Монохроматический объектив

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее к монохроматическим объективам для исследования в области спектральной оптической когерентной микроскопии в ближней ИК-области спектра. Оптическая схема монохроматического объектива включает два компонента, разделенных воздушным промежутком. Первый компонент - одиночная линза положительной оптической силы, образованная поверхностями с радиусами кривизны, определяемые выражениями: и , где n - показатель преломпения оптического материала линзы, а f' - ее фокусное расстояние, выпуклая поверхность, которой выполнена асферической с уравнением: y²=2r ₀z-(1-e²)z², где r₀ - радиус кривизны в вершине поверхности; e² - квадрат эксцентриситета поверхности, изменяющийся в пределах 0,1÷0,4. Второй компонент - мениск отрицательной оптической силы. Предлагаемая полезная модель монохроматического объектива для ближней ИК-области спектра позволяет использовать при сканировании исследуемого объекта вдоль оптической оси без перемещения объектива

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее к монохроматическим объективам для исследования в области спектральной оптической когерентной микроскопии в ближней ИК-области спектра

Известен объектив «Таир-13» (монография М.М. Русинова «Композиция оптических систем», изд. Л - Машиностроение, 1989 г., 383 с), который содержит два компонента, разделенных воздушным промежутком значительной величины. Первый компонент представляет собой двухлннзовый склеенный компонент, а второй - мениск отрицательной оптической силы. Недостатком является более сложная оптическая схема и невозможность работы в ИК-области спектра.

Известен двухлннзовый объектив (патент на полезную модель RU 100300, МПК G02B 9/04. дата приоритета от 15.07.2010 г., дата публикации 10.12.2010 г.), представляющий собой двухлннзовый склеенный компонент, у которого поверхность, обращенная к плоскости предмета выполнена асферической второго порядка с e² =0.5÷0.7, а линзы выполнены из оптических материалов, у которых разность показателей преломтения для основной длины волны (n) не превышает 0,002, а разность коэффициентов средней дисперсии () превышает 20. Недостатком является неудовлетворительная коррекция астигматизма и невозможность работы в ИК-области спектра.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемой полезной модели является объектив (патент на полезную модель RU 121089, МПК G02B 9/04. дата приоритета от 10.05.2012 г., дата публикации 10.10.2012 г.), который принят авторами за прототип. Объектив состоит из расположенных по ходу излучения двух компонентов, первый из которых - положительной оптической силы, а второй - отрицательной оптической силы, выполненный в виде одиночного мениска при этом первый компонент включает афокальную плоскопараллельную пластинку, склеенную из линз положительной и отрицательной оптической силы из оптических материалов, у которых разность показателей преломления для основной длины волны n_e (=0,546 мкм) не превосходит 0,002, а разность коэффициентов средней дисперсии (_e) превышает 15 и одиночную положительную линзу, у которой выпуклая поверхность, обращенная к плоскости предмета, асферическая с уравнением y²=2r₀z-(1-e ²)z², где r₀ - радиус кривизны при вершине поверхности, e² - квадрат эксцентриситета поверхности, изменяющийся в пределах 0,5÷0,7. Недостатком известного объектива является неудовлетворительная коррекция аберраций в ближней ИК-области спектра и сложность оптической системы (объектив содержит 4 линзы).

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание монохроматического объектива для ближней ИК-области спектра с дифракционным качеством изображения в пределах спектральной области и поля с одновременным упрощением конструкции.

Решение указанной задачи достигается тем, что первый компонент объектива - одиночная линза положительной оптической силы, образованная поверхностями с радиусами кривизны, определяемыми выражениями: и , где n - показатель преломления оптического материала линзы, а f - ее фокусное расстояние. Выпуклая поверхность линзы, обращенная к плоскости предмета, выполнена асферической с уравнением: y²=2r₀z-(1-e²)z², где r₀ - радиус кривизны в вершине поверхности; е ² - квадрат эксцентриситета поверхности, изменяющийся в пределах 0,1÷0,4.

