Градиентный однолинзовый микрообъектив
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и (г) = n() + >)r + Ilier
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ. СССР (21) 4840867/10 (22) 29.05.90 (46) 30,08.92. Бюл. Р 32 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники ИГТУ им. H.Э.Баумана (72) В.И.Казаков, Т.С.Ровенская и Г.A.Òo÷êèíà (56) Патент CLIA 1 " 4643535, кл. С 02 В 3/00, 1987. (54) ГРАДИВНТНИЙ ОДНОХП)НЗОВИИ ИИКРООБЪЕКТИВ (57) Исгользование: в оптических системах, работающих с источниками монохроматического излучения, имеющих большие углы расходимости и излучающую площадку малого размера. Сущность изобретения заключается в том, Изобретение относится к области оптического приборостроения и может использоваться в оптических системах, работающих с источниками монохроматического излучения, имеющих большие углы расходимости и излучающую площадку малого размера, преимущественно для целей коллимаиии.
Известен однолинзовый микрообъектив, представляющий собой илосковы пукпую линзу из градиентного материала с радиальным распределением показателя преломления вида п(г) = по+ n r + nor + n r +
„„Я „„)758622 А1 щ) С 02 В 3/00 что в . объективе . выпукло-плоская линза выполнена из материала с распределением показателя преломления n(r) вида n(r) = n + п r, при этом параметры линзы и материала выбраны из соотношений: 0,7 (d/К с 1,7;
1 5 и п 620; 0,13 /и и, f ),1у/> (2 О, 18, где d — осевая точгп на линзы:
R — радиус кривизны выпуклой поверхности линзы; n — показатель преломления материала на оптической оси линзы; п — коэффициент; r — радиус, определяющий положение гочки внутри линзы относительно оптической оси;
f — Аокусное расстояние линзы; NA—
I числовая апертура. 6 ил,, 3 табл. в котором плоская повермюсть обра- 1 цена к параллельному пучку лучей.
В данном уравнении п(г) — функция показателя преломления: и„— показа- ОО тель преломления пс новного материала с с
n 1758622 п(г) = п + n(r + и г(+ n r Ъ достигается числовая апертура NA 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: Целью изобретения является повыпение .числовой апертуры и упрощение технологии изготовления. Поставленная цель достигается тем, что в градиентном однолинзовом микрообъективе, содержащем вьп1укло-плоскую линзу из материала с радиальным распределением показателя преломления, линза вы1(олнена из материала с распределением показателя преломления n(r) вида: п(г) = и „+ и(г"., при этом параметры линзы и материала выбраны из соотношений: 0,7 — 1,7 15 где Π— осевая то пцина линзы; R — радиус KpHBH3Hbl выпукло11 верхпости линзы; п — показатель преломпения матео риала на оптической оси линзы, n(— к оэффици ен т, г — радиус, онределяюций положение точки внутри линз((относительно оптической оси; (f — фокусное расстоя(п(е м((крообьектива; NA — числовая апертура. На фиг. 1 представлена оптическая схема микрообъектива; на фиг. 2 и 3 вид функции распределения показателя преломления для вариантов 3 и 7; на фиг. 4-6 — графики сферической аберрации и отступления от условия синусов для вариантов 3, 6 и 8, соответственно. При этом, использованы следующие обозначения: К вЂ” выпуклый радиус плосковыпуклой линзы; D - диаметр осевогп сколлимированного пучка лучей; d — осевая толщина линзы; f — фокусное расстояние мпкрообьектива; г — радиус-вектор, определяющий полп;".ение точки внутри линзы оптической п(г) = no + n(г + п2г Линза обеспечивает NA порядка 0,3... 0,45, что IIo значению вьине н сравнении с решением при одинаковом коли- 35 честве коэффициентов в функции показателя преломления и одинаковой степени коррекции в области аберраций третьего порядка, К его недостаткам следует отнести: 40 — наличие двух сферических пбверхностей, что усложняет изготовление градиентной линзы, т,.к. необходимо совмещение оси градиента с двумя вершинными центрами линзы; 45 ограничение числовой апертуры до максимального значения 0,45, что для некоторьlх типов современных источников является недостаточным. Известен градиентный однолинзовый 50 микрообъектив, содержащий выпуклоплоскую линзу из материала с радиапьным распределением показателя преломления. Недостатком этого объектива явяяется невысокий световой диаметр и числовая апертура, а также сложность технологии его изготовления. n(r)=n+nr +иr+nr+ 4. а (2 3 10 п при этом, максимальный диаметр кружка рассеяния, определяемой сферическп(1 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. 