SU1335910A1

SU1335910A1 - High-aperture focusing objective lens

Info

Publication number: SU1335910A1
Application number: SU853988393A
Authority: SU
Inventors: Сергей Тимофеевич Бобров
Original assignee: Организация П/Я Х-5263
Priority date: 1985-12-12
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1987-09-07

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах оптической обработки информации и позвол ет увеличить спектральную полосу и светопропускание объектива. Пучок света от объекта 1 собираетс дифракционной линзой 2 в слабо сход щийс пучок, ограничиваемый апертурной диафрагмой 3. Плосковыпукла рефракционна линза 4 образует высокоапертурный сход щийс пучок , формирующий точку 5 изображени . Фокусное рассто ние рефракционной линзы 4 составл ет не более 1,5 фокусного рассто ни объектива. Частота структуры дифракционной линзы 2 регулируетс подбором величины ее оптической силы. 2 ил. &amp; (Л со со СП ( puz. /The invention can be used in optical information processing systems and allows increasing the spectral bandwidth and light transmission of the lens. A beam of light from object 1 is collected by a diffraction lens 2 into a weakly converging beam limited by an aperture stop 3. The flat convex refractive lens 4 forms a high-aperture converging beam that forms point 5 of the image. The focal length of the refractive lens 4 is no more than 1.5 the focal length of the lens. The frequency of the structure of the diffractive lens 2 is controlled by the selection of its optical power. 2 Il. &amp; (L with so SP (puz. /

Description

Изобретение относитс к оптическому приборостроению и может найти применение в системах оптической обработки информации.The invention relates to optical instrumentation and can be used in optical information processing systems.

Целью изобретени вл етс увеличение спектральной нолосы и светопропускани объектива при сохранении величины пол высококачественного изображени , не уменьша при этом размера структуры дифракционной линзы.The aim of the invention is to increase the spectral bandwidth and the light transmission of the lens while maintaining the magnitude of the field of high-quality images without reducing the size of the structure of the diffractive lens.

На фиг. 1 и 2 показана схема хода лучей в двух вариантах предлагаемого объектива .FIG. 1 and 2 shows a diagram of the course of the rays in two versions of the proposed lens.

На схеме обозначены объектив 1, дифракционна линза 2, апертурна диафрагма 3, рефракционна линза 4, изображение 5. Рефракционна линза 4 расположена со стороны изображени 5, а дифракционна линза 2 расположена между рефракционной линзой 4 и объектом 1. Слабо расход щийс (или параллельный при работе с бесконечно удаленным объектом) пучое световых лучей, исход щих из точки объекта 1, собираетс в слабо сход щийс пучок дифракционной линзой 2, ограничиваетс апер- турной диафрагмой 3 и плосковыпуклой рефракционной линзой 4 превращаетс в вы- сокоапертурный сход щийс пучок, формирующий точку изображени 5. При этом рефракционна линза может быть расположена к изображению как выпуклой (фиг. 1) так и плоской поверхностью (фиг. 2)The diagram shows lens 1, diffractive lens 2, aperture diaphragm 3, refractive lens 4, image 5. Refractive lens 4 is located on the side of image 5, and diffractive lens 2 is located between refractive lens 4 and object 1. Poorly consumable (or parallel work with an infinitely distant object), the beam of light rays emanating from the point of object 1 is collected into a weakly converging beam by the diffraction lens 2, is limited by the aperture diaphragm 3 and the convex refractive lens 4 is turned into a juice aperture converging beam forming the image point 5. At the same time, the refractive lens can be located to the image as a convex (Fig. 1) or a flat surface (Fig. 2)

Основным силовым элементом в предлагаемом объективе вл етс положительна плосковыпукла рефракционна линза 4, тогда как слаба положительна дифракционна линза 2 выполн ет роль корректора аберраций. При этом коррекци сферической аберрации осуществл етс за счет введени этой аберрации в дифракционную линзу 2 (котора аналогична в этом смысле асферической поверхности), коррекци комы - за счет взаимного расположени и соотношени оптических сил рефракционной 4 и дифракционной 2 линз, коррекци хроматизма - за счет разного знака хроматических аберраций положительной рефракционной линзы и положительной дифракционной линзы.The main strength element in the proposed lens is a positive flat convex refractive lens 4, while a weak positive diffractive lens 2 acts as an aberration corrector. Here, the spherical aberration is corrected by introducing this aberration into the diffraction lens 2 (which is similar in this sense to the aspherical surface), the coma correction is due to the relative position and the ratio of the optical forces of the refractive 4 and diffraction 2 lenses, the chromatism correction is due to the sign of chromatic aberration of a positive refractive lens and a positive diffractive lens.

