RU32612U1

RU32612U1 - Апохроматический объектив

Info

Publication number: RU32612U1
Application number: RU2003103555/20U
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Алексеева; Л.И. Крынин; Л.М. Лапо; Ю.Д. Пименов; М.Н. Сокольский; Д.Н. Фролов; А.Г. Табачков
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2003-09-20

Description

АПОХРОМАТИЧЕСКИИ ОБЪЕКТИВ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована при конструировании объективов-апохроматов для астрономических систем, зрительных труб, длиннофокусных объективов, работающих в широкой спектральной области, коллиматорах.

Известны оптические схемы объективов-апохроматов, состоящие из двух или трех линз, в которых применяются оптические материалы с показателем преломления ,46 и коэффициентом дисперсии более 90. В большинстве случаев это материалы типа флюорита и т.п. 1.

Недостатком этих объективов является ограниченное относительное отверстие 1:10 и ниже, достаточно большее значение полихроматической среднеквадратической волновой аберрации, более 0,07-0,1 X.

Известны устройства для закрепления линз в оправах, в которых между линзами и оправой предусмотрен зазор и средства для юстировки линз.

в оправах выполнены отверстия, расположенные напротив линз равномерно по окружности, в количестве не менее трех на каждую линзу, в которых установлены упругие цилиндрические вкладыши, одним концом прикрепленные к линзе. При этом пространство над упругими цилиндрическими вкладышами в отверстиях заполнено клеем 2.

Недостатком такого устройства является, во-первых, высокие технологические затраты и, во-вторых, самое главное, оправы не обеспечивают высокой центрировки при их установке в цилиндрический корпус (оправу) объектива.

В процессе зажимания оправ линз в корпусе с помош,ью резьбового кольца происходит децентрировка средней, наиболее чувствительной линзы, в зазорах между оправой и корпусом объектива.

Известны устройства для закрепления линз в оправах, в которых между линзой и оправой в зазоре установлены изогнутые пружины 3.

Недостатками этого устройства являются: увеличенные наружный диаметр и масса, снижение качества изображения за счет механического давления пружин на линзы.

Но как и в предыдуш,ем устройстве, конструкция оправы не гарантирует высокой центрировки средней линзы при их установке в цилиндрический корпус объектива.

Объектив, принятый за прототип, содержит цилиндрический корпус, внутри которого размещены три линзы, средняя двояковыпуклая линза выполнена из плавикового шпата или стекла, подобного плавиковому шпату. Все три линзы связаны между собой иммерсионной средой. Первая и третья линзы выполнены в виде менисков с отрицательными оптическими стеклами (Пе 1,46 и коэффициентом дисперсии более 90).

Объектив имеет высокое качество изображения с RMS 0,, но с относительным отверстием не более 1:8-;- 1:12.

Кроме того, соединение линз с помощью иммерсионной жидкости хотя и снижает требование к точности изготовления поверхностей линз, ограниченных иммерсионными слоями, но делает качество изображения крайне неустойчивым в условиях эксплуатации с перепадами температур.

Перепады температур приводят также к вытеканию иммерсионной жидкости и требуют усложненной конструкции оправ объектива.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества изображения и увеличение светосилы оптимизацией оптических сил линз и устранением децентрировок линз при их установке в цилиндрический корпус объектива.

Для решения поставленной задачи предлагается апохроматический объектив, который, как и прототип, содержит цилиндрический корпус, внутри которого размещены три последовательно установленные линзы.

Первая и третья линзы выполнены в виде менисков с отрицательными оптическими силами, вторая линза - в виде двояковыпуклой с положительной оптической силой, выполненная из материала с ,46 и коэффициентом дисперсии более 90.

