Градиентная линза

(19) (11 б 9 4 С 02 ЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВ У 3 сферические по- М.: Недра, 1973 ШАУ 3 СМ, оп 29253,блик. 1973. НТНАЯ ЛИ 7) И ретен я соэ эовано д оптически х систворанен ить кач путем у УДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ 2 1) 3996650/24-1022) 23,12,85(56) Русинов М.М.верхности в оптикес. 16-18Патент Скл350/175 может быть испольния анаберрационных ем и позволяет повыредачи изображения сферической аберрации на оси для бесконечно удаленнойточки при использовании различныхтипов поверхностей. Градиентная линза 1 ограничена криволинейной 2 иплоской 3 поверхностями.Показательпреломления материала линзы связанопределенным соотношением с формойобразующей криволинейной поверхности 2. Выходящий из осевой точки Ргомоцентрический пучок лучей преобразуется в линзе 1 в параллельныйоптической оси пучок, распространяющийся в направлении градиента. Линза1 строит бесконечно удаленное анаберрационное иэображение точки РПоверхность может быть выполненасферической, конической или параболической, 3 з.п. ф-лы, 2 ил., (2) Кп(2) и К=-а (по - 1),40 К 20р - 1 1,49 - 1 40 3 0 73 и( 2,02 1,391 велимм, п0,1 для д ерепада 6 дос тижимо чина ческ что практилины порядкау = 8,75 мм олическдя с вершине К мм, при этомПоверхность ыс пара Изо ная ли55 и образующей ость у(2 кую по также где константа Изобретение относится к градиентной оптике и может быть использовано для создания анаберрационных оптических систем различного назначения, например конденсоров, объективов для интерферометров, микроскопов, коллиматоров и т,д.Цель изобретения - повышение качества изображения путем устранения сферической аберрации на оси для бесконечно удаленной точки при использовании различных типов поверхностейВ предлагаемой линзе гомоцентрический пучок лучей, выходящих иэ осевой точки после преломления на выпуклой поверхности вращения,превращается в параллельный пучок и внутри неоднородной среды, образующей материал линзы, идет параллельно оптической оси в направлении градиента.Пусть образующая функции у(2) преломляющей поверхности вращения выходит. иэ начала координат. Тогда,исходя из принципа Ферма о постоянстве длины оптического пути Б 2 - а) 1 у (2) = п(Х)ЙЕ - а,где а - переднии отрезок, можно получить условие на закон распределения показателя преломления и вдоль оси 2 у (2) . у(2) + (2 - а) п(2) На фиг. 1 изображена плосковыпуклая градиентная линза со сферической выпуклой поверхностью; на фиг. 2 градиентная линза с поверхностью в виде усеченного конуса,Изображенная на фиг. 1 градиентная линза 1 имеет первую выпуклую сферическую поверхность 2 с кривизной Я и вторую плоскую поверхность 3, ограничивающие линзу. Материал линзы имеет неоднородный показатель преломления с осевым градиен - том.Линза строит бесконечно удаленное анаберрационное изображение расположенной на оси точки Р. браженная на фиг, 2 градиентза 1 имеет первую поверх (коническую) и вторую плосверхность 3. Материал линзы меет неоднородный показатель преломления с осевым градиентом.Линза строит бесконечно удаленноеанаберрационное изображение расположенной на оси точки Е, причем плоская часть усеченного конуса закрытанепрозрачным экраном 4, сделаннымнапример, из тонкого картона и приклееным к плоской части конуса.Лин эа строит бесконечно удаленное анаберрационное изображение расположенной на оси точки Е, при этом в построении иэображения участвует частьконуса на участке А 2 = 2 р - 2 , на 5 котором создан необходимый перепадпоказателя преломления.Рассмотрим некоторые типы образующих функций у(2) и соответствующих им поверхностей.20 Поверхность - сферическая радиусаК. Образующая имеет вид Распределение показателя прелом- ления где и= п(0) .Рассмотрим численные оценки.При по = 1,491 полиметилметакрилат типа ПМА на П-линии с Л =589,3 нм и К = 20 мм Распределение имеет вРаспределение показателя преломпения 2 + К - а и(2) г=о П К о -и(0 п= 40,73 мм Распределение имеет вид 2 + 60 73и(2)+ г, +При 2 = 4,05 мм; у = 12,8 мм; и = 1,391, а величина перепада ди = 0,1. Отсюда видно,что использование асферической (параболической) поверхности позволяет обойтись меньшим градиентом показателя преломления и при этом достичь большей числово и апертуры.Представляет интерес для рассмотрения коническая поверхность с образующей у(2) = Ь 2.