Зеркально-линзовый объектив

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах для концентрации излучения в заданной плоскости. Цель изобретения - повышение качества изображения и уменьшение продольных размеров. Пучок излучения проходит корректор 8 волнового фронта, телескопическую систему из отрицательного 1 и положительного 2 менисков, отрицательный мениск 3, вогнуто-плоскую линзу 4, отражается от зеркала 5, вновь проходит линзы 4 и 3, попадает на главное зеркало 6 и направляется в плоскость фокусировки. Центральная часть пучка выходит через отверстие в линзе 4 и дополнительным компонентом 9 направляется в ту же плоскость. Фокусное расстояние 2513 мм, относительное отверстие 1:10. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (114С 02 В 1 /08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 429501 2/31-1 0 (22) 10,08.87 (46) 30.11.89. Бюл. Г 44 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) А.В.Демин, Н.Н.Горлушкина и И.В.Петров (53) 771 ° 351 ° 7 (088.8) (56) Михельсон Н.H. Оптические телескопы. М.: Наука, 1976. (54) ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах для концентрации излучения в заданной плоскости ° Цель изобретения - повыше2 ние качества изображения и уменьшение продольных размеров. Пучок излучения проходит корректор 8 волнового фронта, телескопическую систему из отрицательного 1 и положительного 2 менисков, отрицательный мениск 3, вогнуто-плоскую линзу 4, отражается от зеркала 5, вновь проходит линзы 4 и

3, попадает на главное зеркало 6 и направляется в плоскость фокусировки.

Центральная часть пучка выходит через отверстие в линзе 4 и дополни" тельным компонентом 9 направляется в ту же плоскость. Фокусное расстояние

2513 мм, относительное отверстие

1: 1О. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1525655 сн)ре1 .ние отно(li I ся к Оптическо у приборостроению, а именно к оптиеским приЬорам с отражающими поверх«остями, и может быть использовано ля концентрации энергии в заданной

5 плоскости.

Цель изобретения - повышение качества изоЬражения и уменьшение продольных разрезов, расширение диапазо- 0 а использования для Фокусировки изучения различных лазеров, обеспечеие Фокусировки на различные расстояия, а также уменьшение потерь излуения из-за обратного излучения.

На чертеже изображена принципиальi ая оптическая схема зеркально-линового объектива.

Зеркально-линзовый объектив состо1 т из отрицательного 1 и положителього 2 менисков телескопической сис. емы, отрицательного мениска 3 и вог уто-плоской линзы 4 с зеркальной отажающей поверхностью (зеркалом) 5 главного сферического зеркала 6, права которого является апертурной иафрагмой 7 объектива. Корректор олнового фронта компонент излучателя

ыполнен в виде линзы 8. Дополнитель ый положительный компонент 9 уста30

i oBëåí за отверстием линзы 4. Пози-" ией 10 обозначен источник лазерного излучения.

Зеркально-линзовый объектив работает следующим образом.

Световой поток лучей от лазерного излучателя 10 падает на отрицательный мениск 1 и расходящимся пучком лучей аправляется на положительный мениск затем параллельным пучком лучей оходит до отрицательного мениска 3, проходит его, вогнуто-плоскую линзу

4 и, î — ðàçèâøèñü на зеркальной поверхности 5, вновь проходит линзу 4 и мениск 3 и расходящимся пучком пада-: ет на главное сферическое зеркало 6, которое строит изображение в заданной плоскости. Корректор аберраций, содержащий мениски 1 — 3 и линзу 4, формирует волновую аберрацию, близкую по аЬсолютной величине, но противопо50 ложную по знаку волновой аберраций сферического зеркала 6, что позволяет добиться величины волновой абберрации, не превышающей четверти длины волны. При увеличении системы, равном 55

Г=25", величина продольной и поперечной абЬерраций не превышает в угловой мере 7 угловых секунд. Величина коэффициента телесокращения не превышает 0,13, что для зеркально-линзовых объективов является большим достоинством.

При использовании зеркально-линзовых объективов для фокусировки лазерного излучения важной характеристикой является равномерность распределения энергии по полю изображения, такая компановка зеркально-линзового объектива позволяет получить число

Штреля при увеличении 25 не менее

0,7 °

Предлагаемый зеркально-линзовый объектив обладает фокусным расстоянием, равным 2513,4 м, задним фокальным отрезком, равным 49250,4 мм, относительным отверстием 1:10, угловым

I полем зрения, равным 2 =2 (может работать до 2@=1, расчетная величина 2Ю=2 ) .

