an infrared channel comprising three lenses in the form of off-axis fragments of biconvex, biconcave and biconvex lenses in the meridian section lying higher than the optical axis. The centres of curvature of all optical surfaces lie on a common axis. In the meridian section, the first mirror is lies lower than the optical axis and the second and third mirrors lie higher than the optical axis. Relationships given in the claim are satisfied.
EFFECT: high image quality in a wide spectral range of 450-1700 nm of the lens without central screening and improved manufacturability.
3 cl, 3 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в космических телескопах.The invention relates to optical instrumentation and can be used in space telescopes.

Известны зеркальные и зеркально-линзовые оптические системы с тремя отражениями, отличающиеся схемным решением, габаритами и степенью коррекции аберраций. Например, объектив, описанный в патенте РФ №2327194, МПК G02B 17/06, опубликованном 27.01.2008, представляющий собой анастигматическую оптическую систему, внеосевую и децентрированную как по апертуре, так и по полевому углу, в которой первый компонент - внеосевой фрагмент зеркального гиперболоида, обращенный вогнутостью к предмету, с положительной оптической силой, близкой к силе всей системы, второй компонент - выпуклый зеркальный сфероид, симметричный относительно оптической оси системы, с отрицательной оптической силой, третий компонент - внеосевой фрагмент зеркального сплюснутого эллипсоида, обращенного вогнутостью к изображению, с положительной оптической силой. При этом все три упомянутых зеркала образованы поверхностями вращения с общей осью. Расстояние между первым и вторым зеркалами меньше фокусного расстояния первого зеркала, а центры отражающих поверхностей всех зеркал расположены в вершинах треугольника, плоскость которого включает общую ось этих зеркал, и с разных сторон относительно этой оси; вершины первого и третьего зеркал совмещены. Апертурная диафрагма расположена на втором зеркале. Наличие в объективе двух внеосевых асферических поверхностей значительно осложняет его сборку, юстировку и контроль. При этом объектив имеет малое угловое поле 2ω=2,3° и невысокое качество изображения.Known mirror and mirror-lens optical systems with three reflections, differing in circuit design, dimensions and degree of correction of aberrations. For example, the lens described in RF patent No. 23237194, IPC G02B 17/06, published January 27, 2008, which is an anastigmatic optical system, off-axis and decentered both in the aperture and in the field angle, in which the first component is an off-axis fragment of the mirror hyperboloid , facing concavity to the object, with a positive optical power close to the strength of the entire system, the second component is a convex mirror spheroid, symmetrical about the optical axis of the system, with negative optical power, the third component is off-axis th fragment mirroring oblate ellipsoid facing concavity to the image, with a positive refractive power. Moreover, all three of these mirrors are formed by surfaces of revolution with a common axis. The distance between the first and second mirrors is less than the focal length of the first mirror, and the centers of the reflecting surfaces of all the mirrors are located at the vertices of the triangle, the plane of which includes the common axis of these mirrors, and from different sides relative to this axis; the vertices of the first and third mirrors are combined. The aperture diaphragm is located on the second mirror. The presence of two off-axis aspherical surfaces in the lens greatly complicates its assembly, alignment, and control. Moreover, the lens has a small angular field 2ω = 2.3 ° and low image quality.

Также известен объектив, описанный в патенте РФ №2461030, МПК G02B 17/08, опубликованном 10.09.2012, представляющий собой трехзеркальную систему с центрами кривизны всех оптических поверхностей, находящимися на одной общей оси, состоящую из трех последовательно по ходу луча установленных первого - внеосевого вогнутого, второго - внеосевого выпуклого, третьего - внеосоевого вогнутого фрагментов сферических зеркал, двухлинзового корректора аберраций, первая линза которого размещена между первым и вторым зеркалами и выполнена в виде фрагмента одиночного положительного мениска, вторая линза представляет собой линзу Манжена и является третьим зеркалом, апертурная диафрагма объектива расположена на втором зеркале. Данный объектив обладает малым угловым полем 2ω=3,1°.Also known is the lens described in RF patent No. 2461030, IPC G02B 17/08, published on 09/10/2012, which is a three-mirror system with the centers of curvature of all optical surfaces located on one common axis, consisting of three consecutively installed first - off-axis concave, second — off-axis convex, third — off-axis concave fragments of spherical mirrors, a two-lens aberration corrector, the first lens of which is placed between the first and second mirrors and is made as a single fragment of the positive meniscus, the second lens is a Mangin lens and is the third mirror, the aperture diaphragm of the lens is located on the second mirror. This lens has a small angular field of 2ω = 3.1 °.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является зеркально-линзовый объектив в соответствии с публикацией А.А. Токарева «Длиннофокусные объективы с эксцентрично расположенным полем изображения» // Известия вузов, серия «Приборостроение», том XXXI, 1988 г., №7, с.74-79. Он представляет собой трехзеркальную систему с центрами кривизны всех оптических поверхностей, находящимися на одной общей оси, состоящую из трех последовательно по ходу луча установленных первого - внеосевого вогнутого, второго - внеосевого выпуклого, третьего - внеосевого вогнутого фрагментов сферических зеркал, двухлинзового корректора аберраций из одной марки оптического стекла, размещенного между первым и вторым зеркалами, и апертурной диафрагмы, совпадающей с оправой одной из линз корректора. Первое и третье зеркала имеют положительную оптическую силу и обращены вогнутостью к плоскости предметов, второе имеет отрицательную оптическую силу, а линзовый корректор состоит из двух отрицательных менисков, обращенных вогнутой поверхностью к плоскости предметов. В данном объективе светосила в видимом и инфракрасном каналах одинакова. Однако, вследствие того что отношение сигнал/шум изменяется для оптико-электронных преобразователей пропорционально квадрату апертурного угла, а чувствительность приемников в инфракрасном диапазоне значительно ниже чувствительности приемников видимого диапазона, для получения одинаковых значений сигнал/шум светосила инфракрасного канала должна быть в 4-6 раза больше светосилы видимого канала.Closest to the proposed invention is a mirror lens in accordance with the publication of A.A. Tokarev “Long-focus lenses with an eccentrically located image field” // University News, Series "Instrument-Making", Volume XXXI, 1988, No. 7, pp. 74-79. It is a three-mirror system with the centers of curvature of all optical surfaces located on one common axis, consisting of three consecutively installed first — off-axis concave, second — off-axis convex, third — off-axis concave fragments of spherical mirrors, two-lens aberration corrector from the same brand optical glass placed between the first and second mirrors, and an aperture diaphragm coinciding with the frame of one of the corrector lenses. The first and third mirrors have positive optical power and are turned concave to the plane of objects, the second has negative optical power, and the lens corrector consists of two negative menisci facing a concave surface to the plane of objects. In this lens, the aperture ratio in the visible and infrared channels is the same. However, due to the fact that the signal-to-noise ratio for optoelectronic converters is proportional to the square of the aperture angle, and the sensitivity of receivers in the infrared range is much lower than the sensitivity of receivers in the visible range, the infrared channel must have a 4-6-fold signal to noise ratio more aperture of the visible channel.

