Анаморфотная цилиндрическая система

Анаморфотная цилиндрическая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в оптическом приборостроении для оптических систем, работающих с источником монохроматического излучения , имеющим большие углы расходимости и излучающую площадку малого размера, преимущественно для целей коллимации и преобразования диаграммы направленности излучения. Сущность изобретения: система состоит из двух цилиндрических плосковыпуклых линз с нанесенными градиентными слоями с осевым распределением показателя преломления n(z) вида n(z) по + т z, где п0 - показатель преломления в вершине градиентного слоя; ni -постоянный коэффициент полинома; z- расстояние вдоль оси градиента относительно вершины. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 02 В 13/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4843476/10 (22) 29.06,90 (46) 07.01.93. Бюл, М 1 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им, Н.Э. Баумана (72) В.И.Казаков и Г.Е,Немцева (56) Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. Теория оптических систем. — М.: Машиностроение, 1973, с.410 — 471. (54) АНАМОРФОТНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ

СИСТЕМА (57) Использование: в оптическом приборостроении для оптических систем, работаюИзобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в оптических системах, работающих с источником монохроматического излучения, имеющим большие углы расходимости и излучающую площадку малого размера, преимущественно для целей коллимации и преобразования диаграммы направленности излучения.

Известна тонкопленочная линза, имеющая слоистую структуру с толщиной слоев в несколько десятков ангострем. Система позволяет получить сколлимированный и преобразованный пучок диаметром 0,2 — 0,3 мм при угле расходимости излучения на входе

30-60 в плоскости ортогональной слоистой структуре излучателя (сечение 1) и 4 — 10 в плоскости, параллельной слоистой структуре излучателя (сечение I I).

БЫ,, 1786461 А1 щих с источником монохроматического излучения, имеющим большие углы расходимости и излучающую площадку малого размера, преимущественно для целей коллимации и преобразования диаграммы направленности излучения. Сущность изобретения: система состоит из двух цилиндрических плосковыпуклых линз с нанесенными градиентными слоями с осевым распределением показателя преломления

n(z) вида n(z) = no + и q г, где np — показатель преломления в вершине градиентного слоя; п1 — постоянный коэффициент полинома; z— расстояние вдоль оси градиента относительно вершины. 7 ил.

Недостатками этой системы являются технологические трудности получения такой

"слоеной" линзы, при этом диаметр сколлимированного и преобразованного пучка мал по размеру, и структура используемого материала не прозрачна для видимой части спектра излучения.

Известен также коллиматор, который представляет собой градиентный стержень или волокно, на конце которого под определенным углом срезана фаска, Длина фаски и угол среза выбираются в соответствии с диаметром и углами расходимости излучения на входе.

Недостатком этой системы является невозможность получения большого (более

10 — 20 мм) диаметра сколлимированного пучка на выходе из-за технологических ограничений на глубину градиента, определяющего размер диаметра стержня, При этом

1786461

2Щ91 необходима установка с высокой точностью излучателя и стержня относительно друг друга, в том числе и угловой.

Известна оптическая система для преобразования и коллимации излучения. Система содержит две цилиндрические длины, ограниченные сферическими поверхностями, и осесимметричный оптический элемент, ограниченный также сферическими поверхностями.

Недостатками известной системы являются наличие отрицательной цилиндрической длины, используемой в основном для устранения астигматизма излучателя, наличие осесимметричного элемента, ограниченного сферическими поверхностями и используемого, в основном, для улучшения коррекции аберраций с целью увеличения рабочего угла излучателя.

Под рабочим углом излучателя здесь и далее понимается максимальный угол расходимости излучения на входе трансформирующей системы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является анаморфотная система, содержащая две плосковыпуклые цилиндрические линзы, образующие цилиндрических поверхностей которых взаимно перпендикулярны.

Недостатками известной системы является невысокая входная апертура и невысокое качество изображения.

Целью изобретения является увеличение выходной апертуры и повышение качества изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в анаморфотной цилиндрической системе, содержащей две плосковыпуклые цилиндрические линзы, образующие цилиндрических поверхностей которых взаимно перпендикулярны, плосковыпуклые цилиндрические линзы выполнены из материала с осевым распределением преломления по закону

П(21) = П01 + П11 Z1

П(22) = n02 + n12 Z2, где п(1), n(z2) — значения показателей преломления в материале первой и второй линз соответственно;. пр1, np2 — значения показателей преломления в вершинах первой и второй линз соответственно; п11, п 12 — постоянные коэффициенты;

z1, z2 — расстояние вдоль оси градиента от вершин первой и второй линз соответственно, На фиг, 1 представлена оптическая схема анаморфотной системы (а — сечение !, б — сечение II), на фиг, 2 — вид огибающей излучения на входе и выходе анаморфотной

4 ! ! системы; на фиг. 3 — излучающая плаща !!ка; на фиг. 4 и 5 — вид функции расходимьсти лучей D(m ) в пучке на выходе анаморфот ой системы для сечений и !! соответственно;

5 на фиг. 6и 7 — видфункции d>(z) градиентных слоев.

Система содержит источник 1 излучения, защитное стекло 2 источника излучения, плосковыпуклые цилиндрические

10 линзы 3 и 4. градиентный слой 5, вид огибающей 6 излучения на входе анаморфотной системы, вид огибающей 7 излучения на выходе анаморфотной системы.

На чертежах использованы следующие

15 обозначения:

01, &11 — углы расходимости излучения на входе анаморфотной системы для сечений I и !! соответственно;

О,— диаметр сколлимированного осево20 ro пучка на выходе системы;

dn — разность между показателями преломления /n(z)/ и /ne/:

IM Ie — размер излучающей площаДи в сечениях I u II соответственно, 25 Лz — астигматизм излучателя;

m — высота лучей на выходном зрачке.

