RU2429508C1 - Apochromatic lens - Google Patents
Apochromatic lens Download PDFInfo
- Publication number
- RU2429508C1 RU2429508C1 RU2010105460/28A RU2010105460A RU2429508C1 RU 2429508 C1 RU2429508 C1 RU 2429508C1 RU 2010105460/28 A RU2010105460/28 A RU 2010105460/28A RU 2010105460 A RU2010105460 A RU 2010105460A RU 2429508 C1 RU2429508 C1 RU 2429508C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lenses
- component
- lens
- biconvex
- concave side
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в качестве апохроматического объектива в астрономических телескопах для визуального наблюдения, фото- и видеорегистрации.The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used as an apochromatic lens in astronomical telescopes for visual observation, photo and video recording.
Известна система рефрактора с апохроматическим корректором, содержащая два компонента, первый из которых выполнен из двух линз, а второй - из трех [R.Christen in Sky and Telescope (Oct., 1985), pp.375-378].A known refractor system with an apochromatic corrector containing two components, the first of which is made of two lenses, and the second of the three [R. Christen in Sky and Telescope (Oct., 1985), pp.375-378].
Недостатками этой системы являются остаточный хроматизм увеличения и применение особого сорта стекла.The disadvantages of this system are the residual increase chromatism and the use of a special grade of glass.
Известен апохроматический объектив, состоящий из двух компонентов [патент США №4854686, 1989, Apochromat type objective lenses]. Первый компонент состоит из двух линз - двояковыпуклой и отрицательного мениска, второй компонент выполнен из двояковогнутой линзы и положительного мениска.Known apochromatic lens consisting of two components [US patent No. 4854686, 1989, Apochromat type objective lenses]. The first component consists of two lenses - a biconvex and negative meniscus, the second component is made of a biconcave lens and a positive meniscus.
Недостатком этого объектива является наличие в первом компоненте двух линз, диаметры которых равны диаметру входного зрачка, что ведет к увеличению габаритов объектива, его массы. Кроме того, в конструкции объектива используется не менее трех марок стекол.The disadvantage of this lens is the presence in the first component of two lenses whose diameters are equal to the diameter of the entrance pupil, which leads to an increase in the dimensions of the lens and its mass. In addition, at least three brands of glass are used in the design of the lens.
Известен апохроматический объектив, состоящий из трех компонентов [R.Duplov, "Apochromatic telescope without anomalous dispersion glasses", Applied Optics (March 2006), 66926]. Первый компонент представляет собой два мениска, обращенных выпуклыми поверхностями друг к другу, второй компонент выполнен из мениска, двояковыпуклой и двояковогнутой линз, третий компонент выполнен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.A known apochromatic lens consisting of three components [R. Duplov, "Apochromatic telescope without anomalous dispersion glasses", Applied Optics (March 2006), 66926]. The first component is two menisci facing convex surfaces to each other, the second component is made of meniscus, biconvex and biconcave lenses, the third component is made of biconvex and biconcave lenses.
Недостатком этого объектива является наличие в первом компоненте двух менисков, диаметры которых равны диаметру входного зрачка, что ведет к увеличению габаритов объектива, его массы, сложности и трудоемкости изготовления, сборки и юстировки. Кроме того, в конструкции объектива используются три марки стекла.The disadvantage of this lens is the presence in the first component of two menisci whose diameters are equal to the diameter of the entrance pupil, which leads to an increase in the dimensions of the lens, its mass, complexity and the complexity of manufacturing, assembly and alignment. In addition, three grades of glass are used in the design of the lens.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству по технической сущности является апохроматический объектив [патент РФ №2331094, 2008. Апохроматический объектив], состоящий из оптически связанных расположенных по ходу лучей трех компонентов, первый и третий из которых являются положительными, при этом первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, второй и третий компоненты содержат не менее чем по две линзы и имеют форму менисков, причем третий компонент обращен вогнутой стороной к плоскости изображений, преломляющие поверхности линз компонентов являются сферическими, линзы выполнены из двух марок оптических стекол. В объективе-аналоге первый компонент представляет собой одиночную двояковыпуклую линзу. Показатели преломления и коэффициенты дисперсии используемых марок стекол удовлетворяют условию:The closest analogue to the claimed device by technical essence is an apochromatic lens [RF patent No. 2331094, 2008. Apochromatic lens], consisting of three components optically coupled along the rays of the rays, the first and third of which are positive, while the first component is made in the form of a single lens, the second and third components contain at least two lenses and have the shape of menisci, with the third component facing the image plane with its concave side, refracting the lens surfaces the components are spherical, the lenses are made of two brands of optical glasses. In an analog lens, the first component is a single biconvex lens. The refractive indices and dispersion coefficients of the used glass grades satisfy the condition:
1,45<n1<1,55; 1,65<n2<1,75; 50<ν1<60; 30<ν2<40.1.45 <n 1 <1.55; 1.65 <n 2 <1.75; 50 <ν 1 <60; 30 <ν 2 <40.
