ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ АПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в качестве апохроматического объектива для телескопических систем различного назначения, в том числе, в астрономических телескопах для визуального наблюдения.
Известна система рефрактора с апохроматическим корректором, содержащая два компонента, первый из которых (объектив) выполнен из двух линз, а второй (корректор) - из трех [R. Christen in Sky and Telescope (Oct., 1985), pp. 375-378].
Недостатками этой системы являются большой (1/3 фокусного расстояния) воздушный промежуток между объективом и корректором, применение в корректоре стекла с особым ходом дисперсии и остаточный хроматизм увеличения.
Известен апохроматический объектив, состоящий из трех компонентов [Патент РФ №2429508, 2010. Апохроматический объектив], первый и третий из них - положительные, а второй - отрицательный. Линзы выполнены из двух марок оптических стекол.
Недостатками этого объектива являются большие (порядка фокусного расстояния объектива) величины воздушных промежутков между компонентами, что ведет к усложнению конструкции и нестабильности взаимного положения компонентов в процессе эксплуатации.
Известен трехлинзовый двухкомпонентный апохроматический объектив Кехлера (Kohler) [US patent №785602, 1957.]. Объектив состоит из двух компонентов, разделенных воздушным промежутком. Первый по ходу лучей компонент состоит из одной положительной линзы, а второй - из положительной и отрицательной линз, склеенных между собой. Величина воздушного промежутка между компонентами составляет 2-6% от фокусного расстояния объектива. Первая по ходу лучей положительная линза имеет показатель преломления для линии d больше 1,6 и число Аббе больше 55, а линзы второго компонента имеют числа Аббе меньше 35, разность относительных частных дисперсий больше 1,61 и разность показателей преломления менее 0,1. При этом разность показателей преломления линз второго компонента и линзы первого компонента должна быть больше ОД. Объектив Кехлера позволяет получить хорошее качество коррекции геометрических аберраций и исправление хроматизма положения для трех длин волн только при относительных отверстиях не выше 1:12 (при диаметре входного зрачка 102 мм).
Недостатками этого объектива является использование трех марок стекол, два из которых - дорогостоящие тяжелые флинты, в том числе, - лантановый флинт, наличие склейки, что ограничивает диаметры склеиваемых линз, жесткие требования к оптическим постоянным стекол, что ограничивает конструктора в выборе стекол, недостаточная коррекция сферохроматизма в синей области спектра.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является тонкий суперапохромат из трех линз [Попов Г.М. Современная астрономическая оптика. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1988. - 192 с. Стр. 62-68], состоящий из двух положительных и одной отрицательной линз. Одна положительная и одна отрицательная линзы склеены, а вторая положительная линза отделена от склейки воздушным промежутком. Для изготовления линз используются три разных оптических материала, в том числе «особые» стекла и флюорит.
Недостатками этого объектива является использование трех марок стекол, в том числе, дорогостоящих и нетехнологичных «особых» стекол и флюорита, наличие склейки, низкие (1:15) относительные отверстия объективов, использующих только «нормальные» стекла. При таких относительных отверстиях устройство имеет значительную габаритную длину.
Техническое решение направлено на создание апохроматического объектива простой и компактной конструкции с высокой коррекцией хроматических и монохроматических аберраций и увеличенным относительным отверстием.
1
2
Технический результат достигается тем, что в двухкомпонентном апохроматическом объективе, включающем два оптически связанных компонента, разделенных воздушным промежутком d, первый компонент содержит одну положительную линзу, выполненную из стекла марки Y, второй - двояковогнутую линзу, выполненную из стекла марки X и положительный мениск, выполненный из стекла марки Y, разделенные воздушным промежутком d, показатели преломления и числа Аббе стекол X и Y удовлетворяют следующим условиям:
X
X
1,6≤n≤1,8 и 49≤ν≤55
Y
Y
1,5≤n≤1,7 и 51≤ν≤66
1
d≤0,005f
2
1
d<d
где
X
n - показатель преломления стекла марки X;
Y
n - показатель преломления стекла марки Y;
X
ν - число Аббе стекла марки X;
Y
ν - число Аббе стекла марки Y;
f - фокусное расстояние объектива:
1
2
Свойства материалов, из которых изготовлены линзы объектива, были подобранны программными методами таким образом, чтобы достичь максимальной коррекции продольного хроматизма. Воздушные промежутки d и d между компонентами объектива служат для коррекции сферической и сферохроматической аберраций соответственно.