В отличие от прототипа в предлагаемом апохроматическом объективе каждая из линз установлена в оправе, при этом опорный торец оправы средней линзы установлен своей кромкой на опорный торец оправы соседней линзы, который выполнен сферическим с радиусом R, удовлетворяющим соотношению:

,-, 0,3-0,5 ,

причем на цилиндрическом корпусе вдоль образующей выполнены не менее одного паза длиною, равной длине двух суммарных толщин оправ линз.

Кроме того оптические силы линз удовлетворяют соотношениям:

ф,-(-0,6 -1,25) Фоб

ф2 (2,8 3,5) фоб

фз (-1,1 --1,4) фоб,

где фоб - оптическая сила объектива, при этом

частные дисперсии линз удовлетворяют соотнощениям:

vi + V3 ( 1,98 - 2.04) V2, где Vi. V2, Vs - частные дисперсии материалов линз..

Первая линза выполнена из материала с показателями преломления Пе и частной дисперсии v

V ( Df - ПеУ nf - Пе,

,52-1,53, ,5110-0,5130; ,45 V2 0,501,

,50 ,,5060, при этом оптические силы линз удовлетворяют соотношениям:

Ф1 (-0,6 -0,7) фоб

фз (-1,3 -1,4) Фоб.

Кроме того линзы выполнены из материала с показателями преломления Пе и частной дисперсии v

,52 0,5060- 0,5080; ,45; ,5100,

при этом оптические силы линз удовлетворяют соотношениям:

Ф, (-0,95 --1,2) Фоб

фз(-1,1 ч--1,35) фоб,

а воздушные промежутки (d) между линзами удовлетворяют соотношению:

0,002-0,01 а

в апохроматическом объективе зазор между линзой и внутренней поверхностью оправы не менее 0,1-0,15 мм и равномерно по диаметру линзы заполнен клеем.

Радиусы кривизны поверхностей, обращенных к второй линзе выполнены одинаковыми.

Сущность предлагаемого объектива заключается в том, что каждая из линз установлена в оправе. Опорный торец средней линзы установлен своей кромкой на сферический опорный торец соседней линзы. При поджатии зажимным кольцом оправ линз в цилиндрическом корпусе объектива, средняя линза из-за зазоров между оправой и цилиндрическим корпусом поворачивается по сферической поверхности опорного торца. Выбор радиуса R сферической поверхности в оправе с описанным выше соотношением исключает возникновение комы на оптической оси из-за децентрировки (поворота) средней линзы, что обеспечивает сохранение высокого качества изображения в процессе сборки.

Выполнение на цилиндрической поверхности корпуса пазов, противоположных оправам линз, позволило в процессе сборки поворачивать оправы линз вокруг оси объектива с целью компенсации астигматических отклонений оптических поверхностей линз.

Выбор оптических сил линз с описанными выше соотношениями позволил достигнуть полихроматической среднеквадратической деформации волнового фронта (RMS) менее 0,045Х при относительном отверстии объектива 1:6, а RMS для основной длины волны А 0,546мкм менее 0,02А,.

Выбор материала линз с показателями преломления Пе и частной дисперсии V

,52-1,53, ,5110-0,5130; ,45 V2 0,501,

,50 ,5040-0,5060 или

,52 v, УЗ 0,5060- 0,5080; ,45; V2 0,5100 и выбор радиусов кривизны поверхностей, обращенных ко второй линзе попарно одинаковы, позволили снизить трудоемкость изготовления благодаря технологичности (химической устойчивости, механической прочности, беспузырности и т.п.) указанных материалов линз и снижены затраты на технологическую подготовку производства.

На чертеже на фиг.1 - представлен общий вид объектива, на фиг.2 вид оправы средней и соседней линз, на фиг.З - цилиндрический корпус объектива с пазами.

Апохроматический обеъектив содержит три линзы, первая линза 1 выполнена в виде мениска с отрицательной оптической силой, вторая средняя линза 2 выполнена двояковыпуклой с положительной оптической силой и третья линза 3 выполнена в виде мениска с отрицательной оптической силой.