Задачей данного изобретения является создание двухканального зеркально-линзового объектива с повышенными эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is the creation of a two-channel mirror lens with enhanced performance.

Технический результат - создание двухканального зеркально-линзового объектива без центрального экранирования с повышенным качеством изображения в пределах углового поля 10° в широком спектральном диапазоне 450-1700 нм и повышенной технологичностью.EFFECT: creation of a two-channel mirror-lens lens without central shielding with improved image quality within an angular field of 10 ° in a wide spectral range of 450-1700 nm and increased manufacturability.

Это достигается тем, что зеркально-линзовый объектив, состоящий из последовательно установленных по ходу луча первого зеркала, выполненного в виде внеосевого фрагмента вогнутого гиперболического положительного зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, линзового компенсатора аберраций, одна из линз которого - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к первому зеркалу, второго зеркала, выполненного в виде внеосевого фрагмента сферического выпуклого отрицательного зеркала, обращенного выпуклостью к линзовому компенсатору аберраций, третьего зеркала, выполненного в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического положительного зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, причем центры кривизны всех оптических поверхностей расположены на одной общей оси, при этом в меридиональном сечении объектива первое зеркало расположено ниже оптической оси, а второе и третье зеркала - выше оптической оси, в отличие от известного, линзовый компенсатор аберраций состоит из трех линз, первая из которых - плосковыпуклая, обращенная плоскостью к первому зеркалу, вторая - двояковыпуклая, а третья - отрицательный мениск, причем на первую поверхность первой линзы линзового компенсатора аберраций нанесено спектроделительное покрытие, пропускающее излучение в спектральном диапазоне 450-1000 нм видимого канала и отражающее в спектральном диапазоне 1500-1700 нм инфракрасного канала, кроме того, объектив дополнен линзовым компенсатором аберраций инфракрасного канала, установленным в ходе лучей, отраженных от первой поверхности линзового компенсатора аберраций видимого канала, линзовый компенсатор аберраций инфракрасного канала состоит из трех линз, выполненных в виде внеосевых фрагментов осесимметричных линз, в меридиональном сечении объектива расположенных выше оптической оси, причем первая линза - двояковыпуклая, вторая линза - двояковогнутая, третья линза - двояковыпуклая, апернутная диафрагма видимого канала расположена на первой по ходу луча поверхности двояковыпуклой линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала, а апертурная диафрагма инфракрасного канала расположена на плоской поверхности плосковыпуклой линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала, при этом в объективе выполняются следующие соотношения:This is achieved by the fact that the mirror-lens lens, consisting of a first mirror installed sequentially along the beam, made in the form of an off-axis fragment of a concave hyperbolic positive mirror facing concavity to the plane of objects, a lens aberration compensator, one of the lenses of which is a negative meniscus convex to the first mirror, the second mirror, made in the form of an off-axis fragment of a spherical convex negative mirror, convex to the lens component aberration, the third mirror, made in the form of an off-axis fragment of a concave spherical positive mirror, facing concavity to the plane of objects, and the centers of curvature of all optical surfaces are located on one common axis, while in the meridional section of the lens the first mirror is located below the optical axis, and the second and the third mirror is above the optical axis, in contrast to the known one, the lens aberration compensator consists of three lenses, the first of which is plano-convex, facing the first to the first a mirror, the second is biconvex, and the third is a negative meniscus, and on the first surface of the first lens of the lens aberration compensator is coated with a spectrodividing coating that transmits radiation in the spectral range of 450-1000 nm of the visible channel and reflects in the spectral range of 1500-1700 nm of the infrared channel, in addition , the lens is supplemented with a lens compensator for infrared channel aberrations, installed during the rays reflected from the first surface of the lens compensator for aberrations of the visible channel, the lens compensator aberrations of the infrared channel consists of three lenses made in the form of off-axis fragments of axisymmetric lenses, in the meridional section of the lens located above the optical axis, the first lens being biconvex, the second lens being biconcave, the third lens being biconvex, the aperture of the visible channel is located on the first pass of the surface of the biconvex lens of the lens compensator for aberrations of the visible channel, and the aperture diaphragm of the infrared channel is located on the flat surface of the plano-convex lens nzy visible channel compensator lens aberrations, the following relations hold in the lens:

0,06≤|φ1ВДВД|≤0,15;0.06 ≤ | φ 1VD / φ VD | ≤0.15; 1,75≤|φ1ИКИК|≤1,85;1.75≤ | φ 1IR / φ IR | ≤1.85; 0,9≤|φ2ВДВД|≤1,2;0.9≤ | φ 2VD / φ VD | ≤1,2; 2,5≤|φ2ИКИК|≤2,6;2.5≤ | φ 2IK / φ IR | ≤2.6; 0,7≤|φ3ВДВД|≤0,8;0.7≤ | φ 3VD / φ VD | ≤0.8; 1,55≤|φ3ИКИК|≤1,7;1.55≤ | φ 3IK / φ IR | ≤1.7; 0,65≤n2ВД/n1ВД≤0,9;0.65≤n 2VD / n 1VD ≤0.9; 0,87≤n2ИК/n1ИК≤0,9;0.87≤n 2IK / n 1IK ≤0.9; 1,05≤n3ВД/n1ВД≤1,1;1.05≤n 3VD / n 1VD ≤1.1; 0,8≤n3ИК/n1ИК≤0,82;0,8≤n 3IK / n 1IK ≤0,82; 1,68≤ν2ВД1ВД≤1,8;1.68≤ν 2VD / ν 1VD ≤1.8; 0,93≤ν2ИК1ИК≤0,98;0,93≤ν 2IK / ν 1IK ≤0,98; 0,95≤ν3ВД1ВД≤0,9;0.95≤ν 3VD / ν 1VD ≤0.9; 1,8≤ν3ИК1ИК≤1,85;1,8≤ν 3IK / ν 1IK ≤1,85;

гдеWhere

- φ1ВД, φ2ВД, φ3ВД - оптические силы первой, второй и третьей линз линзового компенсатора аберраций видимого канала;- φ 1VD, φ 2VD, φ 3VD - optical powers of the first, second and third lenses of the lens aberration compensator visible channel;

- φВД - оптическая сила объектива видимого канала;- φ VD - the optical power of the lens of the visible channel;

- φИК - оптическая сила объектива инфракрасного канала;- φ IR - optical power of the lens of the infrared channel;

- n1ВД, n2ВД, n3ВД - показатели преломления первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала;- n 1VD, n 2VD, n 3VD - the refractive indices of the first, second and third lenses of the lens aberration compensator visible channel;

- ν1ВД, ν2ВД, ν3ВД - коэффициенты дисперсии первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала;- ν 1VD, ν 2VD, ν 3VD - dispersion coefficients of the first, second and third lenses of the lens aberration compensator visible channel;

- φ1ИК, φ2ИК, φ3ИК - оптические силы первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала;- φ 1IK , φ 2IK , φ 3IK - the optical powers of the first, second and third lenses of the lens compensator for aberrations of the infrared channel;

- n1ИК, n2ИК, n3ИК - показатели преломления первой, второй и третьей линзы инфракрасного канала;- n 1IK , n 2IK , n 3IK - refractive indices of the first, second and third lens of the infrared channel;

- ν1ИК, ν2ИК, ν3ИК - коэффициенты дисперсии первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала.- ν 1IK , ν 2IK , ν 3IK - dispersion coefficients of the first, second and third lenses of the lens compensator for aberrations of the infrared channel.

Кроме того, перед плоскостью изображения видимого канала может быть установлена плоскопараллельная пластина, толщина dВД и показатель преломления nВД которой удовлетворяют неравенствуIn addition, a plane-parallel plate can be installed in front of the image plane of the visible channel, the thickness of the VD and the refractive index n of the VD which satisfy the inequality

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где f 0 В Д '

Figure 00000002
- фокусное расстояние объектива видимого канала.Where f 0 AT D ''
Figure 00000002
- the focal length of the lens of the visible channel.

А перед плоскостью изображения инфракрасного канала может быть установлена плоскопараллельная пластина, толщина dИК и показатель преломления nИК которой удовлетворяют неравенствуAnd in front of the image plane of the infrared channel, a plane-parallel plate can be installed, the thickness d IR and the refractive index n IR which satisfy the inequality

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где f 0 И К '

Figure 00000004
- фокусное расстояние объектива инфракрасного канала.Where f 0 AND TO ''
Figure 00000004
- the focal length of the infrared lens.

На фиг.1 представлена принципиальная схема двухканального зеркально-линзового объектива, на фиг.2 - полихроматическая модуляционная передаточная функция МПФ видимого канала, на фиг.3 - полихроматическая МПФ инфракрасного канала.Figure 1 presents a schematic diagram of a two-channel mirror-lens lens, figure 2 - polychromatic modulation transfer function of the MPF of the visible channel, figure 3 - polychromatic MPF of the infrared channel.

