Линза белоусова

(56) Русинов М,М,ка. - Л.: Машиност спектралькривизны Мф 3 тения - жения в 8)Техническаяроение, 197 териала л кривизны параметраминз ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к оческому приборостроению и м,б,зовано в оптических системах м Изобретение относится к ои предназначено для использовоптических системах для исправления.кривизны поверхности изображения,Целью изобретения является устранение хроматизма положения во всейобласти прозрачности материала линзыпри получении заданной кривизны по-оверхности йзображения,На фиг1 изображена линза в обратном ходе лучей; на Фиг2 - примерЧиспользования линзы в зеркально-линзовом объективе,Для описания принципа работы линзы рассмотрим ход первого (апертурного) и второго (полевого) нулевыхлучей, В соответствии с обозначениями,принятыми в геометрической оптике,апертурный луч АЭ, исходящий под углом д к оптической оси иэ осевойточки А предмета 1, расположенной нарасстоянии 8 от первой поверхностиК линзы, идет в край входного зрачка В и встречает поверхность Кна 01509789 ных приборов для исправления изображения, Цель изобрестранение хроматизма поло- всей области прозрачности маинзы при получении заданной изображения, Конструктивными и линзы являются величины Полевой луч р Я внутри линараллельно оптической оси, соотношения для определе- ,Л для получения кривизны ия заданной величины, 2 ил,высоте Ь,. Внутри линзы толщиной й луч идет под углом Ми встречает в рую поверхность К на высоте Ь после чего выходит иэ линзы под угломчерез край выходного зрачка В и образует мнимое изображение вА, расположенной на расстоянивторой поверхности,левой луч ВБ , исходящий из вн осевой точки В предмета, под угломк оптической оси идет в центр Я входного зрачка Р, расположенного н .расстоянии Бот первой поверхности линзы и встречает ее на высоте у1Внутри линзы луч идет под углом (не показан) и встречает вторую поверхность на высоте у после чего в ходит из линзы под углом д в центр3 Б выходного зрачка 0 , расположенный на расстоянии Я , от второй по 1верхности, и образует мнимое изображение 1 в точке ВИэ Фиг, видно о центры С, и С поверхностей К л ыне(11) РР у 2 Рф иКг а(о= 1 а, щ сР РР Иэ фиг1 видно, что У БР(14) При этом исправление сферической+ - У РО (6) 45 откуда с учетом начальных условий(10) совпадают друг с другом, т.е, линзане является концентрической,Запишем начальные условия дляобоих лучей,Для луча А 11 где р, - линейное увеличение линзы, Для луча ВБт По известным формулам определяемуглы Р 1 и р, а также высоты Ь и у,Получение заданной кривизны поверх ности изображения достигается в томслучае, когда У,=.У (5)40Это означает, что полевой луч ВБ внутри линзы идет параллельно оптической оси, т.е,(1-и) 8 (13)Таким образом, условие (5) приводит к тому, что значения радиусов кривизны К и К зависят от положения зрачков 8 и 8 , а их отношение равно значению увеличения в зрач- ках а устранение хроматизма положения -и Проверка отсутствия сферическойаберрации осуществляется нахождениемпервой суммы Зейделя с учетом начальных условий (1) и формулы (16),Иэ известного выражения для толщины ахроматического мениска.,с учетом начальных условий (1) и формулы(16) можно найти толщину1 - -иф 11 1 ф (17)и(1+Р ) (1-иД )которая удовлетворяет условию равенства нулю первой хроматической суммы,Таким образом, выбором значенийдвух радиусов кривизны линзы в зависимости от положения входного ивыходного зрачкова также выборомее толщины в закисимости от линейного увеличения и положения предметадостигается исправление сферическойаберрации и хроматизма положения линзы при наличии кривизны поверхностиизображения,Однако положение входного и выходного зрачков, а также положениепредмета и значение линейного увеличения не определены.и+1ЯР= ЯРор,(п+1)- (р,+1) 5 1509789 6В связи с этим рассмотрим случай, Подставляя в (26) известные великогда мнимое иэображение 1 (фиг,1) чины, получимпредшествующей оптической системырасполагается на сфере радиусом К ,о -аДп+1описанной из центра выходного зрач- (1-из,) и+1-и(р,+1)1ка Р,.