Двухспектральный объектив с двумя зеркалами Манжена Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 635.317.6

М.П. Егоренко, В.С. Ефремов СГГ А, Новосибирск

ДВУХСПЕКТРАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ С ДВУМЯ ЗЕРКАЛАМИ МАНЖЕНА

Предлагаются результаты расчета двухспектрального объектива с двумя зеркалами Манжена. Для данного объектива приводятся принципиальная оптическая схема, изменение коэффициентов аберраций Зейделя по компонентам для разных спектральных диапазонов и распределение энергии в аберрационном пятне.

M.P. Yegorenko, V.S. Yefremov SSGA, Novosibirsk

TWO-SPECTRAL OBJECTIVE WITH TWO MANGIN MIRRORS

The calculations for the two-spectral objective with two Mangin mirrors are offered. The principal optic scheme for the given objective is presented. The changes in Seidel aberrations coefficient for the components of different spectral ranges and the energy distribution in aberration spot are shown.

В работах [1,2] были рассмотрены оптическая схема и коррекционные свойства зеркально-линзового объектива, состоящего из положительной линзы

в параллельном пучке лучей, зеркала Манжена, полевого компенсатора, выполненных из одного оптического материала, работающего в двух спектральных диапазонах.

Такая комбинация оптических

элементов, реализует известный

принцип частичной взаимной

компенсации хроматических аберраций. Однако эта компенсация не полная и не превышает трети хроматизма вносимого линзой.

Ввиду отсутствия оптических

п г материалов прозрачных в нескольких

Рис. 1. Оптическая схема объектива г

л, диапазонах спектра пригодных для

с двумя зеркалами Манжена ^ ^

создания ахроматических пар,

представляют интерес оптические схемы объективов с двумя зеркалами

Манжена, приведенные на рис. 1.

Используем в качестве материала преломляющих оптических элементов

фтористый кальций, прозрачный для оптического излучения в диапазонах

спектра АА,=0,5-0,9мкм и А^=3-5мкм.

Для анализа коррекционных возможностей двухспектрального объектива с

двумя зеркалами Манжена воспользуемся коэффициентами аберраций Зейделя

(суммами Зейделя), определяющими хроматизм положения (8іхр ) и хроматизм увеличения (8ііхр), которые приведены в табл. 1.

Таблица 1. Значения сумм Зейделя объектива с двумя зеркалами Манжена

№ поверхности АХ мкм

0,5-0,9 мкм 0,5-0,9 мкм 3-5 мкм 3-5 мкм

Хроматизм положения ^іхр ), хроматизм увеличения ^ііхр)

8іхр 8ііхр 81хр 8ііхр

1 -0,093574 -0,009459 -0,241551 -0,024632

2 0,005245 0,029798 0,016603 0,076284

1-2 -0,088329 0,020339 -0,224948 0,051652

3 0,068991 -0,040592 0,176269 -0,104389

4 0,000000 0,000000 0,000000 0,000000

5 -0,026213 0,033707 -0,066601 0,086830

3-5 0,042778 -0,006885 0,109668 -0,017559

6 0,080423 -0,030919 0,208449 -0,079815

7 0,000000 -0,000000 0,000000 0,000000

8 -0,049831 0,027886 -0,129382 0,071917

6-8 0,030592 -0,003033 0,079067 -0,007898

9 0,051429 -0,013836 0,134004 -0,035690

10 -0,041012 0,012990 -0,106763 0,033429

9-10 0,010417 -0,000846 0,027241 -0,002261

11 0,003970 -0,011973 -0,010365 -0,031151

12 -0,003991 0,001411 -0,010419 0,003887

11-12 -0,000021 -0,010562 -0,020784 -0,027264

Плоскость изображений -0,004562 -0,000987 -0,009027 -0,003330

Таблица 2. Значения сумм Зейделя линзовых компонентов объектива

№ поверхности АХ мкм

0,5-0,9 мкм 0,5-0,9 мкм 3-5 мкм 3-5 мкм

Хроматизм положения ^іхр ), хроматизм увеличения ^ііхр)

