Апохроматический объектив

Использование: в оптическом приборостроении, а также при конструировании объективов-апохроматов для астрономических систем, зрительных труб, длиннофокусных объективов, работающих в широкой спектральной области, коллиматорах. Задача: повышение качества изображения за счет устранения децентрировок линз при их установке в корпусе объектива и сохранение высокого качества изображения в процессе эксплуатации. Сущность: в апохроматическом объективе, содержащем цилиндрический корпус, внутри которого размещены последовательно расположенные три закрепленные в оправах с помощью герметика линзы, из которых первая и третья линзы выполнены в виде менисков с отрицательными оптическими силами, а вторая линза - двояковыпуклая с положительной оптической силой, центр второй сферической поверхности первой линзы и центр первой сферической поверхности второй линзы совмещены, при этом оправа средней линзы дополнена двумя штифтами, которые заходят в отверстия, выполненные на оправах первой и третьей линз через 45° и заполненные клеем, а первая и вторая, вторая и третья оправы линз соединены между собой винтами, отверстия под которые выполнены также через 45°, кроме того, внутренний диаметр корпуса объектива больше наружных диаметров оправ второй и третьей линз, при этом герметик для крепления линз залит в радиальные отверстия, выполненные в оправах.

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована при конструировании объективов-апохроматов для астрономических систем, зрительных труб, длиннофокусных объективов, работающих в широкой спектральной области, коллиматорах.

Известны устройства для закрепления линз в оправах, в которых между линзами и оправой предусмотрен зазор и средства для юстировки линз.

В оправах выполнены отверстия, расположенные напротив линз равномерно по окружности, в количестве не менее трех на каждую линзу, в которых установлены упругие цилиндрические вкладыши, одним концом прикрепленные к линзе. При этом пространство над упругими цилиндрическими вкладышами в отверстиях заполнено клеем [1].

Недостатком такого устройства является, во-первых, высокие технологические затраты и, во-вторых, самое главное, оправы не обеспечивают высокой центрировки при их установке в цилиндрический корпус (оправу) объектива.

В процессе зажимания оправ линз в корпусе с помощью резьбового кольца происходит децентрировка средней, наиболее чувствительной линзы, в зазорах между оправой и корпусом объектива.

Известны устройства для закрепления линз в оправах, в которых между линзой и оправой в зазоре установлены изогнутые пружины [2].

Недостатками этого устройства являются: увеличенные наружный диаметр и масса, снижение качества изображения за счет механического давления пружин на линзы.

Как и в предыдущем устройстве конструкция оправы не гарантирует высокой центрировки средней линзы при их установке в цилиндрический корпус объектива.

Известная конструкция объектива [3], которая содержит цилиндрический корпус, внутри которого размещены три линзы, средняя двояковыпуклая линза имеет радиусы поверхностей равные радиусам внутренних поверхностей наружных линз. Все три линзы связаны между собой.

Такое соединение линз, хотя и снижает требование к точности изготовления поверхностей линз, ограничиваемых иммерсионными слоями, но делает качество изображения крайне неустойчивым в условиях эксплуатации с перепадами температур.

Перепады температур приводят также к вытеканию иммерсионной жидкости и требуют усложненной конструкции оправ объектива.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является апохроматический объектив [4], содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены три линзы, каждая из которых установлена в свою оправу.

Опорный торец оправы средней линзы установлен своей кромкой на сферический опорный торец соседней линзы. При поджимании зажимным кольцом оправ линз в цилиндрическом корпусе объектива, средняя линза из-за зазоров между оправой и корпусом поворачивается по сферической поверхности опорного торца. Соответствующий выбор радиуса R сферической поверхности исключает возникновение комы на оптической оси из-за поворота средней линзы.

Выполнение на цилиндрической поверхности корпуса пазов позволяет в процессе сборки поворачивать оправы линз вокруг оси объектива с целью компенсации астигматических отклонений оптических поверхностей линз.

Зазоры между линзами и внутренними поверхностями оправ выполнены в пределах 0,1-0,15 мм и равномерно по диаметру линзы заполнены герметиком.

Недостатком конструкции этого объектива является то, что не предусмотрена коррекция погрешностей центрировки линз при их изготовлении и установке в оправы, а также не сохраняется положение оправ с линзами в корпусе объектива из-за наличия зазора между оправами и внутренним диаметром корпуса, что может привести к ухудшению качества объектива в процессе эксплуатации.

Слой клея между линзой и внутренней поверхностью оправы выполнен 0,1-0,15 мм, при разности коэффициентов линейного расширения линзы и оправы, при изменении температуры может вызывать деформацию поверхности линзы, что приводит к ухудшению качества изображения.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества изображения за счет устранения децентрировок линз при их установке в корпусе объектива и сохранение высокого качества изображения в процессе эксплуатации.

Для решения поставленной задачи предлагается апохроматический объектив, который, как и прототип, содержит цилиндрический корпус, внутри которого размещены последовательно расположенные три закрепленные в оправах с помощью герметика линзы, из которых первая и третья линзы выполнены в виде менисков с отрицательными оптическими силами, а вторая линза - двояковыпуклая с положительной оптической силой.