Рабочая длина волны равна % =

=1,06 мкм. Волновая аберрация равна

0,346, продольная и поперечная аберрация по краю равна 7", число Штреля

0,96. Коэффициент экранирования равен

При неоЬходимости работы с источниками излучения, имеющими различные характеристики, которые определяются величиной радиуса волнового фронта,: к зеркально-линзовому объективу добавляется корректор волнового фронта, оптическую силу которого определяют по формуле

R -Кя (b

R R2 где К, и К являются известными величинами (R, — радиус волнового фронта источника излучения, Р— радиус волнового фронта на входе оптической системы), !

В конкретном примере выполнения отрицательный мениск 1 выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, а также существует зависимость между радиусами этого мениска, отношение которых не превышает пяти крат. Такая форма и параметры линзы позволяют перефокусировать зеркально-линзовый объектив в большом диапазоне дистанций (20 Фокусных расстояний),при сохранении качества изображения.

В случае конкретной реализации перемещение отрицательного мениска 1 на 29 мм осуществляет перефокусиров-.

5 152 ку объектива в диапазоне от 30 до

80 метров, причем на 80 метрах поперечная сферическая аберрация на краю

П не превышает 5, волновая аберрация равна 0,287, а число Итреля 0,876.

В варианте выполнения в объектив входит оптический компонент g, расположенный эа вогнуто-плоской линзой 4 конфокально системе: телескопическая система 1 и 2 плюс отрицательный мениск 3.

В таком варианте выполнения зеркально-линзовый оЬъектив работает следующим образом. Световой поток от источника излучения проходит телескопическую систему 1 и 2, отрицательный мениск 3 и падает на вогнуто-плоскую линзу 4, Часть излучения отражается от зеркальной поверхности 5 и дальше следует (как уже было описано выше) через отрицательный мениск на главное сферическое зеркало 6 и формирует изображение в плоскости изображений.

Другая часть излучения (центральная) диаметром, равным диаметру отверстия в вогнуто-плоской линзе 4, проходит через это отверстие и падает на оптический компонент 9, который формирует изображение этой части пучка в той же плоскости изображения, что и основная система, Так как оптический компонент располагается конфокально системе компонентов 1-3, то изображение формируется в той же плоскости, что и изображение, формируемое основной системой.

Такое построение оптической системы.позволяет устранить отраженное к

1 источнику 10 излучение от зеркальной поверхности 5 за счет отверстия, диаметр которого определяют по формуле

5655 6 связаны между собой через увеличение

Г, то получается вышепредлагаемая зависимость. Центральная часть пучка, равная диаметру Р oz отверстия, преобразуется линзовой системой и направляется в плоскость изображения системы зеркально-линзового объектива.

Формула изобретения

1 о1

o2. f где D — диаметр отверстия в плоско02 вогнутой линзе 4;

D0, - диаметр отверстия в главном сферическом зеркале 6;

Г - увеличение системы без телескопической системы.

Такая зависимость получается из габаритного расчета оптической сис-. темы. Так как обратно к источнику могут, вернуться лучи, отраженные зеркальной поверхностью 5 и проходящие через отверстие с диаметром D,,главного сферического зеркала, а диаметры

Зеркально-линзовый объектив, содержащий главное вогнутое сферическое зеркало с центральным отверстием, корректор абберраций из двух линз, вторая из которых отрицательная, и вторичное зеркало, нанесенное на вторую поверхность второй линзы компенсатора аЬерраций, о т л и ч а ю20 шийся тем, что, с целью повышения качества изображения и уменьшения продольных размеров, после корректора аберраций установлена телескопическая система с увеличением на более 2, выполненная из положительного и отрица" тельного менисков, обращенных вогнутостью к корректору аберраций, в котором первая линза выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного

ЗО вогнутостью к главному зеркалу, а вторая — в виде вогнуто-плоской линзы.

2. ОЬъектив по и.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона использования для фоЗ5. кусировки излучения различных лазе-. ров, после телескопической системы установлен корректор волнового фронта в виде одиночной линзы.

3. Объектив по и.1, о т л и ч а ю шийся тем, uro, с целью фокусировки на различные расстояния, отрицательный мениск телескопической системы установлен с воэможностью перемещения вдоль оптической оси, а отношение радиусов кривизны его поверхностей не превышает 5.

4. ОЬъектив по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь излучения из-за обрат50 ного отражения, вогнуто-плоская линза корректора аберраций выполнена с: центральным отверстием, при этом за ним установлен положительный компонент, фокус которого совмещен с эквивалентным фокусом телескопической системы и отрицательного мениска корректора аберраций.