Недостатками наиболее близкого аналога являются малая величина относительного отверстия, большое число линз, кроме того, узкий рабочий спектральный диапазон от 0,44 до 0,7 мкм, которого недостаточно для нужд фото- и видеорегистрации.The disadvantages of the closest analogue are the small value of the relative aperture, a large number of lenses, in addition, a narrow working spectral range from 0.44 to 0.7 μm, which is not enough for the needs of photo and video recording.
Конструктивное исполнение компонентов наиболее близкого аналога, использованные сорта стекол указанного диапазона показателей преломления и дисперсий не позволяют уменьшить число линз, повысить относительное отверстие при сохранении высокого качества изображения. Расширение спектрального диапазона в синюю область у этой системы затруднено из-за недостаточных коррекционных возможностей третьего компонента. Итак, устранение указанных недостатков в наиболее близком аналоге невозможно без существенного изменения устройства оптической системы.The design of the components of the closest analogue, the used glass types of the specified range of refractive indices and dispersions do not allow to reduce the number of lenses, increase the relative aperture while maintaining high image quality. The extension of the spectral range to the blue region of this system is difficult due to insufficient correction capabilities of the third component. So, the elimination of these shortcomings in the closest analogue is impossible without a significant change in the structure of the optical system.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание технологичной конструкции апохроматического объектива с высокими техническими характеристиками, который может использоваться в астрономических телескопах для визуальных наблюдений, фото- и видеорегистрации.The task to be solved by the claimed device is aimed at creating a technologically advanced apochromatic lens with high technical characteristics, which can be used in astronomical telescopes for visual observations, photo and video recording.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в уменьшении количества линз в объективе, повышении относительного отверстия при использовании в качестве материалов для линз двух марок стекол и сохранении высокого качества изображения в широком спектральном диапазоне.The technical result achieved in solving the problem is to reduce the number of lenses in the lens, increase the relative aperture when using two types of glasses as lens materials and maintain high image quality in a wide spectral range.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что апохроматический объектив состоит из оптически связанных расположенных по ходу лучей трех компонентов, первый и третий из которых являются положительными. При этом первый компонент выполнен в виде одиночной линзы, второй и третий компоненты содержат не менее чем по две линзы и имеют форму менисков, причем третий компонент обращен вогнутой стороной к плоскости изображений. Преломляющие поверхности линз компонентов являются сферическими, линзы выполнены из двух марок оптических стекол. В отличие от наиболее близкого аналога, одиночная линза первого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений. Второй компонент выполнен отрицательным в виде склеенных двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Третий компонент выполнен из двух близкорасположенных линз, первая из которых является двояковыпуклой, вторая - отрицательным мениском. При этом показатели преломления и коэффициенты средней дисперсии материалов линз удовлетворяют соотношению:The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the apochromatic lens consists of three components optically coupled along the rays of the rays, the first and third of which are positive. In this case, the first component is made in the form of a single lens, the second and third components contain at least two lenses and have the shape of menisci, with the third component facing the concave side to the image plane. The refractive surfaces of the component lenses are spherical, the lenses are made of two brands of optical glasses. Unlike the closest analogue, a single lens of the first component is made in the form of a meniscus, facing the concave side to the image plane. The second component is negative in the form of glued biconcave and biconvex lenses. The third component is made of two closely spaced lenses, the first of which is biconvex, the second a negative meniscus. In this case, the refractive indices and the average dispersion coefficients of the lens materials satisfy the ratio:
Выполнение первого компонента в виде мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений, а третьего компонента - из двух близкорасположенных линз, первая из которых является двояковыпуклой, вторая - отрицательным мениском, позволяет осуществлять лучшую коррекцию аберраций широких наклонных пучков и увеличить относительное отверстие системы.The execution of the first component in the form of a meniscus with the concave side facing the image plane, and the third component of two closely spaced lenses, the first of which is biconvex and the second with a negative meniscus, allows for better correction of aberrations of wide inclined beams and increase the relative aperture of the system.