В отличие от прототипа центр второй сферической поверхности первой линзы и центр первой сферической поверхности второй линзы совмещены, при этом оправа средней линзы дополнена двумя штифтами, которые заходят в отверстия, выполненные на оправах первой и третьей линз через 45° и заполненные клеем, а первая и вторая, вторая и третья

оправы линз соединены между собой винтами, отверстия под которые выполнены также через 45°, кроме того, внутренний диаметр корпуса объектива больше наружных диаметров оправ второй и третьей линз, при этом герметик для крепления линз залит в радиальные отверстия, выполненные в оправах.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что предлагаемая конструкция объектива позволяет юстировать положение всех трех линз относительно друг друга в процессе изготовления и надежно соединять их после юстировки, что исключает смещение линз в процессе эксплуатации и ухудшение качества изображения.

Крепление линз в оправах герметиком через радиальные отверстия, без попадания последнего в зазор между оправой и линзой, исключает деформацию поверхностей линзы при изменении температуры объектива.

Выполнение отверстий под винты и штифты, расположенные через 45°, позволяет разворачивать линзы вокруг оптической оси для уменьшения астигматизма.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленную задачу.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 - апохроматический объектив - крепление линз в оправах, на фиг.2 - апохроматический объектив - крепление оправ между собой винтами, на фиг.3 - изображена штифтовка оправ между собой.

Линзы апохроматического объектива 1 (фиг.1) вклеены в оправу 2 с помощью герметика УТ-34, которыми заполнены восемь отверстий 3, выполненных в оправе 2. При заполнении отверстий 3 герметиком не допускается его попадание в зазор между линзой и ее оправой.

Крепление всех трех линз в оправах выполнено аналогично.

Оправа первой линзы 2 (фиг.2) соединяется после юстировки с оправой второй линзы 4 с помощью винтов 5. Оправа третьей линзы 6 соединяется после юстировки с оправой второй линзы 4 винтами 7.

В оправу второй линзы 4 запрессованы два штифта 8 (фиг.3), концы которых входят в отверстия в оправах 2 и 3. После юстировки объектива отверстия заполняются эпоксидным клеем ЭД-6-8.

Для возможности разворота линз относительно друг друга вокруг оптической оси отверстия под винты в оправах выполнены через 45°.

Для юстировки промежутка между второй и третьей линзами предусмотрено кольцо 9 (фиг.2), толщина которого подгоняется при юстировке объектива.

Корпус объектива 10 крепится на резьбе к оправе первой линзы, выполняет чисто декоративные функции, т.к. его внутренний диаметр больше диаметра оправ 2 и 4.

Для крепления объектива к прибору служит опорный фланец 11, соединенный на резьбе с оправой третьей линзы 6.

Работа апохроматического объектива осуществляется следующим образом.

При юстировке объектива после вклеивания линз в оправы торцы А и Б оправ первой 2 и второй 4 линз обрабатываются таким образом, чтобы обеспечить расстояние между линзами, равное разности радиусов второй поверхности первой линзы и первой поверхности второй линзы.

Первая 2 и вторая 4 линзы, установленные в оправах, соединенные винтами 5, устанавливаются на интерферометр типа ИКД 110 (изготовитель ОАО «ЛОМО») так, чтобы из центра кривизны поверхностей В и Г наблюдалась интерференционная картина, образованная волновыми фронтами, отраженными от поверхностей В и Г.

Смещая линзы друг относительно друга поперек оптической оси и, при необходимости, разворачивая линзы вокруг оптической оси, добиваются равномерного зазора между линзами, т.е. отсутствие (или минимального количества) полос на интерференционной картине. Одна полоса на интерференционной картине соответствует разности расстояния

между линзами с двух сторон ее диаметра 0,3 мкм (при использовании в лазере излучения с длиной волны =0,6 мкм).

После юстировки затягиваются винты 5 и отверстия «Д» (фиг.3) заливаются клеем.

Далее к первым двум линзам винтами 7 (фиг.2) приворачивается третья линза в оправе 6 через промежуточное кольцо 9. Перемещая линзу с оправой 6 поперек оптической оси, разворачивая ее вокруг оптической оси и изменяя толщину промежуточного кольца 9, добиваются требуемого качества изображения, после чего затягивают винты 7 и отверстие Е (фиг.3) заливают клеем.

Установка наружного корпуса 10 и опорного фланца 11 не изменяют взаимное расположение линз и, следовательно, не влияет на качество изображения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Российская Федерация, свидетельство на полезную модель №24570, МПК: G 01 В 7/02, 2002 г.

2. ЕПВ, заявка №0230277, МПК: G 01 В 7/02, 1994 г.

3. Германия, патент №3622125, МПК: G 01 В 9/12; G 01 B 1/02, 1987 г.

4. Российская Федерация, патент на полезную модель №32612, МПК: 7 G 02 В 9/12, G 02 В 7/02, 2003 г. - прототип.

Апохроматический объектив, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены последовательно расположенные три закрепленные в оправах с помощью герметика линзы, из которых первая и третья линзы выполнены в виде менисков с отрицательными оптическими силами, а вторая линза - двояковыпуклая с положительной оптической силой, отличающийся тем, что центр второй сферической поверхности первой линзы и центр первой сферической поверхности второй линзы совмещены, при этом оправа средней линзы дополнена двумя штифтами, которые заходят в отверстия, выполненные на оправах первой и третьей линз через 45° и заполненные клеем, а первая и вторая, вторая и третья оправы линз соединены между собой винтами, отверстия под которые выполнены также через 45°, кроме того, внутренний диаметр корпуса объектива больше наружных диаметров оправ второй и третьей линз, при этом герметик для крепления линз залит в радиальные отверстия, выполненные в оправах.