8іхр 8ііхр 8іхр 8ііхр

1-2 -0,088329 0,020339 -0,224948 0,051652

9-10 0,010417 -0,000846 0,027241 -0,002261

11-12 -0,000021 -0,010562 -0,020784 -0,027264

1-2+9-10+11-12 -0,077933 0,008931 -0,218491 0,022127

Таблица 3. Значения сумм Зейделя двух зеркал Манжена объектива

№ поверхности АХ мкм

0,5-0,9 мкм 0,5-0,9 мкм 3-5 мкм 3-5 мкм

Хроматизм положения ^іхр ), хроматизм увеличения ^ііхр)

ліхр Лііхр Ліхр Лііхр

3-5 0,042778 -0,006859 0,109668 -0,017559

6-8 0,030592 -0,003033 0,079067 -0,007898

3-5+6-8 0,07337 -0,009892 0,188735 -0,025457

Таблица 4. Отношение значений сумм Зейделя зеркальных к линзовым

компонентам объектива

л з л 0,94 - 0,86 -

Л11хр з/ЛДХр л - 1,1 - 1,15

Из табл. 4 видно, что применение двух зеркал Манжена в данной схеме объектива производит практически полную взаимную компенсацию хроматических аберраций. Значения отношений сумм Зейделя зеркальных к линзовым компонентам объектива близки к единице. Причем хроматизм положения недоисправлен, а хроматизм увеличения переисправлен одновременно в обоих диапазонах спектра. Поскольку реальные значения аберраций пропорциональны коэффициентам аберраций Зейделя, то в объективе должны выполняться те же закономерности.

Коррекция аберраций и оценка качества изображения проводилась в диапазонах спектра: визуальном и ближнем ИК - 0,486-0,9мкм и

тепловизионном - 3-5 мкм. Объектив имеет фокусное расстояние 200 мм, относительное отверстие 1:1,5 и поле зрения 10 градусов.

На рис. 2-4 приведены результаты расчета двухспектрального объектива с двумя зеркалами Манжена для диапазонов спектра АХ=0,5-0,9мкм и АХ=3-5мкм.

Концентрация энергии в аберрационном кружке для ДХ=0,5-0,9мкм и Ак=3-5мкм приведены на рис. 3 и 4.

Результаты расчётов показывают принципиальную возможность разработки двух спектральных объективов из одного материала для диапазонов спектра ДХ=0,5-0,9мкм и Ал=3-5мкм. Размер аберрационного кружка увеличивается от длины волны излучения, однако в каждом из диапазонов не превышает 50 мкм и при дальнейшей оптимизации может быть уменьшен.

Рис. 2. Точечная диаграмма аберрационного кружка по длинам волн: ДХ=0,5-0,9мкм: + - 0.486мкм; х - 0.546мкм; □ - 0.9мкм; ДХ=3-5мкм: + - 3.0мкм; х - 4.0мкм; □ - 5.0мкм.

0.0000. 0.0000 DEG

2.5000. 0.0000 DEG 5.0000. 0.0000 DEG

.5000. 0.0000 DEG

i i i i 1 1 1 1

А

г

/ /

/ -

/ / / / / / ' /

S

/ У

„—"""*

— ! |

>-

^09

Q£

ш g 08

аа'7

т

О 0,6 _| и

Z 0.5

Ш

LL 0.4 О

Z 0.3

о

и

СП

Ü¿

2.5

7.5 10 12.5 15 17.5

RRDIUS FRÜM CENTRÜID IN /im

22. S

Рис. 3. Концентрация энергии в аберрационном кружке для Ла=0,5-0,9мкм

.5000. 3.0000 DEG

i i i i lili

s'"

//

/ / / / /

/V /

у

>-

CD

ÜL

Q

Ш

1Л

P

_l

U

z

0.8

0.7

0.6

0.S

LL 0.4 О

U

a:

D¿ LL

7.5 10 12.5 15

RRDIUS FROM CENTRGID

IN

17.5

/m

Рис. 4. Концентрация энергии в аберрационном кружке для Лл=3-5мкм

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. К вопросу компенсации хроматизма зеркал Манжена в нескольких диапазонах спектра [Текст] / М.П. Егоренко // ГЕО-Сибирь-2008. Т.4. Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника: сб. материалов междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2008», 22 - 24 апр. 2008 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2008. -С. 102-105.

2. Егоренко, М.П. Хроматические свойства зеркала Манжена в нескольких диапазонах спектра [Текст] / М.П. Егоренко, В.С. Ефремов // Приборостроение. - 2009. - № 6. -С. 53-58.

© М.П. Егоренко, В.С. Ефремов, 2010