ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, и может быть использовано в оптической промышленности, и, в частности, в астрономических телескопах, и особенно в оптико-электронных камерах космических телескопов и т.д.
Зеркально-линзовые объективы обычно состоят из главного вогнутого зеркала с центральным отверстием, вторичного выпуклого и линзового корректора полевых аберраций.
Сферическая аберрация и кома исправляются асферизацией главного и вторичного зеркал, придавая им гиперболоидальную форму. Полевые аберрации - астигматизм и кривизна изображения коррегируются линзовым корректором полевых аберраций (КПА), который обычно устанавливается позади главного зеркала перед фокальной плоскостью.
Известны зеркально-линзовые объективы, содержащие гиперболические главное зеркало (ГЗ) и вторичное зеркало (ВЗ) и однолинзовый КПА с асферической поверхностью [1].
oб
об
Такой корректор позволил исправить астигматизм. Для исправления кривизны изображения пришлось раздвинуть ГЗ и ВЗ. Это привело к большому коэффициенту центрального экранирования ε=0,57 и значительным продольным габаритам: расстояние d между ГЗ и ВЗ составило 0,33f', где f' - фокусное расстояние всего объектива, а, следовательно, к недопустимому для космического телескопа увеличению массы.
л.c.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является зеркально-линзовый объектив [2], содержащий установленные последовательно по направлению луча главное вогнутое с центральным отверстием гиперболоидальное зеркало, вторичное выпуклое гиперболоидальное зеркало и линзовую систему с оптической силой φ, выполненную из двух линзовых компонентов, разделенных воздушным промежутком, содержащих три линзы, из которых первая и вторая линзы установлены вблизи друг к другу.
Недостатком такой системы является ограниченной угловое поле, не превышающее 1,5° при среднеквадратической деформации волнового фронта (RMS)≤0,07÷0,08 λ.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение углового поля при дифракционно-ограниченном качестве изображения в широком спектральном интервале и малых продольных габаритах объектива.
л.с.
Для решения поставленной задачи предлагается зеркально-линзовый объектив, который, как и прототип, содержит установленные последовательно по направлению луча главное вогнутое с центральным отверстием гиперболоидальное зеркало, вторичное выпуклое гиперболоидальное зеркало и линзовую систему с оптической силой φ, выполненную из трех линз, установленную позади главного зеркала.
В отличие от прототипа оптические силы линз и воздушные промежутки удовлетворяют условию:
,
з.с.
где φ - оптическая сила зеркальной системы, состоящей из главного и вторичного зеркал;
1
л.с.
0,5≤φ/φ≤0,7
2
л.с.
1,0≤|φ/φ|≤2,0
3
л.с.
2,0≤φ/φ≤3,0
л.с.
1
л.с.
2
1
2
3
1
2
0,12≤|φ d|≤0,2 0,05≤|φ d|≤0,15, где φ, φ, φ - оптические силы первой, второй и третьей, d, d - расстояние между первой, второй и третьей линзами соответственно.
л.с.
з.с.
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 гиперболоидального зеркала, вторичного выпуклого гиперболоидального зеркала и линзовой системы с оптической силой φ, выполненной из трех линз, установленной позади главного зеркала, при этом оптические силы линз и воздушные промежутки удовлетворяет условию: , где φ - оптическая сила зеркальной системы, состоящей из главного и вторичного зеркал;
1
л.с.
0,5≤φ/φ≤0,7
2
л.с.
1,0≤|φ/φ|≤2,0
3
л.с.
2,0≤φ/φ≤3,0
л.с.
1
л.с.
2
1
2
3
1
2
0,12≤|φ d|≤0,2 0,05≤|φ d|≤0,15, где φ, φ, φ - оптические силы первой, второй и третьей, d, d - расстояние между первой, второй и третьей линзами соответственно, обеспечивается коррекция полевых аберраций монохроматических и хроматизма увеличения в широком спектральном интервале при увеличенных угловых полях объекта.
1
2
В частности, выбранное соотношение оптических сил и расстояний d и d между линзами позволяют исправить кривизну изображения и астигматизм всего объектива в целом и тем самым обеспечить дифракционно-ограниченное качество изображения при больших угловых полях 2ω≥1,75°.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 - представлена оптическая схема объектива и Приложением, в котором приведены конструктивные параметры и оптические характеристики объектива.
л.с.
1
2
3
Зеркально-линзовый объектив состоит из главного вогнутого с центральным отверстием гиперболоидального зеркала 1, вторичного выпуклого гиперболоидального зеркала 2 и линзовой системы 3 с оптической силой φ, выполненной из трех линз: из первой линзы 4 с оптической силой φ, второй линзы 5 с оптической силой φ, и третьей линзы 6 с оптической силой φ.
л.с.
Оптические силы φ с линзовой системы 3 и ее линз удовлетворяют условию:
1
л.с.
2
л.с.
3
л.с.
1
2
; 0,5≤φ/φ≤0,7; 1,0≤|φ/φ|≤2,0; 2,0≤φ/φ≤3,0, а расстояние d между первой 4 и второй 5 линзами и d между второй 5 и третьей 6 составляют:
л.с
1
л.с.
0,12/|φ|≤d≤0,2/|ф|;
л.с.
2
л.c.
0,05/|φ|≤d≤0,15/|φ|.
Работа предлагаемого зеркально-линзового объектива осуществляется следующим образом.
Параллельный пучок света падает на главное вогнутое зеркало 1 и фокусируется в его фокальной плоскости, расположенной перед вторичным выпуклым зеркалом 2.
Вторичное выпуклое зеркало 2, для которого мнимым объектом является изображение объекта в фокальной плоскости главного вогнутого зеркала 1, изображает его в фокальную плоскость зеркальной системы, состоящей из главного 1 и вторичного 2 зеркал.
Линзовая система 3 переносит изображение после зеркальной системы в фокальную плоскость всего зеркально-линзового объектива с положительным увеличением, т.е. без оборачивания изображения.
Заявленные соотношения параметров и полученные технические характеристики приведены в Приложении.
Получена среднеквадратичная деформация волнового фронта RMS<0,07λ по всему полю, что соответствует дифракционно-ограниченному качеству изображения, при угловом поле 2ω≥1,75°.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Н.Н. Михельсон "Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета", "Физико-математическая литература", 1995, сс.328-331.
2. Российская Федерация, патент №2415451, МПК: G02В 17/06, 27.03.2011 - прототип.