Двухканальный зеркально-линзовый объектив (фиг.1) состоит из двух каналов. Видимый канал состоит из последовательно, по ходу луча установленных первого зеркала 1, линзового компенсатора аберраций видимого канала, выполненного из трех одиночных осесимметричных линз, первая из которых - линза 2, вторая - линза 3 и третья - линза 4, второго зеркала 5, третьего зеркала 6 и апертурной диафрагмы 7. Первое зеркало 1 выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого гиперболического положительного зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов и расположенного в меридиональном сечении объектива ниже оптической оси. Линза 2 линзового компенсатора аберраций видимого канала выполнена в виде одиночной осесимметричной плосковыпуклой линзы, имеющей оптическую силу 0,06-0,15 от оптической силы объектива видимого канала, плоской поверхностью обращенной к первому зеркалу 1. На плоскую поверхность линзы 2 нанесено спектроделительное покрытие, пропускающее излучение в спектральном диапазоне 450-1000 нм и отражающее излучение в спектральном диапазоне 1500-1700 нм. Линза 3 линзового компенсатора аберраций видимого канала выполнена в виде одиночной осесимметричной двояковыпуклой линзы, имеющей оптическую силу 0,9-1,2 от оптической силы объектива видимого канала. Линза 4 выполнена в виде одиночного осесимметричного отрицательного мениска, имеющего оптическую силу 0,7-0,8 от оптической силы объектива видимого канала и обращенного выпуклой поверхностью к первому зеркалу 1. Показатель преломления линзы 3 линзового компенсатора аберраций видимого канала в 0,65…0,9 раза больше, а коэффициент дисперсии в 1,68…1,8 раза больше, чем у линзы 2 линзового компенсатора аберраций видимого канала, показатель преломления линзы 4 линзового компенсатора аберраций видимого канала в 1,05…1,1 раза больше, а коэффициент дисперсии в 0,95…1,0 раза больше, чем у линзы 2 линзового компенсатора аберраций видимого канала. Второе зеркало 5 выполнено в виде внеосевого фрагмента выпуклого сферического отрицательного зеркала, обращено выпуклостью к первому зеркалу 1 и расположено в меридиональном сечении объектива выше оптической оси. Третье зеркало 6 выполнено в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического положительного зеркала, обращено вогнутой поверхностью к плоскости предметов и расположено в меридиональном сечении объектива выше оптической оси. Инфракрасный канал состоит из последовательно по ходу луча установленных первого зеркала 1, плоского зеркала, выполненного в виде первой по ходу луча поверхности первой линзы 2 линзового компенсатора аберраций ВД канала с нанесенным на нее спектроделительным покрытием, отражающим излучение в спектральном диапазоне 1500-1700 нм, и линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала, выполненного из трех одиночных осесимметричных линз. Первая линза линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала выполнена в виде двояковыпуклой линзы 9, вторая линза выполнена в виде двояковогнутой линзы 10, третья линза выполнена в виде двояковыпуклой линзы 11, причем части линз линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала, расположенные в меридиональном сечении объектива инфракрасного канала ниже и чуть выше оптической оси, удалены, и таким образом образуются внеосевые сегментные линзы. Первое зеркало 1 является общим для двух каналов. Первая линза линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала выполнена в виде двояковыпуклой линзы 9, имеющей оптическую силу 1,75-1,85 от оптической силы объектива инфракрасного канала. Вторая линза линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала выполнена в виде двояковогнутой линзы 10, имеющей оптическую силу 2,5-2,6 от оптической силы всего объектива. Третья линза линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала выполнена в виде двояковыпуклой линзы 11, имеющей оптическую силу 1,55-1,7 от оптической силы объектива инфракрасного канала. Показатель преломления линзы 10 линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала в 0,87…0,9 раза больше, а коэффициент дисперсии в 0,93…0,98 раза больше, чем у линзы 9 линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала, показатель преломления линзы 11 линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала в 0,8…0,82 раза больше, а коэффициент дисперсии в 1,8…1,85 раза больше, чем у линзы 9 линзового компенсатора аберраций объектива инфракрасного канала. Центры кривизны всех оптических поверхностей лежат на одной общей оси. Апертурная диафрагма 7 видимого канала располагается на первой по ходу луча поверхности линзы 3 линзового компенсатора аберраций видимого канала. Апертурная диафрагма 12 инфракрасного канала располагается на первой по ходу луча поверхности линзы 2 линзового компенсатора аберраций видимого канала. Также в объективе перед плоскостями изображений могут быть установлены плоскопараллельная пластина 8 в видимом канале и плоскопараллельная пластина 13 в инфракрасном канале, толщины dВД и dИК и показатели преломления nВД и nИК которых удовлетворяют неравенствамTwo-channel mirror lens (Fig.1) consists of two channels. The visible channel consists of a successively installed first mirror 1, a lens aberration compensator of the visible channel made of three single axisymmetric lenses, the first of which is lens 2, the second is lens 3 and the third is lens 4, the second mirror 5, and the third mirror 6 and aperture diaphragm 7. The first mirror 1 is made in the form of an off-axis fragment of a concave hyperbolic positive mirror facing with a concavity to the plane of objects and located in the meridional section of the lens below the optical axis. Lens 2 of the lens compensator of the aberrations of the visible channel is made in the form of a single axisymmetric plano-convex lens having an optical power of 0.06-0.15 of the optical power of the lens of the visible channel, the flat surface facing the first mirror 1. A spectro-splitting coating is applied to the flat surface of the lens 2, transmitting radiation in the spectral range of 450-1000 nm and reflective radiation in the spectral range of 1500-1700 nm. Lens 3 of the lens compensator for aberrations of the visible channel is made in the form of a single axisymmetric biconvex lens having an optical power of 0.9-1.2 of the optical power of the lens of the visible channel. Lens 4 is made in the form of a single axisymmetric negative meniscus having an optical power of 0.7-0.8 of the optical power of the lens of the visible channel and facing a convex surface to the first mirror 1. The refractive index of the lens 3 of the lens compensator for aberrations of the visible channel is 0.65 ... 0 , 9 times more, and the dispersion coefficient is 1.68 ... 1.8 times more than that of lens 2 of the lens compensator for aberrations of the visible channel, the refractive index of lens 4 of the lens compensator for aberrations of the visible channel is 1.05 ... 1.1 times more, and dispersion coefficient and 0.95 ... 1.0 times greater than that of the lens 2 of the lens aberration compensator visible channel. The second mirror 5 is made in the form of an off-axis fragment of a convex spherical negative mirror, convex to the first mirror 1 and is located in the meridional section of the lens above the optical axis. The third mirror 6 is made in the form of an off-axis fragment of a concave spherical positive mirror, faces with a concave surface to the plane of objects and is located in the meridional section of the lens above the optical axis. The infrared channel consists of sequentially along the beam of the installed first mirror 1, a flat mirror made in the form of the first surface of the first lens 2 of the lens aberration compensator of the VD channel with a spectro-splitting coating applied to it, reflecting radiation in the spectral range of 1500-1700 nm, and a lens compensator for aberrations of the infrared channel made of three single axisymmetric lenses. The first lens of the infrared channel aberration compensator is made in the form of a biconvex lens 9, the second lens is made in the form of a biconcave lens 10, the third lens is made in the form of a biconvex lens 11, and the parts of the lens of the infrared channel aberration compensator, located in the meridional section of the infrared channel lens below and just above the optical axis, removed, and thus off-axis segment lenses are formed. The first mirror 1 is common to two channels. The first lens of the lens compensator for the aberrations of the infrared channel is made in the form of a biconvex lens 9 having an optical power of 1.75-1.85 of the optical power of the lens of the infrared channel. The second lens of the lens compensator for the aberrations of the infrared channel is made in the form of a biconcave lens 10 having an optical power of 2.5-2.6 of the optical power of the entire lens. The third lens of the lens compensator for the aberrations of the infrared channel is made in the form of a biconvex lens 11 having an optical power of 1.55-1.7 of the optical power of the lens of the infrared channel. The refractive index of lens 10 of the lens compensator for infrared channel aberrations is 0.87 ... 0.9 times greater, and the dispersion coefficient is 0.93 ... 0.98 times more than lens 9 of the lens compensator for aberration of the infrared channel, the refractive index of lens 11 of the lens compensator the infrared channel aberrations are 0.8 ... 0.82 times greater, and the dispersion coefficient is 1.8 ... 1.85 times more than the lens 9 of the lens compensator for the infrared channel lens aberrations. The centers of curvature of all optical surfaces lie on one common axis. The aperture diaphragm 7 of the visible channel is located on the first along the beam surface of the lens 3 of the lens compensator for aberrations of the visible channel. The aperture diaphragm 12 of the infrared channel is located on the first along the beam surface of the lens 2 of the lens compensator for aberrations of the visible channel. Also, in the lens, in front of the image planes, a plane-parallel plate 8 in the visible channel and a plane-parallel plate 13 in the infrared channel, the thicknesses VD and d IR and the refractive indices n VD and n IR of which satisfy the inequalities