Выполнение второго компонента отрицательным в виде склеенных двояковогнутой и двояковыпуклой линз и использование в качестве материалов стекол, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют соотношению (1), позволяет уменьшить число линз и повысить относительное отверстие при сохранении апохроматической коррекции системы.The second component is negative in the form of glued biconcave and biconvex lenses and the use of glasses as materials, the refractive indices and dispersion coefficients of which satisfy relation (1), makes it possible to reduce the number of lenses and increase the relative aperture while maintaining the apochromatic correction of the system.
Совокупность предлагаемых признаков позволяет решить поставленную задачу, исключение любого из них ведет к невозможности реализации апохроматического объектива с заявленным техническим результатом.The combination of the proposed features allows us to solve the problem, the exclusion of any of them leads to the inability to implement an apochromatic lens with the stated technical result.
Указанное решение, на наш взгляд, обладает новизной и изобретательским уровнем. Авторам не известны оптические системы апохроматических объективов, в которых была бы реализована совокупность указанных признаков.The specified solution, in our opinion, has novelty and inventive step. The authors are not aware of the optical systems of apochromatic lenses in which a combination of these features would be implemented.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The proposed invention is illustrated by the following graphic materials:
фиг.1 - оптическая схема объектива;figure 1 is an optical diagram of the lens;
фиг.2 - график зависимости заднего фокального отрезка от длины волны;figure 2 is a graph of the dependence of the rear focal segment on the wavelength;
фиг.3 - график продольных осевых аберраций;figure 3 is a graph of longitudinal axial aberrations;
фиг.4 - график астигматизма и дисторсии;4 is a graph of astigmatism and distortion;
фиг.5 - график частотно-контрастной характеристики.5 is a graph of frequency contrast characteristics.
Апохроматический объектив (фиг.1) содержит первый компонент 1, второй компонент 2 и третий компонент 3. Первый компонент 1 выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутой стороной к плоскости изображений. Второй компонент 2 выполнен отрицательным в виде склеенных линз - двояковогнутой 4 и двояковыпуклой 5. Третий компонент 3 выполнен из двух близкорасположенных линз, первая из которых является двояковыпуклой 6, вторая - отрицательным мениском 7.The apochromatic lens (Fig. 1) contains the
Все линзы выполнены из двух марок обычного оптического стекла, показатели преломления и коэффициенты дисперсии которых удовлетворяют соотношению (1).All lenses are made of two grades of ordinary optical glass, the refractive indices and dispersion coefficients of which satisfy relation (1).
Действие объектива осуществляется следующим образом. Параллельный пучок лучей от удаленного предмета проходит последовательно положительный мениск и два компонента и строит изображение этого предмета в фокальной плоскости 8. Проходя через положительный мениск 1, пучок лучей фокусируется, возникшие при этом аберрации на оси исправляются отрицательным компонентом 2. Положительный компонент 3 исправляет полевые аберрации всего объектива.The action of the lens is as follows. A parallel beam of rays from a distant object passes sequentially the positive meniscus and two components and builds an image of this object in the focal plane 8. Passing through the
В качестве конкретного примера рассчитан объектив со следующими характеристиками:As a specific example, a lens with the following characteristics is designed:
фокусное расстояние - 940 мм;focal length - 940 mm;
относительное отверстие - 1:7;relative aperture - 1: 7;
рабочий спектральный диапазон - 0,42÷0,7 мкм,working spectral range - 0.42 ÷ 0.7 μm,
основная длина волны - 0,546 мкм,the main wavelength is 0.546 microns,
угловое поле в пространстве предметов - 1,5°;angular field in the space of objects - 1.5 °;
линейное поле в пространстве изображений - 24,6 мм.the linear field in the image space is 24.6 mm.
По сравнению с наиболее близким аналогом увеличено относительное отверстие системы, расширен спектральный диапазон в коротковолновой области. Также повышена технологичность системы: уменьшено общее число линз с шести до пяти, отсутствует трехлинзовая склейка.Compared with the closest analogue, the relative aperture of the system is increased, the spectral range in the short-wavelength region is expanded. The manufacturability of the system is also increased: the total number of lenses is reduced from six to five, there is no three-lens gluing.
