Линза белоусова

Линза белоусова

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах мультиспектральных приборов для исправления кривизны изображения. Цель изобретения - устранение хроматизма положения во всей области прозрачности материала линзы при получении заданной кривизны изображения. Конструктивными параметрами линзы являются величины R<SB POS="POST">1</SB>,R<SB POS="POST">2</SB>,D. Полевой луч β S<SP POS="POST">1</SP> внутри линзы идет параллельно оптической оси. Приведены соотношения для определения R<SB POS="POST">1</SB>, R<SB POS="POST">2</SB>, D для получения кривизны изображения заданной величины. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 02 В 3/00, 17/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g Я183М3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4317262/24-10 (22) 21.08 ° 87 (46) 23.09.89, Бюл. h - 35 (72) А,И,Белоусов (53) 681,42.1 (088,8) (56) Русинов М,М, Техническая оптика. — Л.: Машиностроение, 1979, с.362. (54) ЛИНЗА БРЛОУСОВА (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и м.б. использовано в оптических системах мультиИзобретение относится к оптике и предназначено для использования в оптических системах для исправления .кривизны поверхности изображения.

Целью изобретения является устранение хроматизма положения во всей области прозрачности материала линзы при получении заданной кривизны по-о верхности йзображения, На фиг ° 1 изображена линза в обратном ходе лучей; на @иг ° 2 — пример

Я использования линзы в зеркально-линзовом объективе.

Дпя описания принципа работы линзы рассмотрим ход первого (апертурного) и второго (полевого) нулевых лучей, В соответствии с обозначениями, принятыми в геометрической оптике, апертурный луч AD, исходящий под углом af к оптической оси иэ осевой

1 точки А предмета 1, расположенной на расстоянии S от первой поверхности

R линзы, идет в край входного зрачка В и встречает поверхность R „ на

ÄÄSUÄÄ 1509789 А 1 спектральных приборов для исправления кривизны изображения. Цель изобретения — устранение хроматизма положения во всей области прозрачности материала линзы при получении заданной кривизны изображения, Конструктивными параметрами линзы являются величины

R „,К„,d, Полевой луч p S внутри линзы идет параллельно оптической оси, Приведены соотношения для определения В,,R<,d для получения кривизны изображения заданной величины, 2 ил. высоте h,. Внутри линзы толщиной d луч идет под углом e(и встречает вторую поверхность R< на высоте h после чего выходит иэ линзы под углом a(через край выходного зрачка

D и образует мнимое изображение в точке А, расположенной на расстоянии

S от второй поверхности, Полевой луч BS исходящий из внеосевой точки В предмета, под углом к оптической оси идет в центр S входного зрачка Р, расположенного на .расстоянии Б р от первой поверхности линзы и встречает ее на высоте у

Внутри линзы луч идет под углом (не показан) и встречает вторую поверхность на высоте у после чего выходит из линзы под углом в центр ! з

S выходного зрачка D расположенный на расстоянии S,,от второй поР1 верхности, и образует мнимое иэображение 1 в точке В

Иэ фиг,! видно, что центры С, и

С поверхностей R u R линзы не

1509789

dз 1» т

Гзт= О»

v = 8 (») р» у2 Р

l -и

Rã (3 1 9 1 т О РО»

Из фиг ° l видно ч то у Sp

8р 8р

Ф

Ро 819 поэтому с учетом (I 1) получим 1 1; у, .= Р18p= 8р.

Ро п-1 к,s,) 1(1 = I a»

1 (— о

R

20 (14) При этом исправление сферической р fs, -d(— + )) (3)

1 и+1 аберрации достигается в том случае, и .,hR, 25 когда

/3,= 1; п-1

Л = — — + и nR„ и Юо

= — — -P S

np,-l ™ (15) у т ут »Ф а устранение хроматизма положения—

1-и

3 12 К 2!

2 ° п(Р + l ) (="" — ——

n+1 (16) 1 и-1

y - S-(--+ S ) d, (4)

n nR, Получение заданной кривизны поверх-35 ности изображения достигается в том случае, когда

1 2 (5)

Это означает, что полевой луч BS внутри линзы идет параллельно опти ческой оси, т.е, Рт и-1 й»

n nR, т

+ — --y 0 (6) 45 откуда с учетом начальных условий (2) получим

1,- (1 n)Sð.

В связи с этим формулы (3).и (4) примут вид

O(P 9 111" Рь 819 (8) Ao Sy-8, (4 ) ° и 8р

S -8 (8 (2=1.)) и 8р

55 (9) (1 О) совпадают друг с другом, т.е, линза не является концентрической, Запишем начальные условия для обоих лучей, Для луча AD где р, — линейное увеличение линзы.

Для луча BS

По известным формулам определяем углы о(и р а также высоты h и у.

R2 = (l-п)Я (13)

Таким образом, условие (5) приводит к тому, что значения радиусов кривизны R u R зависят от поло1 Z жения зрачков S и 8, а их отношение равно значению увеличения в зрачках

Проверка отсутствия сферической аберрации осуществляется нахождением первой 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 толщину

d — - - S (17) п(1+э ) (l -п, ) которая удовлетворяет условию равенства нулю первой хроматической суммы, Таким образом, выбором значений двух радиусов кривизны линзы в зависимости от положения входного и выходного зрачков ° а также выбором ее толщины в закисимости от линейного увеличения и положения предмета достигается исправление сферической аберрации и хроматизма положения линзы при наличии кривизны поверхности изображения, Однако положение входного и выходного зрачков, а также положение предмета и значение линейного увеличения не определены. и+1

