Способ размножения изображений системой из двух регулярных точечных диоптрических растров Советский патент 1992 года по МПК G02B27/22 G03F5/00 

Изобретение относится к оптическим проекционным системам, в частности к системам для размножения изображений объекта с помощью растровой оптики, к растровым экранам, дальномерам, а также к биологии, в частности к разделу изучения работы фасеточного глаза, имеющегося у многих насекомых, ракообразных.

Цель изобретения - изменение масштаба, периода построения и количества суммарных изображений без изменения кривизны волновых фронтов, падающих на

растровую систему, а также поворот суммарных изображений на угол до ± 180° по отношению к объему без смещения объекта на угловое расстояние и повышение качества суммарных изображений, воспроизводимых растрово.й системой из плоских растров, при проецировании на нее плоских волн от объекта.

Способ заключается в следующем.

Объект освещают излучением видимого диапазона. Формируют промежуточные изображения за счет дифракции на элемено

Јь -vl

ю

тах растра, размещенного первым по направлению распространения объектного волнового фронта. Путем углового поворота одного из растров относительно положения, при котором оптические оси их элементов совмещены, без изменения кривизны волновых фронтов, падающих на растровую систему, изменяют масштаб, период и количество суммарных изображений, а также изменяют поворот их с одного направления на другое в пределах от 0 до ± 180°. Причем при повороте одного из растров по отношению к другому на угол, отсчитываемый от соосного расположения растров и равный примерно 15°, суммарное изображение также поворачивают по отношению к объекту от нуля градусов до ± 180° - по ходу часовой стрелки или против, в зависи- мости от направления углового поворота растра. При постепенном изменении кри- .визны волновых фронтов от максимальной, т.е. радиус кривизны которой равен фокусному расстоянию элементов растра до ми- нимальной (радиус кривизны равен бесконечности), производят постепенный поворот суммарных изображений от 0 ± 180° по отношению к объекту.

При освещении растровой системы волновым фронтом, сформированным дополнительно оптической системой, например, соответственно положительной и отрицательной линзой, улучшают качество воспро- изводимых суммарных изображений, особенно когда объект расположен от растровой системы на бесконечности. Улучшение качества достигают за счет исключения возникновения дисперсии света, связанной с явлением дифракции на элементах растров.

На фиг.1 и 2 показаны схемы, содержащие дополнительную оптическую систему 1 (например, положительную линзу со световым диаметром, перекрывающим рабочую поверхность растровой структуры), служащую для формирования изображения, размножаемого растровой системой (в растровой системе на фиг.1 используются два положительных линзовых растра, а в системе на фиг.2 - один положительный (2), а второй отрицательный (3));на фиг.З - форма линз растров, они представляют собой сферические шестигранники (фасетки), регулярную укладку и одинаковый период t; на фиг.4 - схема рас гровой структуры 23, сформированной на двух сферических поверхностях, причем элементы обеих структур имеют соосмоо расположение и такие элементы, как мя фмгЛ

Построение суммарных изображений растровой структурой осуществляют на основании законов геометрической оптики, поскольку полученные экспериментальные

результаты согласуются с данными законами.

Пусть объект I находится от растровой системы на бесконечности, а оси элементов структур совпадают (структуры 2-3 без

0 наличия оптической системы 1). Тогда на растр 2 подают плоские волны и формируемое им изображение проецируют в плоскость Р, которая совпадает с фокальной плоскостью растра N2. Вторым растром 3 с

5 фокальной плоскостью Мз, совпадающей с плоскостью Р, строят лишь одно суммарное изображение с такой же ориентацией, как и I. в бесконечности. Пучки лучей, формируемые элементами 2 от точки объекта, лежа0 щей на оси 00 , совпадают с оптическими осями элементов растра 2, имеющего конечную рабочую поверхность. При повороте растра 2 или 3 на некоторый угол вокруг оси ОО1 (фиг.1) с положения О - X (фиг.З) в

5 положение О - I смещают оптические оси элементов двух растров. По мере продвижения, например, по оси расположения ряда линз О - I от центра О, оси которых находятся на пересечении линии О - I с дугами

0 окружностей, проходящих через оптические

оси линз 1, 2, 3периодически повторяют

удаленность осей линз одного растра по отношению к оси соответствующей линзы второго растра. То же получают и по другим

5 направлениям, проведенным параллельно оси О - I. Поскольку оба растра имеют одинаковую, строго регулярную укладку линз, системой 2-3 строят множество суммарных изображений в бесконечности. Чем наболь0 ший угол (примерно до 15°) поворачивают один растр по отношению ко второму (см.фиг.З, ось О - II), тем чаще повторяют расположения противоположных групп линз, тем большее количество суммарных

5 изображений строят. Когда объект приближают к растровой системе вдоль оси 00, сфокусированные точки световых пучков, образуемых растром 2, удаляют от этой оси. Однако при наличии совмещения осей рас0 тров 2 и 3 (фиг.1) даже при малом расстоянии объекта от системы 2 (например, 1000 мм) качественные суммарные изображения формируют введением дополнительной системы 1 (из-за дифракционных явлений). То

5 же относится и к оптической системе, изображенной на фиг.2.