Для подтверждения высокого качества изображения, даваемого предлагаемой оптической системой апохроматического объектива, далее приводятся характеристики, наиболее часто используемые для оценки качества изображения в оптических системах аналогичного назначения.To confirm the high quality of the image provided by the proposed optical system of an apochromatic lens, the following are the characteristics most often used to evaluate image quality in optical systems of a similar purpose.
На фиг.2 приведен график продольной хроматической аберрации для спектрального интервала от 0,42 до 0,7 мкм. По оси абсцисс отложена продольная хроматическая аберрация в мкм, по оси ординат отложена длина волны в мкм. Характер кривой продольной хроматической аберрации свидетельствует о том, что в предлагаемом объективе в указанном спектральном диапазоне достигается высокая степень коррекции хроматической аберрации, величина которой равна 250 мкм, что составляет менее 1/3700 от величины фокусного расстояния объектива.Figure 2 shows a graph of longitudinal chromatic aberration for the spectral range from 0.42 to 0.7 μm. The horizontal chromatic aberration in microns is plotted on the abscissa, and the wavelength in microns is plotted on the ordinate. The nature of the curve of longitudinal chromatic aberration indicates that in the proposed lens in the specified spectral range a high degree of correction of chromatic aberration is achieved, the value of which is 250 μm, which is less than 1/3700 of the focal length of the lens.
На фиг.3 приведен график астигматизма предлагаемой оптической системы объектива. По оси ординат отложен размер изображения (в мм), а по оси абсцисс - астигматические отрезки в мм. Остаточный астигматизм, обеспечиваемый предлагаемым объективом, на краю поля зрения не превышает 0,09 мм, что свидетельствует о высокой степени коррекции полевых аберраций.Figure 3 shows a graph of astigmatism of the proposed optical system of the lens. The ordinate shows the image size (in mm), and the abscissa represents astigmatic segments in mm. The residual astigmatism provided by the proposed lens at the edge of the field of view does not exceed 0.09 mm, which indicates a high degree of correction of field aberrations.
На фиг.4 показан график дисторсии предлагаемой оптической системы объектива. По оси ординат отложен размер изображения (в мм), а по оси абсцисс - относительная дисторсия в %. Из представленного графика видно, что дисторсия на краю поля зрения не превышает 0,1%.Figure 4 shows a graph of the distortion of the proposed optical system of the lens. The ordinate shows the image size (in mm), and the abscissa represents the relative distortion in%. The graph shows that the distortion at the edge of the field of view does not exceed 0.1%.
На фиг.5 показаны графики частотно-контрастной характеристики предлагаемого объектива. По оси абсцисс отложена пространственная частота в мм-1, отнесенная к плоскости изображения объектива, а по оси ординат - коэффициент передачи контраста в относительных единицах. Из представленных графиков следует, что заявляемый апохроматический объектив обеспечивает высокое качество изображения. Так, при коэффициенте передачи контраста 0,1 пространственная частота в плоскости изображений для всех точек изображения в пределах поля зрения составляет не менее 120 мм-1. При указанной величине фокусного расстояния в конкретном примере исполнения угловая величина в пространстве предметов, соответствующая пространственной частоте 120 мм-1, составляет 1,8 угловых секунды.Figure 5 shows graphs of the frequency-contrast characteristics of the proposed lens. The spatial frequency in mm -1 is plotted on the abscissa axis, relative to the image plane of the lens, and on the ordinate axis, the contrast transmission coefficient in relative units. From the presented graphs it follows that the claimed apochromatic lens provides high image quality. So, with a contrast transfer coefficient of 0.1, the spatial frequency in the image plane for all image points within the field of view is at least 120 mm -1 . With the specified magnitude of the focal length in a specific example of execution, the angular value in the space of objects corresponding to the spatial frequency of 120 mm -1 is 1.8 angular seconds.
Анализ качества изображения в примере конкретного исполнения подтверждает высокое качество изображения, даваемого предлагаемым апохроматическим объективом по всему полю зрения при расширенном спектральном диапазоне.Analysis of the image quality in the example of a specific implementation confirms the high quality of the image provided by the proposed apochromatic lens over the entire field of view with an extended spectral range.
Таким образом, реализация технических преимуществ предлагаемого устройства, обладающего совокупностью указанных отличительных признаков, позволяет создать технологичную конструкцию апохроматического объектива с высокими техническими характеристиками, который может использоваться в качестве объектива в астрономических телескопах для визуального наблюдения, фото- и видеорегистрации.Thus, the implementation of the technical advantages of the proposed device, which has a combination of these distinguishing features, allows you to create a technologically advanced apochromatic lens with high technical characteristics, which can be used as a lens in astronomical telescopes for visual observation, photo and video recording.