При расположении рефракционной линзы выпуклой поверхностью к изображению (фиг. 1) дифракционную линзу оказываетс возможным поместить в плоскость, проход щую через действительное изображение центра этой выпуклой поверхности. В этом случае кроме сферической аберрации и комы компенсируетс также и астигматизм объектива , поэтому поле изображени в этом варианте предлагаемого устройства больще. С другой стороны, при таком расположении рефракционна линза обладает очень боль- щой сферической аберрацией и компенсаци последней в объективе требует сравнительно высокочастотной дифракционной линзы. ПриWhen the refractive lens is located with a convex surface to the image (Fig. 1), the diffractive lens can be placed in a plane passing through the actual image of the center of this convex surface. In this case, in addition to spherical aberration and coma, the astigmatism of the lens is also compensated, therefore the image field in this version of the proposed device is larger. On the other hand, with this arrangement, the refractive lens has a very large spherical aberration and the compensation of the latter in the lens requires a relatively high-frequency diffraction lens. With

расположении рефракционной линзы плоской поверхностью к изображению (фиг. 2) центр кривизны выпуклой поверхности находитс с той же стороны, что и точка фокусировки сход щегос пучка лучей в плоскости изображени , а это значительно снижает сферическую аберрацию рефракционной линзы и позвол ет уменьшить частоту структуры дифракционной линзы, следовательно,the location of the refractive lens with the flat surface to the image (Fig. 2), the center of curvature of the convex surface is on the same side as the focal point of the converging beam in the image plane, which significantly reduces the spherical aberration of the refractive lens and reduces the frequency of the diffractive lens structure , Consequently,

Q увеличить светопропускание объектива.Q to increase the light transmission of the lens.

Частоту структуры дифракционной линзы в обоих вариантах предлагаемого объектива можно регулировать за счет подбора величины ее оптической силы, поскольку сферическа аберраци и.меет другой знак и какThe frequency of the structure of the diffractive lens in both versions of the proposed lens can be adjusted by selecting the magnitude of its optical power, because spherical aberration and. Has a different sign and

5 бы вычитаетс из положительной оптической силы, что способствует уменьшению частоты (в оптимальном случае дифракционна линза у оптической оси вл етс положительной в соответствии со знаком своей оптичесQ кой силы, а на краю, где превалирует сферическа аберраци , становитс отрицательной ). В первом варианте предлагаемого объектива, когда рефракционна линза обращена к изображению выпуклой поверхностью , оптическую силу дифракционной5 would be subtracted from the positive optical power, which helps to reduce the frequency (in the optimal case, the diffraction lens on the optical axis is positive according to the sign of its optical power, and at the edge where spherical aberration prevails becomes negative). In the first embodiment of the proposed lens, when the refractive lens is facing the image with a convex surface, the diffraction optical power

5 линзы приходитс определ ть из услови минимизации частоты ее структуры, тогда как во второ.м варианте есть возможность подобрать оптическую силу дифракционной линзы, оптимальную с точки зрени компен .. сации хроматизма, поэтому во втором варианте объектива, как правило, щире спектральна полоса.5 lenses have to be determined from the condition of minimizing the frequency of its structure, whereas in the second version it is possible to choose the optical power of the diffraction lens, which is optimal from the point of view of compensating chromatism, therefore in the second variant of the lens, as a rule, the spectral band is wider.

Апертурна диафрагма 3 в предлагаемом объективе может располагатьс в любом месте, но, как правило, помещаетс в плос2 кости дифракционной линзы 2, что максимально ограничивает частоту последней. Подложка дифракционной линзы 2 также может помещатьс 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 плоскопараллельна пластина почти не вносит аберраций.The aperture diaphragm 3 in the proposed lens can be located anywhere, but, as a rule, it is placed in the plane of the diffraction lens 2, which limits the frequency of the latter to the maximum. The substrate of the diffractive lens 2 can also be placed both in the gap between the objective lenses and in the gap between the diffraction lens 2 and the objective 1, since in both of these intervals the beam of rays is close to parallel and the plane-parallel plate almost does not introduce aberrations.

4545

Claims

Invention Formula

Vysokoaperturny focusing lens comprising a diffractive lens in a plane-parallel substrate refractive lens and aperture stop, chayuschiys 50 differs in that, in order to increase the spectral band and light transmittance, refractive plano lens is formed and arranged for diffractive lens in the image space, and its focal length This is not more than 1.5 f, where f is the focal length of the lens, and the diffractive lens is located in front of the refractive lens.

55

.Z