Способ коррекции сферической аберрации оптической системы Советский патент 1982 года по МПК G02B3/00 

Изобретение относится к оптике, а именно к способам коррекции сферической аберрации оптических систем. Известен способ коррекции сферической аберрации оптической системы, заключающийся в компенсации этой абер рации путем введения в систему оптического элемента со сферической аберрацией противоположного знака. Примером реализации этого способа может служить двух или трехсклеенная оптическая система или расклейка из положительной и отрицательной Недостатком указанного способа является то, что коррекция в этом случае осу1цеств.пяется только для одной или двух зон оптической систепы, а также узкий спектральный диапазон этой коррекции. Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является способ коррекции сферической аберрации оптической системы, включающий определение закона изменения параметров системы, соответствующего отсутствию сферической аберрации в ней, и формирование в систепе зон, параметi ры которых т1зменяюгся в соответствии I с указанным з-тксчюм 2. Согласно известному способу из условия отсутствия сферической аберрации в системе определяется закон изменения формы ее поверхностей в зависимости от высоты падения излучения на систему, а формирование зон осуществляется в соответствии с этим законом путем создания ступенчатой структуры типа линзы Френеля. При этом возможно полное исправление сферической абберации для нескольких диаметром эон корректируемой системы, которое реализуется, однако, только при условии фиксированного значения длины волны падающего излучения. Кроме того, процесс формирования и контроля ступенчатой структуры является достаточно сложным. Llejfb изобретения - упрощение процесса формирования зон в корректируемой системе и расширение спектрального диапазона коррекции. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу коррекции сферической аберрации оптической систег н, включающему определение закона изменения параметров CHCjeNbi, соответствующего отсутствию сферической аберрации в ней, и формирование в системе зон, параметры которых и-моняются в соответствии с указанным законом из условия отсутствия сферической аберрации в системе определяют закон изменения длины волны падающего на нее излучения в зависимости от высоты его падения, а формирование зон осуществляют в сооТветстви,и с этим законом путем изменения их спектрального пропускания, .

На фиг. i представлена оптическая схема откорректированной одиночной линзы с нанесенным на ее поверхность диэлектрическим покрытием};. на фиг.2 разбиение преломляющей поверхности на щесть концентричных зон осуществляемое при коррекции; на фиг.З график обтаточной сферической аберрации линзы.

Сущность предлагаемого способа рассмотрим на примере коррекции сферической аберрации одигючной -линзы. Как известно, величина сферической аберрации такой линзы зависит от ее относительного отверстия и показателя преломления материала, из которого она изготовлена. При этом величина сферической аберации возрастает от центра к периферии линзы в случае постоянства показателя преломления. Однако последний зависит от длины волны падающего на линзу излучения, что объясняется дисперсионными свойствами материала линзы. СледовательноJ рост сферической аберрации от центра к периферии линзы можно скомпенсировать соответствующим изменением показателя преломления ее материала, которое в свою очередь осуществляется благодаря соответствующему изменению длины волны падаквдего на линзу излучения в зависимости от высоты его падения.. Этот принцип И лежит в

Средний диаметр зоны,

Пример мм

О

16

26

36

46

56

66

основе предлагаемого способа. Прежде всего для коррекции сферической аберрации из условия ее отсутствия в линзе определяют путем расчета закон изменения длины волны падающего на линзу излучения в. зависимости от высоты его падения. Затем в линзе выделяют кольцевые концентрические зоны, причем каждой из этих зон ставится в соответствие та длина волны, для которой сферическая аберрация на среднем диаметре зоны с конечной шириной равна нулю. И, наконец,на одной из преломляющих поверхностей линзы формируют кольцевые концентрические зоны, соответствующие выделенным зонам, спектральное пропускание которых определяется указанными длинами волн. Это можно сделать, например, путем нанесения диэлектрических (Покрытий, осуществляющих соответствующую спектральную фильтрацию падающего на линзу излучения. Очевидно, что при увеличении числа зон качество коррекции будет улучшаться, а технологический процесс их формирования - усложняться. Поэтому вопрос о числе зон должен решаться с учетом сказанного в зависимости от поставленной задачи.

В соответствии с предложенным способом была осуществлена коррекция сферической аберрации одиночной линзы с относительным отверстием 1:1,5 и фокусным расстоянием 100 мм. Преломляющая поверхность этой линзы была разбита на шесть кольцевых зон (фиг. 2), для каждой из которых рассчитывалась длина волны, соответствующая нулевому значению сферической аберрации для среднего диаметра зоны Гтабл. 1).

Таблица 1

Длина волны,соответст- вующая нулевому значению сферической аберрации на среднем диаметре зоны (мкм)

0,4046 0,4146 0,4199 0,4260 0,4490 0,4914 0,5441

Линза имеет следующие параметры: радиусы 86,57; толщина 13,0 марка стекла ТФ 10. 86,57.

I При этом сферическая аберрация бы|ла скорректирована для всех шести выбранных зон (табл. 2).

Таблица 2

Предложенный способ позволяет реализовать при использовании извест .ных методов коррекции других аберраций однолинзовую оптическую систему со сферическими поверхностягл, имеющую при хорошем качестве изображения относительное отверстие до 1:0,5 и поле зрения до 1 . Таким образом, использование изоб ретения позволяет упростить процесс изготовления откорректированных оптических систем и расширить спектрал ный диапазон коррекции. Формула изобретения Способ коррекции сферической аберрации оптической системы, включающий определение закона изменения параметров системы, соответствующего отсутствию сферической аберрации в ней, и

if

0f/.f

--ff,O

фуг. 2 формирование в системе зон, параметры которых изменяются в соответствии с указанным законом, отличающий с, я тем, что, с целью упрощения процесса формирования зон и расширения спектрального диапазона коррекции, из условия отсутствия сферической аберрации в системе определяют закон изменения длины падающего на нее излучения в зависимости от высоты его падения, а формирование зон осуществляют в соответствии с этим законом путем изменения их спектрального пропускания. Источники информации, принятые во внимание при экспертиза 1.Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л., Maiin-tHocTpoeние, 1969, с. 325-326. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2911227/18-10, кл. G 02 В 3/08, 14.07.80 (прототип).

г5Г-я ;;

ф1/г.З

{ 0,5W

0,91 ) 0,9

о.гБ

0,199

o,

0,