о ю (27)Для преобразования кривизны поверх- а совместно рещение уравнений (8)ности 1 предшествующей оптической(18) б Р где К - радиус кривизны поверхностиизображения линзы (поверхность Петцваля)Известно, что (в обратном ходе лу- и 1Я- =п) (20) 25 Делая подстановкув выражение (20) известных величин и производя преобразование, получим(и) (ф - ) 35 В то же время из фиг1 видно, что К = ЯР, - Я = -ЯР -Ь (23) В выражении (23) величину ЯР положения выходного зрачка можно найти поформуле (12)Я л м сЯР(24)р Исключим из этого выражения величину ЯР. Для этого запишемВернемся теперь к формуле (23),Подставляя в нее (26), получим Сг ИК = ЬО 2и ф2(29) Делая затем подстановку известныхвеличин и производя преобразования,получим Рри (ь 1 ДРф+1 )1(ир, - 1) и+1-иг(в, +1)3 Выражение (3) ) позволяет при выбранном сорте стекла линзы (показателе преломления и) однозначно определить ее линейное увеличение ф при котором достигается компенсация кривизны поверхности изображения предшествующей оптической системы в соответствии с выражением (18) беэ внесения хроматических аберраций.Последовательное применение полученных формул позволяет определить конструктивные элементы (К ,К 2 и Й) линзы, но неудобно при использовании,Совместное решение уравнений (30) и (31) позволяет найти величину Я, после подстановки ее в (27), (28) и (17) можно получить выражения для ЯЯ р и й, что с учетом (7) и (13) дает возможность определить окончательные выражения для конструктивных параметров линзы, приведенных в формуле изобретения.В качестве конкретного примера рассмотрим параметры линзы, выполненной иэ поликристалла оптического П 0-4, обладающего значительной областью спектральной прозрачности от 0,6 до 14 мкм, Для средней волны3 мкм спектрального диапазонаи " 2,4376.Возьмем кривизну поверхностиизображения К41,375 мм, а р,== 0,8168По указанным соотношениям получимй щ 8,5 мм К = -10,657 мм; К-18,939 мм,Линейное поле линзы 1 = 7 мм, передний апертурный угол зп ср= 0,3Расчеты аберраций этой линзы насфере радиусом Ко = 41,47 мм показывает, что волновая аберрация оченьмала (менее 0,06) для всего спектрального диапазона и может быть уменьшена небольшим сдвигом плоскости установки до значения 0,02 длины волны,т,е. линза является апохроматической.Астигматиз Х- Х, также очень мал 20(0,02 мм), Дпя края поля зрения абер-.рация широкого наклонного пучка в сагиттальной плоскости ФС чрезвычайно мала, а в меридиональной плоскостидяимеет малую величину из-за незначительного хроматизма увеличениядля длин волн 0,7 и 14 мкм,Таким образом, предлагаемая линзаобладает отсутствием хроматизма положения, т,е, является апохроматом, и 30обеспечивает получение заданной кривизны поверхности изображения,На Фиг,2 представлен объектив,сопряженный с описанной линзой такимобразом, что кривизна поверхности 35мнимого изображения линзы в прямомходе лучей совпадает с кривизнойизображения зеркальной части,Входной зрачок Э диаметром 30 ммрасположен на расстоянии + 50 мм от 0первой поверхности, фокусное расстояние равно 51957 мм, задний отрезок22,02 мм, Для поля зрения р = 7 астигматические отрезки равны Х=где п(пр,-1) (и- р,)п - показатель преломления материала линзы;= -0,006 и Х = 0,006, т,е, поверхность изображения - плоскость,Таким образом, предлагаемая линзаБелоусова, не нарушая качества изображения аберрационного объектива сосферической поверхностью иэображения,позволяет в совокупности с ним получить систему с плоской поверхностьюизображения,Предлагаемая линза может использоваться в сканирующих оптико-механических устройствах, Располагая эту линзумежду подвижным сканирующим зеркаломи линейкой фотоприемника, можно получить изогнутое по сфере нужного радиуса изображение линейки и тем самым компенсировать расфокусировкуизображения, возникающую при накло -нах зеркала,Формула изобретенияЛинза, содержащая две сферические поверхности, о т л и ч а ю щ а я"с я тем, что, с целью устранения хроматизма положения во всей областипрозрачности материала линзы при получении заданной кривизны поверхностиизображения, радиусы кривизны К и.К сферических поверхностей и толщина линзы Й удовлетворяют соотношениям509789 фиа 1 оставитель В ов Корректор М,лароши едактор С,Пекарь Техред М. ираж 513 одписное м при ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагари аказ 5805/4НИИПИГосуда ственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.