Анаморфотная система (фиг. 1), состоящая из источника 1 монохроматического излучения, имеющего угол расходимости

30 И1 до 55 и 911до40, защитного стеКла 2 и двух цилиндрических плосковыпуклых линз 3 и 4 с градиентным слоем 5, предназначена для работы преимущественно в качестве коллиматора, позволяющего

35 преобразовывать пучок эллиптической или другой формы на входе анаморфотной системы в пучок круглой формы на выходе, вид которых показан на фиг. 2. При этом фокусное расстояние плосковыпуклой линзы 3 оп40 ределяется выражением

45 а фокусное расстояние плосковыпуклой линзы 4 определяется выражением 4

Ок

2Щ 911 или

Г4= Гз К, ! где К вЂ” коэффициент преобразования,(анаморфозы), определяемый из формулы

55 к tg8

Sg О1

Сколлимированный и преобразованнь!й гучок на выходе системы имеет расходимость

1786461 лучей, не превышающую значения дифракционногоуглового предела разрешения, определяемого из выражения

slnPz—

1,22 А

D» где il- длина волны излучения.

При этом диаметр сколлимированного и преобразованного пучка О» ограничивается условиями расчета и параметрами градиентного слоя, получаемого, например, методом ионной диффузии, при условии, что глубина градиентного слоя не может быть меньше стрелки радиуса, определяемой крайними лучами в пучке.

Астигматизм излучателя h,z (фиг. 3) может быть устранен путем изменения расстояния между плосковыпуклыми линзами 3 и

Если на входе системы форма огибающей излучения — эллипс, то для получения на выходе пучка круглой формы оси цилиндрических линз должны быть взаимно перпендикулярныМи. Поворот осей относительно друг друга будет приводить к изменению формы выходного пучка.

Примером конкретного выполнения может служить анаморфотная цилиндрическая система, имеющая следующие конструктивные параметры

Сечение (Сечение I I и > =1.0

nz = 1.509758

n3= 1,0

r>-00 г =00

dl =0.3

rz =00

rz =00

dz = 2.0 гз=00

= 2.6

=1,6

= 17,24, пв = 1,0 гь= 00

=3

=0,6

nz -=1,0

*) — толщина градиентного слоя;

*) — вид функции и показателя преломления n(z) градиентного слоя

Излучающая площадка источника находится на расстоянии $ =-5,714 мм от первой поверхности. В данном случае при размере излучающей площадки IM х I< 4 мкм х 10 мкм, расходимости излучения на входе Oi x х0 = 54 х 28О, диаметре сколлимированного пучка D» = 8,5 мм и расчете хода лучей в геометрическом приближении через анаморфотную систему получена расходимостьгз=00 б о

r4 = -6.63

44

ra=00 1 о ге=00

n4=1,7

n** = 1.7 - 0.06451 z г4= 00 пв; — 1,675 и * = 1,675 - 0.0215 z гв = -19,238

55 показателей преломления по закону п() = not + nil zl

n(z2) = п02 + n12 z2 лучей ф в пучке не более 21", что меньше значения, определяемого условием углового дифракционного разрешения фд, значение которого для длины волны, равной 0,8

5 мкм, и заданных параметрах составляет

24".

Анаморфотная цилиндрическая система в сечении! имеет фокусное расстояние

f - 9,5 мм, а в сечении 1I — Г = 28,5 мм, таким

10 образом обеспечивается коэффициент анаморфозы К = 3, На фиг. 4 и 5 показаны графики функции расходимости лучей D(m ) на выходе системы для сечений 1 и II соответственно. Кривая

15 8 показывает расходимость лучей для осевой точки, кривая 9 — расходимость лучей B пучке для крайних точек излучающей площадки. Расходимость лучей в сечении И для точки на оси и крайних точек излучателя

20 практически совпадают. График показан на фиг. 5 (кривая 10).

Условие ф фд сохраняется при наличии астигматизма излучателя Ь z, равного

0,01 мм, На фиг. 5 (кривая 11) показана фун25 кция расходимости лучей в сечении 11 при

Ь,z = 0,01. Функция расходимости лучей для сечения 1 не меняется.

Если источник 1 имеет астигматизм большего размера, например Лz = 0,2 мм, 30 то расстояние б меняется на такую же величину и равняется 17,04 мм.

Конструкция предложенной системы имеет простейшее решение, а в известном решении используются две цилиндрические

35 и одна осесимметричная линзы, ограниченные сферическими поверхностями, При этом предложенное техническое решение позволяет получать для рабочего угла излучателя, равного 54О, расходимость лучей в

40 пучке 24 угловых секунды. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет упростить конструкцию и повысить качество коллимации при увеличении рабочего угла излучателя.

45 Формула изобретения

Анаморфотная цилиндрическая система, содержащая две плосковыпуклые цилиндрические линзы, образующие цилиндрических поверхностей которых взаимно перпенди50 кулярны, отличающаяся тем, что, с целью увеличения входной апертуры и повышения качества изображения, плосковыпуклые цилиндрические линзы выполнены из материалов с осевым распределением

1786461 где n(z<), n(zz) — значения показателей преломления в материале первой и второй линз соответственно; пя, п02 значения показателей преломления в вершинах первой и второй линз соответственно; ты; и«. п г — постоянные коэффициенz<, г2 — расстояния вдоль оси градиента

5 от вершин первой и второй линз соответСтвенно, 1786461

Ж/2. Ф

Составитель Л. Архипов

Техред М.Моргентал Корректор С. Юско

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 247 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5