При увеличении наклона световых пучков к оптическим осям элементов растра 2, образуемого системой 1 (фиг.1 и 2), во всех случаях как при совмещении осей элементов растра, так и при его отсутствии, даже если объект, находится на бесконечности, формируют качественные суммарные изображения lo. И1,11.... Здесь смещение световых пучков, образуемых растром 2, происходит в направлении к оси 00 , если используют положительную систему 1. Смещение световых пучков по мере удаления от оси ОО1 производят дискретно на величины 5, 2 Л 3d,,.. Когда объект удален на бесконечность, суммарные изображения строят в фокальной плоскости N системы 1, а еслион приближается к системе 1, плоскость изображений данной системы удаляют от нее, удаляют от 3 и 101 Н1, 1... Как следует из фиг.1, один и тот же световой пучок, идущий от точки объекта, может участвовать в формировании нескольких суммарных изображений. Подобным образом могут быть построены суммарные изображения других точек объекта, не лежащих на оси 00 , а также не совпадающих с рассматриваемой меридиальной плоскостью.

Качественные суммарные изображения строят и растровой системой, изображенной на фиг.4, если даже объект находится на бесконечности. Здесь необходимый наклон пучков лучей к оптическим осям элементов растра 2 обеспечивают сами эти элементы, расположенные на сферической поверхности.

Использованные в способе растры обладают сильной дифракционной способностью и могут успешно применяться в качестве дифракционных решеток. Период их структуры составляет 0,1 и 0,05 мм, фокусное расстояние 0,5 и 0,32 мм соответственно. Диоптрические элементы структур имеют высокое разрешение, достигающее дифракционного предела.

Пример. Освещают объект I (фиг.1 и 2) полихроматическим видимым светом. Тогда отточек объекта, расположенного, например, на расстоянии 2000 мм от отрицательной системы 1. имеющей световой диаметр 60 мм и фокусное расстояние 150 мм, падают волны на систему 2 с радиусом кривизны порядка 150 мм. Обе растровые структуры имеют период 0,1 мм и соосное расположение элементов. В результате дифрагированные волны на растре 2 образуют элементарные изображения объекта в плоскости Р, а элементы второго растра 3 строят за фокальной плоскостью N системы 1 суммарные изображения в виде 1о .« И .

И1 , ..., например на экране. Данные изо бражения могут быть воспроизведены н плоскости изображений линзы (положительной или отрицательной), установленной

за системой 1 - 3, а также на сетчатке глаза при рассматривании им изображений. Формула изобретения 1. Способ размножения изображений системой из двух регулярных точечных диоптрических растров, включающий освещение объекта излучение.м видимого диапазона, формирование промежуточных изображений растром, размещенным первым по направлению распространения объектного волнового фронта, и формирование суммарных изображений следующим растром системы, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа путем изменения масштаба периода и количества формируемых суммарных , изображений, поворота суммарных изобра- жений вокруг их центров без сме- . щения объекта на угловое рассто-,

яние, промежуточные изображения формируют дифракцией волнового фронта на элементах растра, а суммарные изображения - угловым поворотом одного из растров относительно положения, при

котором оптические оси элементов растров совмещены.

. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что угловой поворот растра осуществляют в пределах от 0° до 15°.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что, суммарные изображения максимальных размеров формируют при угловом повороте растра, равном нулю.

4.Способ по пп. 1 и 3, о т л и ч а ю щ и- и с я тем, что суммарные изображения формируют без их углового поворота относительно объекта, освещая систему растров плоской волной.

5.Способ по пп.1 и 3, о т ли ч а ю щ и й- с я тем, что суммарные изображения с их

поворотом на угол 180° относительно объекта формируют волновыми фронтами, причем радиус их кривизны равен фокусному расстоянию элементов растра.

6. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в системе с плоскими растрами суммарные изображения формируют путем введения дополнительно преобразования плоской объектной волны в сфериче скую.

Фиг.1

Изобретение относится к оптическим проекционным системам для размножения изображений объекта с помощью растровой оптики, к экранам, дальномерам, а также к биологии, в частности к разделу изучения работы фасеточного глаза. Цель изобретения - расширение технологических возможностей способа путем изменения масштаба периода и количества формируемых суммарных изображений. Способ отличается тем, что в системе из двух регулярных точечных диоптрических растров с соосными светопреломляющими элементами первоначально формируют промежуточные дифракционные изображения объекта растром, размещенным первым направлению распространения объектного волнового фронта. Далее следующим растром системы формируют суммарные изображения. Масштаб, период и количество суммарных изображений формируют угловым поворотом одного из растров - относительно положения, при котором оптические оси элементов растров совмещены. Угловой поворот суммарных изображений относительно объекта осуществляют при угловом повороте растра, равном нулю, при этом освещение системы растров осуществляют либо плоской волной (суммарные изображения без поворота относительно объекта), либо волновым фронтом при условии, что радиус его кривизны равен фокусному расстоянию элементов растра (поворот суммарных изображений на 180° относительно объекта). 5 з.п. ф-лы, 4 ил. СО С

С

Ь;

О1

О о

№

Г

л

Фшг

О ./ г 3 4 5 6 7 б 5 70 // /2 /J/f 15 /6/7W X

Фиг, 3

if

(