Производнаяу(г) = ьРаспределение показателя преломения и 1( (2 - а) + Ъ При 2+ Ь" 71 4(Ь + 1 Вид н и, и тт можне подону Ь такую,ч го и(7) ир ть вели 2 бол10 15 5 мы для точки на оси в виде плосковыпуклой линзы, Составив комбинациюЗО 35 40 45 50 55 ших, чем некоторое значение 7 е, будет принимать реально постижимые значеиия, Так, при й = 1,25 = 1, 119 получим,что и (о) = 1,5. При этом на расстоянии 2 = 0,79(-а( получается,что и(2,) = 1,391, а при 29 = 4,05 (-а( и(2) = 1,491. Поэтому,в данном случае, изображение должна создавать часть поверхности конуса на отрезке Д 2 = гт - 21, для которого реально можно создать перепад показателя преломления Д и, а часть поверхности до 2( не должна участвовать в создании изображения и ее необходимо, например, закрыть непрозрачным экраном, Численно,при -а = 306 мм Дг = 10 мм иди = 0,1.Таким образом, проведенное рассмотрение покаэывает,что для конкретных видов образующих функций у(2) существуют осевые распределения показателя преломления и(2), приводящие к образованию анаберрационной систеиэ двух таких анаберрационных систем, образующих двояковыпуклуюлинэу,можно получить анаберрационную систему для точки на оси на конечном расстоянии.Требуемое осевое распределение показателя преломления может быть создано одним иэ известных методов. Например, для полимеров может быть приложен метод управляемой полимеризации в процесс диффузии. Сначала на первом этапе процесса полимериэации изготовляется гель-матрица в виде таблетки. Затем таблетка необходимой толщины помещается в стеклянную трубку такого же диаметра, в которую с одной стороны заливают второй компонент полирующейся смеси, Вся система термостатируется и может помещаться в одно из плеч интерферометра типа Маха-Цендера. За изменением показателя преломления можно наблюдать визуально по изменению интерференционной картины.Возможен также рассмотренный выше вариант изготовления, использующий решение обратной задачи, для готовой таблетки с известным распределением и(2) аналитическим или чис - ленным интегрированием находят вид образующей функции у(Е), Затем поверхность таблетки ппиф"ют и полируют до получения расст 1 анного про, пр еломл ения п(г) =5 филя поверхностиеВ результате получают градиентную линзу, строяшуюанаберрационное иэображение точки вбесконечности. показатель выбран иэ условияПредлагаемая линза создает анаберрационное иэображение точки на оси в бесконечности;может иметь выпуклую поверхность любого типа; при условии создания значительного по величине перепада показателя преломления может обеспечить большую числовую апертуру. 10 15формула изобретения 2) передний отрезок;координата вдоль оптичеоси линзы;в перв производная от унзапоп. 1, отличая тем,что первая поверсферической с радиусом1/ р, и образующей вида кой 40 2. Л щая с выбрана хностькривиэ 1. Градиентная линза, ограниченная первой и второй прелокпяющими поверхностями вращения с кривизной при вершинах у, и р соответственно, выполненная иэ материала, имеющего осевой градиент показателя преломления, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что,с целью повышения качества 25 передачи иэображения путем устранения сферической аберрации на оси для бесконечно удаленной точки при использовании различных типов поверхностей, вторая поверхность выполнена плоской с кривизной Р = О, а показатель преломления материала линзы п(Е) связан с формой образующей кривой первой поверхности у(Е) соотношением35К где а = 1 - ио и - показатель преломления материала у вершины первой поверхности линзы. 3. Линза по п. 1, о т л и ч а - ю щ а я с я тем,что первая поверхность выполнена параболической с радиусом кривизны при вершине 1 12 Ь где Ь - константа, и образующей вида показатель преломления п(2) выбран из условияЕ + К - а п(2)а где а =1-и, п - показатель преломления материала у вершины первой поверхности линзы. 4, Линза по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем,что первая поверхность выполнена усеченной конической с образующей вида у(2) = Ь 2,где Ь константа, малое основание конуса с координатой 2 выполнено непрозрачным, показатель преломления при 2 ) 2 выбран иэ условияЬ + 1) 2 2) И 2 - а + ЬР 2 2иэ услов1.а(г,) еЬ13378 Составитель И.АлександровРедактор Н.Киштулинец Техред В.Кадар Корректор А.Обручар Заказ 4129/46 Тираж 521ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4