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где f 0 В Д '

Figure 00000002
- фокусное расстояние объектива видимого канала.Where f 0 AT D ''
Figure 00000002
- the focal length of the lens of the visible channel.

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где f 0 И К '

Figure 00000004
- фокусное расстояние объектива инфракрасного канала.Where f 0 AND TO ''
Figure 00000004
- the focal length of the infrared lens.

Включение плоскопараллельных пластин 8 и 13 в оптическую схему объектива обусловлено необходимостью учета защитного стекла приемника излучения при расчете объектива.The inclusion of plane-parallel plates 8 and 13 in the optical circuit of the lens is due to the need to take into account the protective glass of the radiation receiver when calculating the lens.

Объектив работает следующим образом. Свет от источника излучения попадает на первое зеркало 1, затем, отразившись от него, попадает на первую поверхность линзы 2, на которую нанесено спектроделительное покрытие. На этой поверхности происходит разделение излучения по спектральным диапазонам. Излучение со спектральным диапазоном 450-1000 нм проходит последовательно через линзу 2, линзу 3 и линзу 4, отражается на втором зеркале 5 и третьем зеркале 6, проходит через плоскопараллельную пластину 8 и фокусируется в плоскости изображения видимого канала. Излучение со спектральным диапазоном 1500-1700 нм отражается от первой поверхности линзы 2, проходит последовательно через линзу 9, линзу 10, линзу 11, через плоскопараллельную пластину 13 и фокусируется в плоскости изображения инфракрасного канала.The lens works as follows. The light from the radiation source enters the first mirror 1, then, reflected from it, enters the first surface of the lens 2, on which a spectro-splitting coating is applied. On this surface, radiation is separated by spectral ranges. Radiation with a spectral range of 450-1000 nm passes sequentially through lens 2, lens 3 and lens 4, is reflected on the second mirror 5 and third mirror 6, passes through a plane-parallel plate 8 and is focused in the image plane of the visible channel. Radiation with a spectral range of 1500-1700 nm is reflected from the first surface of the lens 2, passes sequentially through the lens 9, lens 10, lens 11, through a plane-parallel plate 13 and focuses in the image plane of the infrared channel.

В соответствии с предложенным техническим решением рассчитан объектив, конструктивные параметры которого приведены в таблице 1.In accordance with the proposed technical solution, a lens is calculated whose design parameters are given in table 1.

