Апланатическая градиентная линза

(505 С 02 ВЗО ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМ зовано в объективахденсорах и т.д, Цельрасширение зксплуатностей за счет выноки и ее изображенияломляющих поверхносполнена нз материалраспределением покания п(у), ограничени 2. Приведеноющее Функцию обей 1 и 2 с закон пт а, Справоча. - И.:56-1 58.НТРАЯ с. РАДИР ми 1 зыва я к оптиче. б. испольиост поло та ием пред,1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относи скому приборостроению и окулярах, конизобретения "ационных Возмозса предметной точотносительно претей. Линза выа с радиальнымзателя преломленого поверхностяуравнение, свяРазующей поверхом п(у) и рас 3 илп еп 3= пепЕ (1)где н - показа г ре ель преломления с которой происходи ение;ель преломления с старую происходит ды, из прелом п оказа ы, в Изобретение относится к градиент"ной оптике и может быть использовано .в оптическом приборостроении для создания обьективов, окуляров, конденсоров и так далее, а также в волоконной опткке при изготовлении волоконных световодов,Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностейзФ счет выноса предметной точки и ееизображения относительно преломляющйх поверхностей.На Фиг. 1 изображена градиентнаялинза, разрез, и ход лучей на Фиг,2и 3 - расчетные схемы, поясняющиеприменение расчетных Формул,Градиентная линза выполнена из материала с радиальным распределениемпоказателя преломления, ограниченного преломляющими поверхностями 1 и 2в виде поверхностей вращения,Апланатическую градиентную линзуиСпользуют следующим образом: в градиентный элемент с выпуклой первой 25преломляющей поверхностью 1 вращения вводят расходящийся гомоцентрнческий пучок излучения (Фиг,2) или изградиентного элемента с вогнутой второй преломляющей поверхностью 2 вращвния выводят расходящийся гомоцентрический пучок (Фиг.3). В обоих случаях центр гомоцентрического пучка лежит на оптической оси градиентногоэпемента. На Фиг. 2 и 3 образующаякривая г(у) поверхностей вращения выхОдит из начала координат; отрезок ю -расстояние от начала координат доцентра гомоцентрического пучка вдольоптической оси Е; Ч- угол между оптйческой осью Е и норМалью к образующей г(у) в точке преломления М,у - угол между осью 7 и касательнойк образукщей в точке преломления М 16 - входной апертурный угол, отрезок 45г(у) - стрелка прогиба поверхностив точке преломления, отрезок у - высота точки преломления над оптической осью. Далее отрезки и углы рассматривают без учета правил знаков,50принятых в оптике,По закону преломленияи Реломление 38 - угол падения,Я - угол преломленияИэ простых геометрических соотношений получают Я 6+ Ч; (2) Я (Э)(9) 8 Ч = г (У),Очевидно, что вьп 6 - ) (1 О) ) а(у)+а) а у Яа ,)а) Подставляя Формулы (9), (10) и (11) в выражение (6), после преобразований приходят к Формуле(г(у) + а 1 + у олучают искомую зависимость: ткуда иг (у) и (у) Г у Для образующей Функции г(у)ны выполняться обычные,услсвия( 3) (14) г (о) О,г(о) = О,п(у)где у 2 (у)г (у) п(у) а для п(у) должно выполняться уцловиеп(о) = и (15) Таким образом, для известного, распределения п(у) можно определить вид 10образующеР г(у), обеспечивающий после преломления на поверхности преобразование гомоцентрического пучкаизлучения в пучок, каждый луч которого параллелен оптической оси, а вол новой Фронт совпадает по Форме ц поверхностью вращения,В соответствии, с отмеченными свойствами каждый луч пучка после преломления, имея направление, параллельноеоптической оси, и распространяясь вматериале линзы, пересекает оць ивновь становится параллельным ей нарасстоянии, кратном удвоенному номинальному фокусному расстоянию, образуя, таким образом, точную копиюформы волнового фронта - Формы первой преломляющеР поверхности - науказанном расстоянии от первой поверхности. Если в этом месте образовать 30преломляющую поверхность врашения,совпадающую по Форме с первоР преломляющей поверхностью, то пучок, преломившись на ней в однородную среду,вновь преобразуется в гомоцентрический (Фиг,З),В результате гомопентрический пучок преобраэуетця градиентной линзойв гомоцентрический, а сама градиентная линза является апланатическоР. 40Его свойства позволяют располагатьцентр гомоцентрического пучка нарасстоянии ц от вершины первоР поверхности и использовать поверхностивращения различной Формы, удовлетворяющие уравнению (12) с начальнымиусловиями (13) и (14),форма поверхности может быть вычислена для конкретного распределения п(у) с любоР наперед заданной точноцтью путем решения уравнения (12)одним иэ известных численных методов,64 6например методом, Рунге-Кутта. Получив этим методом координаты точек иеконой образующей, можно затем аппроксимировать образующую подходящей функцией, например параболой высшего порядка, методом наименьших квадратов или иным. Аппрокцимированная образующая может быть использована для формообразования преломлясщих поверхностей.Так, например, при а20 мм и п = 1,5 для закона распределения показателя преломления п(у) = и зецЫу с о= 0,05 отклонение стрелки прогн.- ба рассчитанной кривоР от аппроксимирующей ее сферической образующей ц К = 1 0 мм не превышает 123, а от гппрокцимирующей параболы четвертого порядка вида г(у) = 0,05 у 2 - 0,0075 уф не превышает 4 Б и т.д.Формула и э о б р е т е н и я Аплаяатическая градиентная линза, ограниченная первой и второРпреломляющими поверхностями с толщиноР по оптической оци, кратной удвоенному номинальному фокусному раццтояник линзы, и выполненная иэ материала с радиальным распределением показателя преломления, о т л и ч а ю щ а яц я тем, что, ц целью расширения эксплуатационных возможноцтеР эа счет выноса предметной точки и ее иэображения относительно преломляющих поверхностей, первая и вторая преломляющие поверхности выполнены в виде поверхноцтеР вращения, образующая каждой иэ которых удовлетворяет уравнениюг(у) г(г(у) + аД + у - г(у) + а- координата, перпендикулярная оптической осн линзы - функция образующей;- первая производная от г(у); - Функция распределения покаэателя преломления;расстояние от предметнойточки на оптической оси довершины преломляющеР поверх-ности линзы,1569764 едакт Рерб аз 1447 Тираж 452 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Узгород, ул. Гагарина, 1 О остави Техред В. Архиповердюкова Корректор И.Самборска