Высокоапертурный фокусирующий объектив

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения. Цель изобретения - увеличение апертуры и размера поля высококачественного изображения. Заявляемый объектив содержит две плосковыпуклые рефракционные линзы 3,5, дифракционную линзу 4, апертурную диафрагму 2 и фокусирует в плоскости изображения лазерное излучение в пятно малого диаметра. Объектив обладает наибольшими апертурой и полем высококачественного изображения на известных комбинированных системах, а также более простой конструкцией по сравнению с рефракционными аналогами. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 02 В 5 32, 27 44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСКОМ,/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4627413/24-10 (22) 28.12.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (72) С. Т. Бобров (53) 535.328 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1335910, кл. G 02 В 27/44, 1985. (54) В ЫСОКОАП Е Р ТУР Н Ы Й ФО К УС ИР УЮЩИЙ ОБЪЕКТИВ (57) Изобретение относится к области оптического приборостроения. Цель изобретения — увеличение апертуры и размера по„„SU„„1597822 А 1 ля высококачественного изображения. Заявляемый обьектив содержит две плосковыпуклые рефракционные линзы 3,5, дифракционную линзу 4, апертурную диафрагму

2 и фокусирует в плоскости изображения лазерное излучение в пятно малого диаметра. Обьектив обладает наибольшими апертурой и полем высококачественного изображения на известных комбинированных системах, а также более простой конструкцией по сравнению с рефракционными аналогами. 1 ил.

1597822

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может найти применение в системах оптической обработки информации.

Цель изобретения — увеличение апертуры объектива и размера поля высококачественного изображения.

На чертеже показана схема хода лучей в предлагаемом объективе.

На схеме обозначено: объект 1, апертурная диафрагма 2, рефракционная линза 3, дифракционная линза 4, рефракционная линза 5, изображение 6. Рефракционные линзы 3 и 5 расположены по обе стороны дифракционной линзы 4 и обращены к ней своими плоскими поверхностями. Слабо расходящийся (или параллельный при работе с бесконечно удаленным объектом) пучок световых лучей, исходящих из точки объекта 1, ограничивается апертурной диафрагмой 2 и последовательно фокусируется рефракционной линзой 3, дифракционной линзой 4 и рефракционной линзой 5, превращаясь в результате в высокоапертурный сходящийся пучок, формирующий точку изображения 6.

В предлагаемом объективе слабая положительная дифракционная линза 4 не является силовым компонентом, а выполняет функции корректора сферической и хроматической аберраций. Оптическая сила дифракционной линзы может выбираться как из условия компенсации хроматизма положения, так и из условия минимизации частоты ее структуры в зависимости от условий работы объектива. В любом случае фокусное расстояние дифракционной линзы не должно быть меньше трех фокусных расстояний объектива, в противном случае частота структуры уже не позволяет изготовить эту линзу с достаточной эффективностью.

Оптическая сила обьектива в основном распределена между рефракционными линзами 3 и 5 (которые могут быть сделаны одинаковыми, хотя это и не обязательно), что позволяет уменьшить оптическую силу каждой из них и тем самым понизить уровень аберраций высших порядков. С другой стороны, в предлагаемом объективе для обеих сферических поверхностей сохранена возможность совмещения действительных изображений их центров с плоскостью дифракционной линзы 4, что позволяет компенсировать их первичные астигматизм и кому (кривизна поля в предлагаемом объективе не устранена, поскольку по условиям работы обьективов в устройствах оптической памяти этого не требуется). Фактически в силу наличия аберраций высших порядков сферических преломляющих поверхностей, аберраций дифракционной линзы, а гакже аберраций плоских преломляющих поверхностей объектива, работающих в непа30

55 раллельных пучках, расстояния дифракционной линзы 4 от рефракционных линз 3 и 5 должны подбираться в зависимости от апертуры объектива, фокусного расстояния дифракционной линзы и показателей преломления рефракционных линз.