1
2
Апохроматический объектив, изображенный на Фиг. 1 содержит два компонента: первый компонент содержит одну положительную линзу 1, выполненную из стекла марки Y, второй - двояковогнутую линзу 2, выполненную из стекла марки X и положительный мениск 3, выполненный из стекла марки Y. Первый компонент отделен от второго воздушным промежутком d. Во втором компоненте линзы 2 и 3 разделены воздушным промежутком d.
Действие объектива, изображенного на Фиг. 1. осуществляется следующим образом: параллельный пучок лучей от удаленного предмета проходит последовательно первый и второй компоненты и строит изображение этого предмета в фокальной плоскости F'.
Ниже приведен пример конкретной реализации предлагаемого объектива.
В качестве примера рассчитан следующий объектив:
Показатель преломления n стекла X - 1,744; число Аббе v стекла X - 50,26; показатель преломления n стекла Y - 1,572; число Аббе ν стекла Y - 57,33; фокусное расстояние F' - 990 мм; относительное отверстие - 1:10; рабочий спектральный диапазон объектива - 0,434÷0,700 мкм; основная длина волны - 0,587 мкм; угловое поле в пространстве предметов - +/-0,25°
1
2
Конструктивные параметры рассчитанного объектива приведены в таблице 1. В строках «1», «2», «3» указаны радиусы кривизны, толщины, показатели преломления и числа Аббе для желтой линии гелия d для трех линз. В строках «d» и «d» указаны воздушные промежутки между линзами.
Высокое качество изображения, даваемого предлагаемой оптической системой двухкомпонентного апохроматического объектива, подтверждаются графическими материалами, представленными на Фиг. 2 и Фиг. 3.
На Фиг. 2. приведен график продольной хроматической аберрации для спектрального интервала от 0,434 мкм до 0,700 мкм. По оси абсцисс отложена продольная хроматическая аберрация в мкм, по оси ординат отложена длина волны в нм. Хорошо виден W-образный характер кривой продольной хроматической аберрации, что свидетельствует о том, что в предлагаемом объективе в указанном спектральном диапазоне четыре длины волны сведены в одном фокусе и тем самым достигнута высокая степень коррекции хроматической аберрации, величина которой в данном примере равна 78,8 мкм, что составляет 1/12563 от величины фокусного расстояния объектива.
На Фиг. 3. приведен график полихроматического числа Штреля в рабочем спектральном диапазоне объектива. По оси абсцисс отложены координаты полевых точек в угловой мере, а по оси ординат - число Штреля. Система имеет дифракционное качество в спектральном диапазоне 0,434-0,700 мкм в пределах всего поля зрения.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении относительного отверстия объектива (до 1:10-1:8) и уменьшении воздушных промежутков между компонентами (до 0,005ƒ), что сократило габаритную длину устройства, использовании в качестве материалов для линз только двух марок стекол - кронов с нормальным ходом дисперсии, что повышает технологичность конструкции и удешевляет объектив и в улучшении коррекции аберраций в широком спектральном диапазоне 0,434-0,700 мкм за счет подбора дисперсионных свойств оптических материалов и оптимизации конструктивных параметров схемы.
Таким образом, реализация технических преимуществ предлагаемого устройства, обладающего совокупностью указанных отличительных признаков, позволяет создать простую и компактную конструкцию апохроматического объектива с высокой коррекцией хроматических и монохроматических аберраций, который может использоваться в качестве объектива в астрономических телескопах для визуального наблюдения.
Литература
1. Попов Г.М. Современная астрономическая оптика. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1988. - 192 с. Стр. 62-68.
2. A. Rogers "On the Construction of large Achromatic Telescopes", Memoirs of the Astronomical Society of London 3.2 (1829), pp. 375-378.
3. R. Christen in Sky and Telescope (Oct., 1985), pp. 375-378.
4. US patent №785602, 1957.
5. Патент РФ №2429508, 2010. Апохроматаческий объектив.