Градиентный однолинзовый микрообъектив

СОЮЗ СОВЕТСНИХ шнбсюеи СПУБ ЛИК 7586 91 .ьИ./О ТВЕННЫЙ НОМИТЕ НИЯМ И ОтН 1,П ГОСУД АРСПО ИЗОБАТЕПРИ ГКНТ Н- 8 ДЕТЕПЬСТВУ К АВТОРСКОМ 2 что в обьективе. выпукло-пло(71) Научно-исследо ский институт радиоэлектроники и лазерной техники ИГТУ им, Н. Э. Баумана(54) ГРАДИЕНТНИ ОДНОХПБЗОВИИ ИИКРООБЪЕКТИВ(57) Исгользованиев оптических системах, работающих с источникамимонохроматического излучения, имеюцих большие углы расходимости и излучаюцую плоцадку малого размера. Сущность изобретения заключается в том,материала с распр еля преломления и и г, при этом и материала выбраны 0,7 с д/К с. 1,7;( 2 выполнена из оказа делением вида и(г ватель зы и ний; раметры ли из соотнош блас ти и можетсистемах о в ко оРом плоская поверхность обращена к параллельному пучку лучей,В данном уравнении п(г) - Функциянохромати- показателя преломления, и - показатель преломления основного материалас си и 4 - постоянные коэФФициенты поли-, Яуц нома; г - радиус-вектор, определяющий )положение точки внутри линзы относикрообъек тельно оси градиента . Качество коррек-лосковыцип известных решений охарактеризовя, юио материа- но в области аберраций третьего поием пока рядка, При этом, используя градиентный материал с Функцией показателя+ преломления вид 1 г + иг и(г) = ио г 2 +и г 42 и (г) 4 Изобретение относится коптического приборостроенииспользоваться в оптическиработающих с источниками мческого излучения, имеюцихуглы расходимости и излучащадку малого размера, преимно для целей коллимаиии.Известен однолинзовый митив, представляюгрш собойпукпую линзу из градиентнола с радиальным расиределезателя преломления вида 1,5 6 по 2 т 0 ю Оэ 13 / иои 1) ЙФ0,18, где с - осевая толгпна линзы: Н - радиус кривизны выпуклой поверхности линзы; и, - показатель преломления материала на оптической оси линзы; и - коэбФициент; г - радиус, определяюций положение точки внутри линзы относительно оптической оси; Е - Аокусное расстояние линзы; ИА - числовая апертура, 6 ил 3 табл.1758622 Целью изобретения является повышение .числовой апертуры и упрощениетехнологии изготовления,Поставленная цель достигается тем,что в градиентном однолинзовом микрообъективе, содержащем вьпдукло-плоскую линзу цз материала с радиальнымраспределением показателя преддодпдения, линза вьпдолнена из материала сраспределением показателя преломленияп(г) вида;п(г) = и+ пг",при этом ддараметры линзы и материалавыбраны из соотношений:0,7 ( - - 1,7д 1 п(г) = по+ пдг + и г"д д и гб достигается числовая апертура МА в диапазоне от 0,2 до 0,3, а повышение числовой апертуры до 0,5 обеспечивается путем использования градиентного материала с Функцией показателя преломления вида: п(г) =и +пг +пг +пг +ба д 2 5 10 + пегпри этом, максимальцьдй диаметр кружка рассеяния, определяемой сферической аберрацией, составляет около 10 мкм, Увеличение числовой апертуры до значения 0,5 связано с необходимостью обеспечения соответствия расчетного и полученного профиля показателя преломления до четвертого коэффициента полинома. 20Под числовой апертурой ИА здесь и далее понимается отношение половицы диаметра осевого пучка к заднему фокусному расстоянию мпкрообъектива,Известен также однолинзовый градиентный мддкрообъектив, линза которого в общем случае ограничена двумя сферическими радиусами и изготовлена 15 1,5 и с 2,00,13 (пп, Г Ы) ъ 0 18 где д - ос евая то аддин а линзы;Н - радиус кривизны выпуклой поверхности линзы;п - показатель преломления матеориала ца оптической оси линзы,ддд - к оэффици ен т;г - радиус, определяющий положение точки внутри линзы относительно оптической оси;Г - фокусное расстояцпе мддкрообьектива;11 А - числовая апертура,На Фиг, 1 представлена оптическаясхема микрообъектива; на фиг. 2 и 3вид фуцкпии распределения показателяпреломлеция для вариантов 3 и 7; цаФиг, 4-6 - графики сферической аберрации и отступления от условия синусовдля вариантов 3, 6 и 8, соответственно.11 ри этом, использованы следуюддиеобозначения:К - вьпгуклый радиус плосковыпуклой линзы;Л - диаметр осевого сколлимированного пучка лучей;Й - осевая толщина линзы;Г - Фокусное расстояние мпкрообьектива;г - радиус-вектор, определяющийполо;".ецпе точки внутри линзыотносительно оддтической оси из градиентного материала с радиальным распределением показателя преломления вида: п(г) = по + п,г + пгЛинза обеспечивает ИА порядка 0,30,45, что по значению вьине в сравнении с решением при одинаковом количестне коэффициентов в Функции показателя преломления и одинаковой степени коррекции в области аберрацийтретьего порядка,К его недостаткам следует отнести: 40- наличие двух сферических поверхностей, что усложняет изготовлениеградиентной линзы, т.