Таблица 1Table 1 Видимый каналVisible channel Инфракрасный каналInfrared channel Радиус, ммRadius mm Толщина, ммThickness mm Показатель преломленияRefractive index Радиус, ммRadius mm Толщина, ммThickness mm Показатель преломленияRefractive index r1=-3004,3r 1 = -3004.3 1,01,0 r1=-3004,3r 1 = -3004.3 1,01,0 d1=-525,5d 1 = -525.5 -1,0-1.0 d1=-525,5d 1 = -525.5 -1,0-1.0 r2=∞r 2 = ∞ r2=∞r 2 = ∞ d2=-16,0d 2 = -16.0 N-SK2N-SK2 d2=325,71d 2 = 325.71 1,01,0 r3=10014,0r 3 = 10014.0 r3=1091,47r 3 = 1091.47 d3=60,0d 3 = 60.0 S-LAH59S-LAH59 d3=-3,2d 3 = -3.2 -1,0-1.0 r4=-566,08r 4 = -566.08 r4=-563,3r 4 = -563.3 d4=2,08d 4 = 2.08 1,01,0 d4=-12,0d 4 = -12.0 S-FPL53S-FPL53 r5=-442,468r 5 = -442,468 r5=4794,33r 5 = 4794.33 d5=21,0d 5 = 21.0 N-KZFS4N-KZFS4 d5=-13,0d 5 = -13.0 -1,0-1.0 r6=382,736r 6 = 382,736 r6=-2357,528r 6 = -2357,528 d6=18,12d 6 = 18.12 1,01,0 d6=-13,0d 6 = -13.0 N-LAK14N-LAK14 r7=371,514r 7 = 371.514 r7=-781,49r 7 = -781.49 d7=76,0d 7 = 76.0 N-FK51AN-FK51A d7=-183,07d 7 = -183.07 -1,0-1.0 r8=-758,33r 8 = -758.33 r8=-929,6r 8 = -929.6 d8=258,22d 8 = 258.22 1,01,0 d8=401,1d 8 = 401.1 1,01,0 r9=∞r 9 = ∞ r9=-1100,8r 9 = -1100.8 d9=5,0d 9 = 5.0 К8K8 r10=∞r 10 = ∞ d9=-581,1d 9 = -581.1 -1,0-1.0 d10=10,0d 10 = 10.0 1,01,0 r10=∞r 10 = ∞ d10=-5,0d 10 = -5.0 К8K8 r11=∞r 11 = ∞ d11=-10,0d 11 = -10.0 -1,0-1.0

Объектив имеет характеристики, указанные в таблице 2.The lens has the characteristics shown in table 2.

Таблица 2table 2 Видимый каналVisible channel Инфракрасный каналInfrared channel Фокусное расстояние, ммFocal length mm 12601260 878878 Относительное отверстиеRelative hole 1:9,51: 9.5 1:41: 4 Угловое поле в меридиональном направленииAngular field in the meridional direction ωy0=9,0°, ωymax=11,2°ω y0 = 9.0 °, ω ymax = 11.2 ° ωy0=9,0°, ωymax=10,9°ω y0 = 9.0 °, ω ymax = 10.9 ° Угловое поле в сагиттальном направленииAngular field in the sagittal direction x=10°x = 10 ° x=10°x = 10 °

Объектив имеет аберрации, указанные в таблице 3.The lens has aberrations shown in table 3.

Таблица 3Table 3 Видимый каналVisible channel Инфракрасный каналInfrared channel Длина волны, нмWavelength nm 656,3656.3 16201620 Поперечная сферическая аберрация широких наклонных пучков в пределах всего углового поля не более, ммTransverse spherical aberration of wide inclined beams within the entire angular field, not more than, mm 0,020.02 0,080.08 Меридиональный астигматический отрезок не более, ммMeridional astigmatic segment no more than, mm 0,1650.165 0,0870,087 Сагиттальный астигматический отрезок не более, ммSagittal astigmatic segment no more than, mm 0,10.1 0,30.3 Дисторсия не более, %Distortion no more,% 0,20.2 0,10.1 Хроматизм положения в спектральном диапазоне (0,45÷1,0) мкмThe chromaticity of the position in the spectral range (0.45 ÷ 1.0) μm 0,040.04 -- Хроматизм положения в спектральном диапазоне (1,5÷1,7) мкмThe chromaticity of the position in the spectral range (1.5 ÷ 1.7) μm -- 0,020.02

Таким образом, создан двухканальный зеркально-линзовый объектив без центрального экранирования, имеющий относительное отверстие 1:9,5 в видимом канале и 1:4 в инфракрасном канале, имеющий хорошее качество изображения в пределах углового поля 10° в широком спектральном диапазоне 450-1000 нм и 1500-1700 нм, в котором центрального экранирования удается избежать за счет использования эксцентричного поля изображения, внеосевых фрагментов осесимметричных зеркал и специального расположения апертурных диафрагм.Thus, a two-channel mirror-lens without central shielding was created, having a relative aperture of 1: 9.5 in the visible channel and 1: 4 in the infrared channel, which has good image quality within an angular field of 10 ° in a wide spectral range of 450-1000 nm and 1500-1700 nm, in which central shielding can be avoided by using an eccentric image field, off-axis fragments of axisymmetric mirrors and a special arrangement of aperture diaphragms.