Практика расчетов показывает, что приве. денные расстояния от вершин сферических поверхностей рефракционных линз до дифракционной линзы могут меняться в довольно широких пределах от 0,3г„до r (последнее значение соответствует совмещению действительного изображения центра сферической поверхности с дифракционной линзой). При небольших апертурах для обеих рефракционных линз указанное расстояние, как правило, близко к г, тогда как при увеличении апертуры эти расстояния уменьшаются. Уменьшение фокусного расстояния дифракционной линзы и увеличение показателей преломления рефракционных линз приводят, как правило, к увеличению расстояний.

Апертурная диафрагма 2 в предлагаемом объективе может располагаться в любом месте, в том числе в передней фокальной плоскости объектива для обеспечения телескопического хода главных лучей в пространстве изображений.

Пример. Приведем результаты расчета объектива: фокусное расстояние 4,5 мм при выходной апертуре 0,45 (длина волны

0,78 мкм). Этот объектив содержит две одинаковые рефракционные линзы с радиусами сферической поверхности 5,44 мм и толщиной 2,17 мм, которые изготовлены из стекла ТФ4. Подложка дифракционной линзы изготовлена из того же стекла и имеет толщину 2,38 мм, причем она расположена со стороны изображения, а воздушные промежутки в объективе отсутствуют.

Для рефракционной линзы, расположенной со стороны сфокусированного изображения расстояние от сферической поверхности до дифракционной линзы составляет 0,84 радиуса поверхности, а для второй линзы аналогичное расстояние равно 0,40 радиуса.

При работе с бесконечно удаленным объектом предлагаемый объектив обеспечивает поле высококачественного изображения диаметром 0,56 мм. При выходной апертуре 0,50 объектив обеспечивает поле

0,50 мм, при апертуре 0,55 — 0,42 мм, а при апертуре 0,60 диаметр поля высококачественного изображения составляет 0,36

Предлагаемый объектив имеет такую же, как у известного, допустимую ширину спектра фокусируемого излучения (30 нм при выходной апертуре 0,45), а максимальная частота структуры дифракционной линзы даже при апертуре 0,60 составляет 50 лин/мм, что позволяет изготовить ее со светопропусканием до 95Я.

1597822

Формула изобретения

Составитель В. Андреев

Редактор С. Патрушева Техред А. Кравчук Корректор И. Муски

Заказ 3053 Тираж 463 Подписное

ВН!!!!П!! Госуларственного комитета во изобретениям и откры гням нрн ГК1!Т С ССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рат шская наб.. л. 4,5!!рви гволствснно-издательский комбинат «Патент», г. Ужго1н>л, ул. Гагарина. 101

Таким образом, предлагаемый объектив, не уступая известному по ширине спектральной полосы и уровню светопропускания, значительно превосходит его по величине максимальной числовой апертуры и обеспечивает больший размер поля высококачественного изображения особенно при высокой апертуре. Предлагаемый объектив является хорошо скорректированной и сравнительно простой по конструкции оптической системой и может использоваться в лазерных дисковых системах записи и считывания информации.

Высокоапертурный фокусирующий объектив, содержащий положительную дифракционную линзу на плоскопараллельной подложке, плосковыпуклую рефракционную линзу, обращенную плоской поверхностью кдифракционной линзе, и апертурную диафрагму, отличающийся тем, что. с целью увеличения апертуры и размера поля высококачественного изображения, в объектив перед дифракционной линзой введена плосковыпуклая рефракционная линза, обращенная плоской поверхностью к ней,. причем фокусное расстояние дифракционной линзы составляет не менее трех фокусных расстояний объектива, а для каждой из рефракционных линз выполнено условие

d„+n (d+d!!/па)=(0,3...1,0)r„, где г,, d„, п, — радиус сферической поверхности, толщина и показатель преломления рефракционной линзы;

15 d — толщина воздушного промежутка между рефракционной и дифракционной линзами; йо, ло — толщина и показатель преломления подложки дифракционной линзы.