20 Под числовой апертурой ИА здесь и далее понимается отношение половины диаметра осевого пучка к заднему фокусному расстоянию мпкрообъектива. Известен также однолинзовый градиентный микрообъектив, линза которого в обцем случае ограничена двумя сферическими радиусами и изготовлена из градиентного материала с радиальным распределением показателя преломления вида: 1,5а п„ 2,0 0,13 (п„п, ° f Г(А) 0,18 лин зы, совмеценн ой с ос ью градиента; dn — разность между значением показателя преломления в точке СПЕЛЫ И ЗНаЧЕНИЕМ 1(пКаэатЕля преломления основного материала. 175862 Ийкрообъектив (фиг. 1), состоящий из градиентной плосковыпуклой линзы с функцией распределения показателя пр ел омл ения вида n(r) = и, + n В табл. 1-3 использованы следующие обозначения: R — радиус линзьц d - толщина линзы1 n - показатель преломления на оси 25 линзы f — заднее фокусное расстояние I микрообъектива, NA — числовая апертура; dN — разность между значениями 30 показателя преломления на краю линзы и показателем преломления на оси градиента 0,7с - с1,7 d где d R и о и 35 NA40 Градиентный однолинзовый микрообь4 ективу содержащий выпуклоплоскую лин зу из материала с радиальным распределением покзателя преломления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения числовой апертуры 5g и упрощения технологии изготовления, линза выполнена из материала с распределением показателя преломления n (r) вида n(r) = n + n/r, 55 нри этом параметры линзы и материала выбраны из соотношений 0,7 с - с 1 7 ° d к с1И = Л/2 — no S> S — коэффициенты аберраций третьего порядка сферической аберрации и комы, соответственно; td l — максимальное значение 1 взятой по модулю сферической абе а и в мкм; 18 „, рр ци у Су максимальное, по модулю, отступление от условия синусов и изопланазии, соответственно, Кома — максимальное значение комы для углового поля 2Я= 4 град. В. = п п ЕЪА - коэффициент условия связи; гg — половина светового диаметра линзы, В вариантах 1, 3, 4, 6, 7, 8 величина г превышает зафиксированное в известйом решении максимальное значение ro = 1,5 мм. 2 6 Достизсение такой цслп как повышение числовой апертуры однс г..ремен о с упрощением технологии изготовления микрообъектива наглядно иллюстрируется в табл, 3, в которой приведены характеристики варианта известного микрообъектива, (столбец 3) и вариан— та микрообъектива по изобретению (N.4, табл. 1 и 2). Градиентный одн6линзовый 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 n(r) нида: n(r) =п, +и г при этом параметры линзы и материалл выбраны из соотнолений 1,5 с по 2э0 0,13 /п„п, f NA/ 0,18 осевая толщина линзы; радиус кривизны выпуклой поверхности линзы, показатель преломления материала на оптической оси линзы коэффициент; радиус, определяющий положение точки внутри линзы относительно оптической оси; фокусное расстояние линзы; числовая апертура, Формула изобретения 1758622 Таблица 1 Конструктивные параметры вариантов микрообъективов 1 ь i 9 « п1 ф го у п/и мм мм R мм мм 0,70 -0,0029 3,5 0,0636 1,44 -0,0038 3,0 0,035 1 53 -0,0119 2,2 0,044 1,50 -0,0096 2,0 0,039 4,20 1,50 8,66 1,55 6,1 1,70 5,98 1,60 9,55 7,24 3,87. 4,43 6,0 6,0 4,0 4,0 Таблица 2 Результаты аберрационного расчета микрообъективов Б . )dy l tdSt „„ I k,„кома, 1 aI мкм (г -0,071 0,022 3,00 -0,038 0 000 1,50 -0,031 -0,010 1,30 -0,038 0,005 1,40 1 0,40 2 0,45 3 0,56 4 0,51 -О, 160 -О, 142 -О, 151 -О, 154 0,021 0,120 0,004 0,010 0,003 0,043 0,003 0,18 5,4 0,4 0,1 0,1 Табли ца 3 Вариант микрообъектива NA 8 /f . 18) „ о мм мкм мкм 11рототип /3/ 0,56 1,6 3,42 0,45 0,6 0,003 0,041 1,44 Предлагаемый 1,50 16 443 051 06 0003 0039 20 1,5< n + 2,0; 0,13 /и пЯ) NA/ 0,18, где d - осевая толщина линзьц R — радиус кривизны выпуклой 5 поверхности линзы; n — показатель преломления мао териала на оптической оси линзы; и 1 — коэФЛициент ° r — радиусу определявции положение точки внутри линзы отноI сительно оптической оси У f — фокусное расстояние микрообъектива1 NA — числовая апертура. 1758622 P. 3 фи2. 3 340 1758622 g 3 Составитель В.Архипов Редактор И,Сегляник Техред И.,Иоргентал Корректор А.Ворович Заказ 3000 Тираж Подписное ВНК1ПИ Гос. уларствеииого комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производствсвис.-и здательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101