Указанная совокупность признаков позволяет получить необходимое и достаточное количество параметров оптической системы монохроматического объектива для ближней ИК-области спектра с высоким качеством изображения.

Асферическая поверхность второго порядка с квадратом эксцентриситета поверхности е²=0.1÷0.4 приводит к удовлетворительной коррекции сферической аберрации.

Радиусы положительной линзы и обеспечивают удовлетворительную коррекцию комы. Мениск отрицательной силы позволяет удовлетворительно исправить астигматизм и кривизну поверхности. Одиночные линзы в оптической схеме обеспечивают необходимую коррекцию хроматизма положении и сферохроматической аберрации.

Сущность изобретения поясняется таблицами и чертежом. На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого монохроматического объектива. Конструктивные параметры объектива представлены в таблице 1, технические характеристики в таблице 2, остаточные аберрации в таблицах 3 и 4.

Таблица 1.
Конструктивные параметры объектива
r, мм	d, мм		Марка стекла
			Воздух
21,67*	3,1		СТФ3
71,13	13,9		Воздух
11,28	2,5		ЛК3
5,241			Воздух
* - асферическая поверхность, квадрат эксцентриситета поверхности e2=0,35
Таблица 2.
Технические характеристики объектива
Название характеристики		Значение
Фокусное расстояние f, мм		40
Числовая апертура А		0,20
Угловое поле 2, угл. град		4°
Задний фокальный отрезок s0, мм		13

Таблица 3.
Аберрации точки на оси
h	tg'	s', мм		y', мм		, %	, мм		W0.8, дл. волн	W0.9, дл. воли		W1.0 дл. волн
8	0,21	-0,007		-0,001		0,09	-0,85		-0,29	0,03		0,13
5,6	0,17	-0,003		0		0,07	-0,84		-0,06	0,01		0,04
0	0	0		0		0	-0,83		0	0		0
Таблица 4
Аберрации главного луча
			y', мм		, мм			, мм			мм
-2°			1,38		-0,016			0,005			0,021
-1°25'			0,98		-0,008			0,002			0,010
0			0		0			0			0

Объектив содержит последовательно расположены по ходу луча одиночную положительную линзу (1). выпуклая поверхность которой асферическая второго порядка, и мениск отрицательной оптической силы (2)

Примером конкретной реализации предлагаемой полезной модели является монохроматический объектив для ближней ИК-области спектра, имеющий фокусное расстояние f'=40 мм, числовую апертуру A=0,20 и угловое поле 2=4, спектратьный диапазон ₀=0,9 мкм, ₁=0,8 мкм, ₂=1,0 мкм.

Техническим преимуществом предлагаемой полезной модели, по сравнению с прототипом является высокая коррекция аберраций в ближней ИК-области спектра и более простая оптическая схема.

Реализация технических преимуществ монохроматического объектива по предлагаемой полезной модели позволяет использовать его в области спектральной оптической когерентной микроскопии при сканировании исследуемой среды вдоль оптической оси без перемещения объектива.

Монохроматический объектив, состоящий из расположенных по ходу излучения двух компонентов, первый из которых - положительной оптической силы, выполненный в виде одиночной линзы, у которой выпуклая поверхность, обращенная к плоскости предмета, асферическая с уравнением y²=2r₀z-(1-e²)z ², где r₀ - радиус кривизны в вершине поверхности, е² - квадрат эксцентриситета поверхности, а второй компонент в виде одиночного мениска отрицательной оптической силы, отличающийся тем, что радиус кривизны в вершине асферической поверхности положительной линзы определяется выражением , где n - показатель преломления оптического материала линзы, f' - ее фокусное расстояние, квадрат эксцентриситета выпуклой асферической поверхности лежит в пределах 0,1÷0,4, а радиус кривизны второй поверхности положительной линзы определяется выражением .