8 р 8 / о

p,(п+1 ) -и (р, +1 ) 5 1509789 6

В связи с этим рассмотрим случай, Подставляя в (26) известные великогда мнимое иэображение 1 (фиг. 1) чины, получим предшествующей оптической системы располагается на сфере радиусом К, / -аДп+1 описанной из центра выходного зрач- (1-np, ) (и+1-и (р, +1)1 ка D. с ю (27)

Для преобразования кривизны поверх- а совместно решение уравнений (8) ности 1 предшествующей оптической

lf и (16) дает системы в плоскую поверхность 1 результирующего изображения необходимо ° (28) чтобы (18) Ro Rð

rpe К вЂ” радиус кривизны поверхности изображения линзы (поверхность Петцваля) °

Известно, что (в обратном ходе лу1

S- = и

«гп- э. (6

n„

1— - (г п

) (20) 25 пг

Делая подстановку в выражение (20) известных величин и производя преобразование, получим (n 1 ) (Р о-1 )

Я ==,«ъ

6 S, в,n(p,-n) 30 откуда

I и (Р -n) R =-S p (22) (n -1) („-1) 35

В то же время из фиг ° 1 видно, что г (23) В выражении (23) величину S< поло- 40 жения выходного зрачка можно найти по формуле (12)

Я с

S (24)

/55

Исключим из этого выражения величи- 45 ну S/,. Для этого запишем

/ » (1 1 8Р!1 n) 8 я (1 — a(h)

„1-и и

2 1,( г

1 l -a(,n (25) где величина

Таким образом, выражение (24) при55 мет вид

Ьг

Я (26)

1- (г п чеи) (! 9) 20 ч где S+ — сумма Петцваля, которая с учетом (1) принимает вид

Вернемся теперь к формуле (23), Подставляя в нее (26), получим

< 2 П

R = h о г

2 (29) Делая затем подстановку известных величин и производя преобразования, получим

Pyn gpy 1) (go+1)

1 (l -пp,)(n+1-и (р,+1)J (30) Наконец, решая уравнение (18), получим

Выражение (31) позволяет при выбранном сорте стекла линзы (показателе преломления n) однозначно определить ее линейное увеличение j... 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 (R »R z и d) линзы, но неудобно при использовании.

Совместное решение уравнений (30) и (31) позволяет найти величину Sg после подстановки ее в (27}, (28) и (17) можно получить выражения для

Я, S p и d, что с учетом (7) и (13)

t дает возможность определить окончательные выражения для конструктивных параметров линзы, приведенных в формуле изобретения.

В качестве конкретного примера рассмотрим параметры линзы, выполненной иэ поликристалла оптического

П0-4, обладающего значительной областью спектральной прозрачности от

0,6 до 14 мкм. Для средней волны

1509789

3 мкм спектрального диапазона и 2,4376.

Возьмем кривизну поверхности изображения R I(41,375 мм, à p,=

= 0,8168 °

По указанным соотношениям получим

d 85 ммр R -10 657 мм; К

-18,939 мм, Линейное поле линзы 1 = 7 мм, передний апертурный угол sin p = 0,3 °

Расчеты аберраций этой линзы на сфере радиусом R = 41,47 мм показывает, что волновая аберрация очень мала (менее 0,06) для всего спект- 15 рального диапазона и может быть уменьшена небольшим сдвигом плоскости установки до значения 0,02 длины волны, т,е. линза является апохроматической.

Астигматиз Хз- Х, также очень мал 20 (0,02 мм), Дпя края поля зрения абер-. рация широкого наклонного пучка в сагиттальной плоскости ФС черезвычайно мала, а в меридиональной плоскости

dg имеет малую величину из-за незначительного хроматизма увеличения для длин волн 0,7 и 14 мкм, Таким образом, предлагаемая линза обладает отсутствием хроматизма положения, т,е, является апохроматом, и обеспечивает получение заданной кривизны поверхности изображения, На фиг,2 представлен объектив, сопряженный с описанной линзой таким образом, что кривизна поверхности у5 мнимого изображения линзы в прямом ходе лучей совпадает с кривизной изображения зеркальной части.

Входной зрачок D диаметром 30 мм расположен на расстоянии + 50 мм от (0 первой поверхности, фокусное расстояние равно 51957 мм, задний отрезок

22,02 мм, Для поля зрения р = 7 ас( тигматические отрезки равны Х „ = где

n(ï/Зо 1 ) (и 3o) и — показатель преломления материала линзы;

/ — линейное увеличение линзы;

R — радиус кривизны поверхности изображения.

= -0,006 и Х = 0,006, т.е. поверхность изображения — плоскость, Таким образом, предлагаемая линза

Белоусова, не нарушая качества изображения аберрационного объектива со сферической поверхностью иэображения, позволяет в совокупности с ним получить систему с плоской поверхностью изображения.

Предлагаемая линза может использоваться в сканирующих оптико-механических устройствах. Располагая эту линзу между подвижным сканирующим зеркалом и линейкой фотоприемника, можно получить изогнутое по сфере нужного радиуса изображение линейки и тем самым компенсировать расфокусировку изображения, возникающую при накло— нах зеркала, Формула изобретения

Линза., 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 области прозрачности материала линзы при получении заданной кривизны поверхности изображения, радиусы кривизны R и.

R сферических поверхностей и толщина линзы d удовлетворяют соотношениям (n+ I P (и-1) (p,-i g

1

n(p,-n) (р,(n+1)-и (p,+1)!

n.(P,+I)

1 (n+I) 1-Ро (и -I P

Roý

1509789

Составитель В,Архипов

Редактор С.Пекарь Техред М.Дидык

Корректор М. 111ароши

Заказ 5805/41 Тираж 513

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

tf3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, fOf