к, необходимосовмещение оси градиента с двумя вершинными центрами линзы; 45ограничение числовой апертурыдо максимального значения 0,45, чтодля некоторых типов современных источников является недостаточным.Известен градиентный однолинзовый 50микрообъектив, содержащий выпуклоплоскую линзу из материала с радиапьцымраспределением показателя преломления. линзы, совмещеццои с осьюграчцецта;Йд - разность между значением показателя преломления в точке спелы и значением ддоказателя преломления основного материала 55Недостатком этого объектива явяяется невысокий световой диаметр и числовая апертура, а также сложность технологии его изготовления,5175862Ийкрообъектив (фиг. 1), состоящийиз градиентной плосковыпуклой линзыс функцией распределения показателяпреломления видаи(г) = и + и 1 гпредназначен для работы с источниками монохроматического излучения,имеющими большие углы расходимостии излучающую площадку малого размера,преимущественно, в качестве коллиматора, либо в качестве изображающегоустройства при малом угловом поле иобеспечивает максимальную числовуюапертуру 0,65, Иаксимально достижимая числовая апертура для данногонабора коррекционных параметров, определяется в зависимости от выбораи и в диапазоне и от 1,45 до 2,0изменяется от 0,3 до 0,65. 20В табл. 1-3 использованы следующиеобозначения:К - радиус линзьцд - толщина линзы 1и - показатель преломления на оси 25линзыГ - заднее фокусное расстояние/микрообъектива,ИА - числовая апертура;ЙМ - разность между значениями 30показателя преломления накраю линзы и показателем преломления на оси градиента 0,7 с - с 1,7 где Й Кио и1 35 Градиентный однолинзовый микрообь,1 ектив, содержащий выпуклоплоскую линзу из материала с радиальным распределением покзателя преломления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения числовой апертуры50 и упрощения технологии изготовления,линза выполнена из материала с распределением показателя преломленияи(г) видаи(г) = ио + и(г,55нри этом параметры линзы и материалавыбраны из соотношений0,7 с - с 1 7с 1Фру % сРг = Л/2 - иЯ, Я - коэффициенты аберрацийтретьего порядка сферической аберрации и комы,соответственно; у- максимальное значениевзятой по модулю сферической абе а и в мкм; 1 181,РР ци уСумаксимальное, по модулю,отступление от условиясинусов и изопланазии,соответственно; Кома - максимальное значение комыдля углового поля2 Я=,4 град.В.= и иЯ%А - коэффициент условия связи;гО - половина световогодиаметра линзы,В вариантах 1, 3, 4, 6, 7, 8 величина г превышает зафиксированноев известйом решении максимальное значение г = 1,5 мм,2 6Достизфсение такой цслп как потьипение числовой апертуры однспременно с упрощением технологии изготовления микрообъектива наглядно иллюстрируется в табл, 3, в которой приведены характеристики варианта известного микрообъектива, (столбец 3) и варианта микрообъектива по изобретению (И.4, табл. 1 и 2),Градиентный однолинзовый микрообьектив, содержащий выпукло-плоскую линзу, из материала с радиальным распределением показателя преломления, отличающийся тем, что, с целью повышения числовой апертуры и упрощения технологии изготовления, линза выполнена из материала с распределением показателя преломления п(г) видаи(г) = и+ п,гпри этом параметры линзы и материалд выбраны из соотнолений 1,5 с ис 2,00,13) /ии,Г МА/0,18 осевая толщина линзы 1радиус кривизны выпуклойповерхности линзы;показатель преломления материала на оптической осилинзыкоэффициент;радиус, определяющий положение точки внутри линзыотносительно оптической оси;фокусное расстояние линзы;числовая апертура,Формула изобретения1758622 Таблица 1 Конструктивные параметры вариантов микрообъективов щ, г К мм мм,5 0,063 ,0 0,035 ,2 0,044 ,0 0,039 6,0 6,0 4,0 4,0 2 3 2 Та бл Результаты аберрационного расчета микрообъективовИА В Я Б . дудБ1, кома,о/, мкм,6 4,Прототип /3/ Предлагаемый 1,5 с и, с 2,0;0,13/ппЯ)БА/ Ъ 0,18, где д - осевая толщина линзыфВ - радиус кривизны выпуклой 5поверхности линзы;и - показатель преломления маотериала на оптической осилинзы; и 1 - ко эЬЛициен т;г - радиус, определяющий положение точки внутри линзы относительно оптической осифУ Г - фокусное расстояние микрообъективафИА - числовая апертура,1758622 Составитель В.Архиповедактор И,Сегляник Техред И.,Иоргентал Корректор А.Ворович каз 3000 Тираж одписное НВ 1 ПИ Го,ула енного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС13035, Иоскна, Ж, Раушская наб., д. /5 изводсгнсиис -издательский комбииат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 фиг, 6 5 В