Линзы последовательно расположены и размещены в цилиндрическом корпусе 4. Каждая линза 1, 2 и 3 установлена в оправе 5, 6 и 7. Опорный торец линзы 2 установлен своей кромкой на опорный торец соседней линзы 3 или линзы 1, если зажимное кольцо 8 слева от линзы 1. R, удов менее линз. и частн удовле Опорный торец средней линзы 2 выполнен сферическим с радиусом летворяющим соотношению: . На цилиндрическом корпусе 4 вдоль образующей выполнены не одного паза 9 длиною, равной длине двух суммарных толщин оправ Все линзы закреплены в оправах клеем 10. Оптические силы линз 1,2 и 3 удовлетворяют соотношениям: Ф1(-0,6 -г-1,25) фоб ф2 (2,8 3,5) фоб Фз (-1,1 ,4) фоб. где фоб-оптическая сила объектива. Частные дисперсии удовлетворяют соотношениям: Vi+V3 ( 1,98-2.04)V2. Линзы 1 и 3 выполнены из материалов с показателями преломления ой дисперсии ,52-1,53, ,5110-0,5130; ,45 V2 0,501, ,50 ,,5060, при этом оптические силы линз творяют соотношениям: Ф, (-0,6 -0,7) фоб Фз (-1,3 -1,4) фоб.

Линзы 1 и 3 могут быть выполнены из материалов с показателями преломления и частной дисперсии

,52 0,,5080; ,45; V2 0,5100,

ф,(-0,95 --1,2) Фоб

Фз (-1Д --1,35) фоб.

0,002-0,01 а

Работа апохроматического объектива осуш;ествляется следующим образом.

Параллельный пучок света падает на первую линзу, проходит вторую и третью линзы и фокусируется в действительном эквивалентном фокусе объектива.

Линзы 1 и 3 отрицательные и они вносят положительные значения хроматизма и сферической аберрации положения, линза 2 с положительной

.S

10

оптической силой, большей по абсолютной величине суммарной оптической силы отрицательных линз, имеет отрицательный хроматизм положения и сферические аберрации, компенсирующие аберрации отрицательных линз.

Прилагаются расчеты апохроматического объектива с фокусным расстоянием 480 мм и диаметром 80 мм из материалов с показателями преломления и показателями дисперсии ,,53, ,5110-0,5130; ,45 V2 0,501,

,50 ,5040-0,5060 и

п,,52 v, V3 0,,5080; ,45; V2 0,5100

Получены: для объектива с марками стекол БФ1-ОК4-ЛК4: полихроматическая RMS для спектрального интервала 0,43-0,70ц-0,, RMS для Хо 0,546 - О, 013 .

Для объектива с марками стекол К8-ОК4-К8: полихроматическая RMS-0,047X, RMS для АО 0,546-0,0 U.

Теоретическиеположенияподтвержденыпартией

изготовленныхобразцов, в которых измеренные значения RMS для XQ 0,546 менее 0,03 X, а визуальное качество изображения соответствует дифракционно-ограниченному.

Преимущества предлагаемого объектива заключается в высоком качествеизображениясрасчетнойполихроматической

диапазона 0,43-0,7 мкм (RMS) при относительном отверстии до 1:6 не более 0,05L

RMS для основной длины волны RMS Q 0,546 мкм менее 0,02 L

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1.Германия, патент № 4310660, МПК: G 01В 9/12; G 01В 13/00, 1994г.

2.Российская Федерация, свидетельство на полезную модель № 24570, МПК: G 01В 7/02, 2002 г.

3.ЕПВ, заявка № 0230277, МПК: G 01В 7/02, 1994 г.

4.Германия, патент № 3622125, МПК: G 01В 9/12; G 01В 1/02, 1987 г- прототип.

Oб%eкa ФIв-гuxoaqpoмaa 1 Конструктивные парамефры опшгаесхой сисфемы

Аберрации осевого пучка

.

