Системы обобщенных гармонических линз для формирования изображений

Скиданов Р.В., Ганчевская С.В., Васильев В.С., Бланк В.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Скиданов Р.В., Ганчевская С.В., Васильев В.С., Бланк В.А. Системы обобщенных гармонических линз для формирования изображений // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 3. С. 13–19. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-03-13-19

Skidanov R.V., Ganchevskaya S.V., Vasil’ev V.C., Blank V.A. Systems of generalized harmonic lenses for image formation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 3. P. 13–19. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-03-13-19

Ссылка на англоязычную версию:

R. V. Skidanov, S. V. Ganchevskaya, V. S. Vasil’ev, and V. A. Blank, "Systems of generalized harmonic lenses for image formation," Journal of Optical Technology. 89(3), 132-136 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000132

Аннотация:

Предмет исследования. Рассмотрена простейшая система из двух гармонических линз, в которой за счет правильного подбора высоты микрорельефов этих линз возможно получение изображения более высокого качества, чем при использовании каждой из этих линз отдельно. Метод. Методом прямой лазерной записи по фоторезисту изготовлены две гармонические линзы с согласованными высотами микрорельефов. Проведен эксперимент по формированию изображений системой из двух гармонических линз и одиночной гармонической линзой. Основные результаты. Разработано программное обеспечение для моделирования систем гармонических и дифракционных линз «HarmLens». Моделирование осуществляется в рамках геометрической оптики методом трассировки лучей. Показано, что при определенном подборе высоты микрорельефа в такой системе можно получить существенное сокращение смещения основной фокальной плоскости по сравнению с одиночной гармонической линзой. Показано, что система двух гармонических линз формирует изображение, у которого средний контраст в 1,4 раза превосходит средний контраст изображения, формируемого одиночной гармонической линзой. Экспериментально показано, что у системы из двух гармонических линз функция рассеяния точки в 1,6 раза уже функции рассеяния точки эквивалентной по фокусному расстоянию одиночной гармонической линзы. Практическая значимость. Предложенная в настоящей работе система двух гармонических линз позволяет получать более четкое изображение по сравнению с изображением, которое формируется одиночной гармонической линзой. Систему из двух гармонических линз можно использовать в системах технического зрения там, где компактное расположение элементов объектива важнее высокого качества формируемого изображения.

Ключевые слова:

гармоническая линза, объектив, система гармонических линз, микрорельеф, функция рассеяния точки

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 20-69-47110 в части проведения эксперимента и Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части расчета и изготовления
гармонических линз.

Коды OCIS: 050.1970, 040.1880, 050.1965, 120.4820, 110.0110

Список источников:

1. Dobson S.L., Sun P., Fainman Y. Diffractive lenses for chromatic confocal imaging // Appl. Opt. 1997. V. 36. № 20. P. 4744–4748.
2. Казанский Н.Л., Хонина С.Н., Скиданов Р.В., Морозов А.А., Харитонов С.И., Волотовский С.Г. Формирование изображений дифракционной многоуровневой линзой // Компьютерная оптика. 2014. Т. 38. № 3. С. 425–434.
3. Sweeney D.W., Sommargren G.E. Harmonic diffractive lenses // Appl. Opt. 1995. V. 34. № 14. P. 2469–2475.
4. Хонина С.Н., Устинов А.В., Скиданов Р.В., Морозов А.А. Сравнительное исследование спектральных свойств асферических линз // Компьютерная оптика. 2015. Т. 39. № 3. С. 363–369.
5. Rosli A., Manaf A., Sugiyama T., Yan J. Design and fabrication of Si-HDPE hybrid Fresnel lenses for infrared imaging systems // Opt. Exp. 2017. V. 25. P. 1202–1220.
6. Greisukh G.I., Ezhov E.G., Antonov A.I., Danilov V.A., Usievich B.A. Limiting spectral and angular characteristics of multilayer relief-phase diffraction microstructures // Quantum Electronics. 2020. V. 50. № 7. P. 623–628.
7. Greisukh G.I., Danilov V.A., Stepanov S.A., Antonov A.I., Usievich B.A. Spectral and angular dependences of the efficiency of three-layer relief-phase diffraction elements of the IR range // Optics and Spectroscopy. 2018. V. 125. № 2. P. 232–237.
8. Antonov A.I., Greisukh G.I., Ezhov E.G., Stepanov S.A. Diffractive elements for imaging optical systems // Optoelectronics, Instrumentation and Data Proc. 2017. V. 53. № 5. P. 421–430.
9. Nikonorov A., Skidanov R., Fursov V., Petrov M., Bibikov S., Yuzifovich Y. Fresnel lens imaging with postcapture image processing // IEEE Conf. Computer Vision and Pattern Recognition Workshops. 2015. Р. 15554158.
10. Хонина С.Н., Казанский Н.Л., Устинов А.В., Волотовский С.Г. Линзакон: непараксиальные эффекты // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 11. C. 44–51.
11. Устинов А.В., Хонина С.Н. Обобщённая линза: анализ осевого и поперечного распределения // Компьютерная оптика. 2013. Т. 37. № 3. С. 305–315.

12. Васильев В.С., Скиданов Р.В., Ганчевская С.В. Изображающие системы на основе обобщённых линз // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43. № 5. С. 789–795.
13. Скиданов Р.В., Казанский Н.Л., Морозов А.А., Хонина С.Н., Волотовский С.Г. Составные объективы из квазидифракционных линз / В книге: Голография. Наука и практика // Тезисы докл. XIII междунар. конф. Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана, 2016. С. 39–43.