Claims (1)
1,82<n1<1,9; 1,57<n2<1,65; 21<ν1<30; 60<ν2<67. An apochromatic lens consisting of three components optically connected along the rays of the rays, the first and third of which are positive, the first component being a single lens, the second component having a meniscus shape, and the third component containing two lenses and facing the concave side to the plane images, the refracting surfaces of the lenses of the components are spherical, the lenses are made of two brands of optical glasses, characterized in that the single lens of the first component is made in the form of menis facing the concave side to the image plane, the second component is negative in the form of glued biconcave and biconvex lenses, the third component is made of two closely spaced lenses, the first of which is biconvex, the second negative meniscus, with refractive indices and average dispersion coefficients of lens materials satisfy the ratio:
1.82 <n 1 <1.9; 1.57 <n 2 <1.65; 21 <ν 1 <30; 60 <ν 2 <67.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010105460/28A RU2429508C1 (en) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Apochromatic lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010105460/28A RU2429508C1 (en) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Apochromatic lens |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2429508C1 true RU2429508C1 (en) | 2011-09-20 |
Family
ID=44758785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010105460/28A RU2429508C1 (en) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Apochromatic lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2429508C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547005C1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Apochromatic lens |
| RU2784320C1 (en) * | 2022-02-22 | 2022-11-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Apochromat lens |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4854686A (en) * | 1987-06-05 | 1989-08-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Apochromat type objective lenses |
| RU2072733C1 (en) * | 1994-06-23 | 1997-01-27 | Акционерное общество открытого типа "Красногорский завод" | LENS FOR IR SPECTRUM |
| US6104541A (en) * | 1998-03-20 | 2000-08-15 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Collimator lens and optical scanning apparatus using the same |
| RU2331094C2 (en) * | 2006-06-08 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное предприятие "Новосибирский приборостроительный завод" (ФГУП "ПО "НПЗ") | Apochromatic objective |
-
2010
- 2010-02-15 RU RU2010105460/28A patent/RU2429508C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4854686A (en) * | 1987-06-05 | 1989-08-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Apochromat type objective lenses |
| RU2072733C1 (en) * | 1994-06-23 | 1997-01-27 | Акционерное общество открытого типа "Красногорский завод" | LENS FOR IR SPECTRUM |
| US6104541A (en) * | 1998-03-20 | 2000-08-15 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Collimator lens and optical scanning apparatus using the same |
| RU2331094C2 (en) * | 2006-06-08 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное предприятие "Новосибирский приборостроительный завод" (ФГУП "ПО "НПЗ") | Apochromatic objective |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547005C1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Apochromatic lens |
| RU2784320C1 (en) * | 2022-02-22 | 2022-11-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Apochromat lens |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2451312C1 (en) | Objective lens | |
| RU2429508C1 (en) | Apochromatic lens | |
| RU192789U1 (en) | FOUR-LENS APOCHROMATIC LENS | |
| EP3396421A1 (en) | Aspheric cemented lens | |
| RU2547005C1 (en) | Apochromatic lens | |
| RU2577082C1 (en) | Apochromatic athermal lens (versions) | |
| RU163268U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
| RU162339U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
| RU2384868C1 (en) | Doublet objective lens | |
| RU204248U1 (en) | LENS | |
| RU195924U1 (en) | LENS | |
| RU162318U1 (en) | TWO-LENS LENS | |
| RU2415451C1 (en) | Reflector lens | |
| RU2486552C1 (en) | Plan-apochromatic high-aperture microlens | |
| RU2331094C2 (en) | Apochromatic objective | |
| US8503113B2 (en) | Wide-angle relay lens and imaging system having same | |
| RU2377619C1 (en) | High-aperture lens | |
| RU2652660C1 (en) | Eyepiece with increased eye relief of the exit pupil | |
| RU2498363C1 (en) | Catadioptric lens | |
| RU2433432C2 (en) | Apochromatic lens (versions) | |
| RU2386988C1 (en) | Lens | |
| RU2727269C1 (en) | Fast eyepiece with remote exit pupil | |
| RU146322U1 (en) | EYEPIECE | |
| RU2412455C1 (en) | Four-element lens | |
| RU2784320C1 (en) | Apochromat lens |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190216 |