Приложение I

Ход яучвй т оп«ич«ской сис««м

Аперзсурная диафрагма

40.000 .000 40.000 -40.000

Пяоскосявь яаияучямй уесаяоахк (Ipeo. .7065)

о пучок Iсмещение ср«дв«-хшадрапгаяая (CR) пл. установки j dS 1 W I dY dX

Пдосхосфъ яаияучвпй сфаяовхи .54€l

граница i

глубины резЗсосФи по волн. ( -.0403; .8€10)

,Ьш

40.000

.000

{поперечное смещение |по СК W по СК dY

.0410), по геометр.( -.8416;

Объектив-апохромат 2 Конструктивные параметры онтн ческой снстемы Осевые расст. Высоты Марки N Радиусы преломления

Параксиальные харакферистики

FSF SFSH

480.51942 -465.08353 465.32669 15.43539

480.51942

S SG V SP S (мм) (ЫМ)(мм)

(дптр)

465.34129 465.32669 -480.53355 .00000 .00000

Аберргщии осевого пучка

Продольные аберрации (мм) j Поперечные аберрации (мм)

Аберрации осевого пучка

Волновые аберрации

I Неизопл. I Н ЗР

SH -15.19272

SP

(дптр) -2.01417 Кат Показатели

ХаракферисФтеи главных лучей пучков

Ход лучей в опфической системе

Claims

1. Апохроматический объектив, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены последовательно расположенные три линзы, из которых первая и третья линзы выполнены в виде менисков с отрицательными оптическими силами, а вторая линза - двояковыпуклая с положительной оптической силой, выполненная из материала с n_е<1,46 и коэффициентом дисперсии более 90, отличающийся тем, что каждая из линз установлена в оправе, при этом опорный торец средней линзы установлен своей кромкой на опорный торец соседней линзы, выполнен сферическим, с радиусом R, удовлетворяющим соотношению

причем на цилиндрическом корпусе вдоль образующей выполнены не менее одного паза длиною, равной длине двух суммарных толщин оправ линз, кроме того, оптические силы линз удовлетворяют соотношениям

φ₁=(-0,6÷1,25)φ_об,

φ₂=(2,8÷3,5)φ_об,

φ₃=(-1,1÷-1,4)φ_об,

где φ_об - оптическая сила объектива,

а частные дисперсии линз удовлетворяют соотношениям

νi+ν₃=(1,98÷2,04)ν₂,

где ν, ν₂, ν₃ - частные дисперсии материалов линз.

2. Апохроматический объектив по п.1, отличающийся тем, что первая линза выполнена из материала с показателями преломления n_е и частной дисперсии ν

ν=(n_f-n_e)/n_f-n_e,

n₁=1,52÷1,53, ν₁=0,5110÷0,5130;

n₂<1,45, ν₂<0,501,

n_3≤1,50, ν₃=0,5040÷0,5060,

при этом оптические силы линз удовлетворяют соотношениям

φ₁=(-0,6÷-0,7)φ_об,

φ₃=(-1,3÷-1,4)φ_об.

3. Апохроматический объектив по п.1, отличающийся тем, что линзы выполнены из материала с показателями преломления n_е и частной дисперсии ν

n_е=n_3≤1,52, ν₁=ν₃=0,5060÷0,5080;

n₂<1,45; ν₂<0,5100,

φ₁=(-0,95÷-1,2)φ_об,

φ₃=(-1,1÷-1,35)φ_об,

а воздушные промежутки (d) между линзами удовлетворяют соотношению

4. Апохроматический объектив по п.1, отличающийся тем, что зазор между линзой и внутренней поверхностью оправы не менее 0,1-0,15 мм и равномерно по диаметру линзы заполнен клеем.

5. Апохроматический объектив по пп.1 и 2, отличающийся тем, что радиусы кривизны поверхностей, обращенных к второй линзе выполнены одинаковыми.