СВЕТОСИЛЬНЫЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ
HIGH-APERTURE CATADIOPTRIC LENS

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к зеркально-линзовым объективам, и может применяться в оптических наблюдательных приборах в качестве объектива при разработке зрительных труб, биноклей, фото- и телевизионых систем для наблюдения удаленных предметов.
Известен зеркально-линзовый объектив [1], содержащий фронтальный компонент, основное зеркало в виде линзы Манжена, вторичное зеркало и близфокальный компенсатор.
Недостатком данного объектива является наличие небольшого относительного отверстия (1:5) и нетехнологичность с точки выполнения вторичного зеркала.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели, выбранным в качестве прототипа, является зеркально-линзовый объектив [2], в котором фронтальный компонент выполнен в виде одиночного положительного мениска, вторичное зеркало представляет собой плосковыпуклую линзу с ходом лучей, как в линзе Манжена.
Известное техническое решение имеет преимущество - плосковыпуклая линза углублена в тело фронтального компонента, но недостатком является наличие большой сферической аберрации высших порядков, не позволяющей увеличивать относительное отверстие.
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качества изображения в расширенном спектральном диапазоне при одновременном увеличении относительного отверстия.
Для решения поставленной задачи предложен зеркально-линзовый объектив, который, как и прототип, содержит фронтальный компонент, первичное зеркало в виде линзы Манжена с центральным отверстием, вторичное зеркало и близфокальный компенсатор.
В отличие от прототипа в предлагаемом объективе фронтальный компонент выполнен из положительной линзы и отрицательной линзы с центральным отверстием, разделенных тонкой воздушной линзой, обращенной вогнутостью к объекту, с толщиной по оси, не превышающей 0,4% от фокусного расстояния f′ объектива, а радиусы кривизны поверхностей воздушной линзы находятся в пределах 0,3-0,5 от f′, вторичное зеркало нанесено на второй поверхности первой линзы фронтального компонента, близфокальный компенсатор, состоящий из положительной и отрицательной линз, установлен в сходящемся пучке, причем все оптические преломляющие элементы выполнены из стекла одной марки.
Сущность предлагаемого светосильного зеркально-линзового объектива заключается в том, что выполнение фронтального компонента в виде положительной линзы и отрицательной линзы с центральным отверстием, разделенных тонкой воздушной линзой, обращенной вогнутостью к объекту, с толщиной по оси, не превышающей 0,4% от фокусного расстояния f′ объектива, и радиусов кривизны поверхностей воздушной линзы, не превышающих пределов 0,3-0,5 от f′, позволило управлять высшими порядками сферических аберраций.
Выполнение вторичного зеркала, нанесенного на второй поверхности первой линзы фронтального компонента, которая фактически является подложкой для вторичного зеркала, делает предлагаемую оптическую схему зеркально-линзового объектива более технологичной.
Введение близфокального компенсатора, состоящего из положительной и отрицательной линз, в сходящемся пучке позволило скорректировать полевые аберрации: астигматизм, кривизну поля, дисторсию и хроматизм увеличения. Исправление аберраций приводит к существенному улучшению качества изображения при одновременном увеличении относительного отверстия.
Выполнение всех оптических преломляющих элементов из стекла одной марки наряду с последовательностью выполнения всех перечисленных выше отличительных признаков обеспечивает увеличение относительного отверстия при одновременном повышении качества изображения в расширенном спектральном диапазоне.
Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении относительного отверстия при одновременном повышении качества изображения в расширенном спектральном диапазоне.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена оптическая схема светосильного зеркально-линзового объектива, а также приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски предложенного изобретения.
Светосильный зеркально-линзовый объектив содержит фронтальный компонент, который состоит из положительной линзы 1 и отрицательной линзы 3 с центральным отверстием, разделенных тонкой воздушной линзой 2, обращенной вогнутостью к объекту, с толщиной по оси, не превышающей 0,4% от фокусного расстояния f′ объектива, а радиусы кривизны поверхностей воздушной линзы 3 находятся в пределах 0,3-0,5 от f′.
Основное отверстие выполнено в виде линзы Манжена 4 с центральным отверстием. Вторичное зеркало 5 нанесено на второй поверхности положительной линзы 1. Близфокальный компенсатор выполнен из положительной 6 и отрицательной 7 линз, установленных в сходящемся пучке.
Предлагаемый светосильный зеркально-линзовый объектив работает следующим образом.
Световой пучок от удаленного объекта проходит через положительную линзу 1, через воздушную линзу 2, затем отрицательную линзу 3 с центральным отверстием, попадает в линзу Манжена 4 и отражается от ее задней зеркальной поверхности. Выйдя из линзы, пучок попадает на вторичное зеркало 5 через центральное отверстие отрицательной линзы 3. После отражения от вторичного зеркала 5 сходящийся пучок проходит через центральное отверстие в линзе Манжена 4 и через положительную линзу 6 и отрицательную линзу 7 близфокального компенсатора попадает в плоскость изображения в точке F′ заднего фокуса объектива.
В реализованной схеме светосильный объектив имеет следующие характеристики:
- задний фокальный отрезок 54,7 мм;
- относительное отверстие 1:3,8;
- фокусное расстояние 498,7 мм;
- угловое поле в предметном пространстве
- линейное поле в пространстве изображений (2у)=17,4 мм;
- диапазон ахроматизации 0,4-0,9 мкм;
- основная длина волны 0,6 мкм;
- длина объектива 165 мм;
- расстояние от первой поверхности до изображения 219,7 мм;
- экранирование по диаметру входного зрачка 47%.
Конструктивные параметры и расчет светосильного зеркально-линзового объектива, выполненный по программе OPAL-PC, приведены в ПРИЛОЖЕНИИ.
Качество изображения характеризуется следующими величинами:
продольная сферическая аберрация не превышает 0,01 мм (волновая сферическая аберрация не более 0,05 мм длины волны), хроматизм положения составляет -0,12 мм на оси и +0,12 мм на краю отверстия, астигматизм и кривизна поля не более 0,01 мм, наибольшее значение хроматизма увеличения 0,0024 мм.
-1
Полихроматические частотно-контрастные характеристики близки к дифракционным. Расчетная разрешающая способность объектива по всему полю составляет 200 мм при контрасте 0,3.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Сборник научных трудов ЦИНИГАИК, выпуск №25, М., 1980.
2. Аникст Д.А., Голубовский О.М., Петрова Г.В. и др. Оптические системы геодезических приборов. - М.: Недра, 1981, с.78 - прототип.