Claims (3)

1. Двухканальный зеркально-линзовый объектив, состоящий из последовательно установленных по ходу луча первого зеркала, выполненного в виде внеосевого фрагмента вогнутого гиперболического положительного зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, линзового компенсатора аберраций, одна из линз которого - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к первому зеркалу, второго зеркала, выполненного в виде внеосевого фрагмента сферического выпуклого отрицательного зеркала, обращенного выпуклостью к линзовому компенсатору аберраций, третьего зеркала, выполненного в виде внеосевого фрагмента вогнутого сферического положительного зеркала, обращенного вогнутостью к плоскости предметов, причем центры кривизны всех оптических поверхностей расположены на одной общей оси, при этом в меридиональном сечении объектива первое зеркало расположено ниже оптической оси, а второе и третье зеркала - выше оптической оси, отличающийся тем, что линзовый компенсатор аберраций состоит из трех линз, первая из которых плосковыпуклая, обращенная плоскостью к первому зеркалу, вторая - двояковыпуклая, а третья - отрицательный мениск, причем на первую поверхность первой линзы линзового компенсатора аберраций нанесено спектроделительное покрытие, пропускающее излучение в спектральном диапазоне видимого канала 450-1000 нм и отражающее в спектральном диапазоне инфракрасного канала 1500-1700 нм, кроме того, объектив дополнен линзовым компенсатором аберраций инфракрасного канала, установленным в ходе лучей, отраженных от первой поверхности линзового компенсатора аберраций видимого канала, линзовый компенсатор аберраций инфракрасного канала состоит из трех линз, выполненных в виде внеосевых фрагментов осесимметричных линз, в меридиональном сечении объектива расположенных выше оптической оси, причем первая линза - двояковыпуклая, вторая линза - двояковогнутая, третья линза - двояковыпуклая, апертурная диафрагма видимого канала расположена на первой по ходу луча поверхности двояковыпуклой линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала, а апертурная диафрагма инфракрасного канала расположена на плоской поверхности плосковыпуклой линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала, при этом в объективе выполняются следующие соотношения:
0,06≤|φ1ВДВД|≤0,15; 1,75≤|φ1ИКИК|≤1,85; 0,9≤|φ2ВДВД|≤1,2; 2,5≤|φ2ИКИК|≤2,6; 0,7≤|φ3ВДВД|≤0,8; 1,55≤|φ3ИКИК|≤1,7; 0,65≤n2ВД/n1ВД≤0,9; 0,87≤n2ИК/n1ИК≤0,9; 1,05≤n3ВД/n1ВД≤1,1; 0,8≤n3ИК/n1ИК≤0,82; 1,68≤ν2ВД1ВД≤1,8; 0,93≤ν2ИК1ИК≤0,98; 0,95≤ν3ВД1ВД≤1,0; 1,8≤ν3ИК1ИК≤1,85;

где
- φ1ВД, φ2ВД, φ3ВД - оптические силы первой, второй и третьей линз линзового компенсатора аберраций видимого канала;
- φВД - оптическая сила объектива видимого канала;
- φИК - оптическая сила объектива инфракрасного канала;
- n1ВД, n2ВД, n3ВД - показатели преломления первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала;
- ν1ВД, ν2ВД, ν3ВД - коэффициенты дисперсии первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций видимого канала;
- φ1ИК, φ2ИК, φ3ИК - оптические силы первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала;
- n1ИК, n2ИК, n3ИК - показатели преломления первой, второй и третьей линзы инфракрасного канала;
- ν1ИК, ν2ИК, ν3ИК - коэффициенты дисперсии первой, второй и третьей линзы линзового компенсатора аберраций инфракрасного канала.
1. A two-channel mirror-lens lens, consisting of a first mirror sequentially installed along the beam, made in the form of an off-axis fragment of a concave hyperbolic positive mirror facing concavity to the plane of objects, a lens aberration compensator, one of whose lenses is a negative meniscus convex to the first mirror, the second mirror, made in the form of an off-axis fragment of a spherical convex negative mirror, convex to the lens compensator a Here, the third mirror, made in the form of an off-axis fragment of a concave spherical positive mirror, facing concavity to the plane of objects, the centers of curvature of all optical surfaces being located on one common axis, while in the meridional section of the lens the first mirror is located below the optical axis, and the second and third mirrors - above the optical axis, characterized in that the lens aberration compensator consists of three lenses, the first of which is plano-convex, facing the first mirror, w paradise is biconvex, and the third is a negative meniscus, and on the first surface of the first lens of the lens aberration compensator a spectro-fission coating is applied that transmits radiation in the spectral range of the visible channel 450-1000 nm and reflects in the spectral range of the infrared channel 1500-1700 nm, in addition, the lens supplemented with a lens compensator for infrared channel aberrations, installed during the rays reflected from the first surface of the lens compensator for aberrations of the visible channel, a lens compensator for aberrations the infrared channel consists of three lenses made in the form of off-axis fragments of axisymmetric lenses, in the meridional section of the lens located above the optical axis, the first lens being biconvex, the second lens biconcave, the third lens biconvex, the aperture diaphragm of the visible channel is located on the first along the beam the surface of the biconvex lens of the lens compensator for aberrations of the visible channel, and the aperture diaphragm of the infrared channel is located on the flat surface of the plane-convex lens of the lens th compensator of aberrations of the visible channel, while the following relations are satisfied in the lens:
0.06 ≤ | φ 1VD / φ VD | ≤0.15; 1.75≤ | φ 1IR / φ IR | ≤1.85; 0.9≤ | φ 2VD / φ VD | ≤1,2; 2.5≤ | φ 2IK / φ IR | ≤2.6; 0.7≤ | φ 3VD / φ VD | ≤0.8; 1.55≤ | φ 3IK / φ IR | ≤1.7; 0.65≤n 2VD / n 1VD ≤0.9; 0.87≤n 2IK / n 1IK ≤0.9; 1.05≤n 3VD / n 1VD ≤1.1; 0,8≤n 3IK / n 1IK ≤0,82; 1.68≤ν 2VD / ν 1VD ≤1.8; 0,93≤ν 2IK / ν 1IK ≤0,98; 0.95≤ν 3VD / ν 1VD ≤1.0; 1,8≤ν 3IK / ν 1IK ≤1,85;

