Высокоапертурный фокYсирующий объектив Советский патент 1987 года по МПК G02B27/44 

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

Целью изобретения является увеличение спектральной нолосы и светопропускания объектива при сохранении величины поля высококачественного изображения, не уменьшая при этом размера структуры дифракционной линзы.

На фиг. 1 и 2 показана схема хода лучей в двух вариантах предлагаемого объектива.

На схеме обозначены объектив 1, дифракционная линза 2, апертурная диафрагма 3, рефракционная линза 4, изображение 5. Рефракционная линза 4 расположена со стороны изображения 5, а дифракционная линза 2 расположена между рефракционной линзой 4 и объектом 1. Слабо расходящийся (или параллельный при работе с бесконечно удаленным объектом) пучое световых лучей, исходящих из точки объекта 1, собирается в слабо сходящийся пучок дифракционной линзой 2, ограничивается апер- турной диафрагмой 3 и плосковыпуклой рефракционной линзой 4 превращается в вы- сокоапертурный сходящийся пучок, формирующий точку изображения 5. При этом рефракционная линза может быть расположена к изображению как выпуклой (фиг. 1) так и плоской поверхностью (фиг. 2)

Основным силовым элементом в предлагаемом объективе является положительная плосковыпуклая рефракционная линза 4, тогда как слабая положительная дифракционная линза 2 выполняет роль корректора аберраций. При этом коррекция сферической аберрации осуществляется за счет введения этой аберрации в дифракционную линзу 2 (которая аналогична в этом смысле асферической поверхности), коррекция комы - за счет взаимного расположения и соотношения оптических сил рефракционной 4 и дифракционной 2 линз, коррекция хроматизма - за счет разного знака хроматических аберраций положительной рефракционной линзы и положительной дифракционной линзы.

При расположении рефракционной линзы выпуклой поверхностью к изображению (фиг. 1) дифракционную линзу оказывается возможным поместить в плоскость, проходящую через действительное изображение центра этой выпуклой поверхности. В этом случае кроме сферической аберрации и комы компенсируется также и астигматизм объектива, поэтому поле изображения в этом варианте предлагаемого устройства больще. С другой стороны, при таком расположении рефракционная линза обладает очень боль- щой сферической аберрацией и компенсация последней в объективе требует сравнительно высокочастотной дифракционной линзы. При

расположении рефракционной линзы плоской поверхностью к изображению (фиг. 2) центр кривизны выпуклой поверхности находится с той же стороны, что и точка фокусировки сходящегося пучка лучей в плоскости изображения, а это значительно снижает сферическую аберрацию рефракционной линзы и позволяет уменьшить частоту структуры дифракционной линзы, следовательно,

Q увеличить светопропускание объектива.

Частоту структуры дифракционной линзы в обоих вариантах предлагаемого объектива можно регулировать за счет подбора величины ее оптической силы, поскольку сферическая аберрация и.меет другой знак и как

5 бы вычитается из положительной оптической силы, что способствует уменьшению частоты (в оптимальном случае дифракционная линза у оптической оси является положительной в соответствии со знаком своей оптичесQ кой силы, а на краю, где превалирует сферическая аберрация, становится отрицательной). В первом варианте предлагаемого объектива, когда рефракционная линза обращена к изображению выпуклой поверхностью, оптическую силу дифракционной

5 линзы приходится определять из условия минимизации частоты ее структуры, тогда как во второ.м варианте есть возможность подобрать оптическую силу дифракционной линзы, оптимальную с точки зрения компен.. сации хроматизма, поэтому во втором варианте объектива, как правило, щире спектральная полоса.

Апертурная диафрагма 3 в предлагаемом объективе может располагаться в любом месте, но, как правило, помещается в плос2 кости дифракционной линзы 2, что максимально ограничивает частоту последней. Подложка дифракционной линзы 2 также может помещаться как в промежутке между линзами объектива, так и в промежутке между дифракционной линзой 2 и объекти вом 1, поскольку в обоих указанных промежутках пучки лучей близки к параллельным и плоскопараллельная пластина почти не вносит аберраций.

45

Формула изобретения

Высокоапертурный фокусирующий объектив, содержащий дифракционную линзу на плоскопараллельной подложке, рефракционную линзу и апертурную диафрагму, отли- 50 чающийся тем, что, с целью увеличения спектральной полосы и светопропускания, рефракционная линза выполнена плосковыпуклой и расположена за дифракционной линзой в пространстве изображений, причем ее фокусное расстояние составляет не более 1,5f, где f - фокусное расстояние объектива, а дифракционная линза расположена перед рефракционной линзой.

55

.Z

Изобретение может быть использовано в системах оптической обработки информации и позволяет увеличить спектральную полосу и светопропускание объектива. Пучок света от объекта 1 собирается дифракционной линзой 2 в слабо сходящийся пучок, ограничиваемый апертурной диафрагмой 3. Плосковыпуклая рефракционная линза 4 образует высокоапертурный сходящийся пучок, формирующий точку 5 изображения. Фокусное расстояние рефракционной линзы 4 составляет не более 1,5 фокусного расстояния объектива. Частота структуры дифракционной линзы 2 регулируется подбором величины ее оптической силы. 2 ил. & (Л со со СП ( puz. /