Where
- φ 1VD, φ 2VD, φ 3VD - optical powers of the first, second and third lenses of the lens aberration compensator visible channel;
- φ VD - the optical power of the lens of the visible channel;
- φ IR - optical power of the lens of the infrared channel;
- n 1VD, n 2VD, n 3VD - the refractive indices of the first, second and third lenses of the lens aberration compensator visible channel;
- ν 1VD, ν 2VD, ν 3VD - dispersion coefficients of the first, second and third lenses of the lens aberration compensator visible channel;
- φ 1IK , φ 2IK , φ 3IK - the optical powers of the first, second and third lenses of the lens compensator for aberrations of the infrared channel;
- n 1IK , n 2IK , n 3IK - refractive indices of the first, second and third lens of the infrared channel;
- ν 1IK , ν 2IK , ν 3IK - dispersion coefficients of the first, second and third lenses of the lens compensator for aberrations of the infrared channel.
2. Двухканальный зеркально-линзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что перед плоскостью изображения видимого канала установлена плоскопараллельная пластина, толщина dВД и показатель преломления nВД которой удовлетворяют неравенству
Figure 00000001
,
где f 0 В Д '
Figure 00000005
- фокусное расстояние объектива видимого канала.
2. Dual catadioptric lens according to claim 1, characterized in that before visible channel image plane mounted plane-parallel plate, the thickness d and the refractive index VD VD n which satisfy the inequality
Figure 00000001
,
Where f 0 AT D ''
Figure 00000005
- the focal length of the lens of the visible channel.
3. Двухканальный зеркально-линзовый объектив по п.1, отличающийся тем, что перед плоскостью изображения инфракрасного канала установлена плоскопараллельная пластина, толщина dИК и показатель преломления nИК которой удовлетворяют неравенству
Figure 00000003
,
где f 0 И К '
Figure 00000006
- фокусное расстояние объектива инфракрасного канала.
3. The two-channel mirror-lens lens according to claim 1, characterized in that a plane-parallel plate is installed in front of the image plane of the infrared channel, the thickness d IR and the refractive index n IR of which satisfy the inequality
Figure 00000003
,
Where f 0 AND TO ''
Figure 00000006
- the focal length of the infrared lens.
RU2014105328/28A 2014-02-14 2014-02-14 Double-channel catadioptric lens RU2556295C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014105328/28A RU2556295C1 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Double-channel catadioptric lens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014105328/28A RU2556295C1 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Double-channel catadioptric lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2556295C1 true RU2556295C1 (en) 2015-07-10

Family

ID=53538745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014105328/28A RU2556295C1 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Double-channel catadioptric lens

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2556295C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631531C1 (en) * 2016-05-10 2017-09-25 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Mirror-lensed objective for work in near ir-spectral range
RU2643075C1 (en) * 2017-01-20 2018-01-30 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Mirror lens

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733955A (en) * 1986-04-14 1988-03-29 Hughes Aircraft Company Reflective optical triplet having a real entrance pupil
RU2327194C2 (en) * 2006-07-24 2008-06-20 ФГУП "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Three-mirror optical system without screening
RU2461030C1 (en) * 2011-05-18 2012-09-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Catadioptric lens (versions)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733955A (en) * 1986-04-14 1988-03-29 Hughes Aircraft Company Reflective optical triplet having a real entrance pupil
RU2327194C2 (en) * 2006-07-24 2008-06-20 ФГУП "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Three-mirror optical system without screening
RU2461030C1 (en) * 2011-05-18 2012-09-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Catadioptric lens (versions)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Токарев А.А. "Длиннофокусные объективы с эксцентрично расположенным полем изображения", Известия вузов, сер. Приборостроение, т.XXXI, 1988, N7, с.74-79. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631531C1 (en) * 2016-05-10 2017-09-25 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Mirror-lensed objective for work in near ir-spectral range
RU2643075C1 (en) * 2017-01-20 2018-01-30 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Mirror lens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10139601B2 (en) Thin telephoto lens and image pickup apparatus including the same
JP5976765B2 (en) Cassegrain telescope with Ross compensation for wide spectrum
US9377612B2 (en) IR microscope with image field curvature compensation, in particular with additional illumination optimization
CN110208923B (en) Imaging system and optical lens with same
CN104536139A (en) Prism coupling type wedge-shaped plane waveguide optical device
US8965193B1 (en) Mirrored lens for wide field of view and wide spectrum
CN111367066A (en) Coaxial four-reflection optical system
CN107436482B (en) Turning type telescopic fixed-focus lens and camera device
RU2556295C1 (en) Double-channel catadioptric lens
RU2461030C1 (en) Catadioptric lens (versions)
CN102289056B (en) Front objective lens with large field of view and large relative aperture for imaging spectrograph
RU2606699C1 (en) Two-channel optoelectronic system
RU2570055C1 (en) Infrared catadioptric lens
JP2002277741A (en) Reflection and refraction type macro projection optical system
RU2581763C2 (en) Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions)
RU182711U1 (en) OPTICAL SYSTEM OF OPTICAL ELECTRONIC COORDINATOR
RU195924U1 (en) LENS
RU2521249C1 (en) Reflecting autocollimating spectrometer
JP2013148626A (en) Optical antenna for optical radio communication apparatus using infrared laser beam
RU77457U1 (en) LENS
RU2547170C1 (en) Catadioptric lens
RU2464599C1 (en) Endoscope lens
RU204248U1 (en) LENS
RU2815391C1 (en) Two-channel mirror lens system
RU142867U1 (en) LENS