Двухкомпонентные компенсаторы полевых аберраций оптических систем

Андреев Л.Н., Цыганок Е.А., Ежова В.В., Кожина А.Д., Сошникова Е.Б.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Андреев Л.Н., Цыганок Е.А., Ежова В.В., Кожина А.Д., Сошникова Е.Б. Двухкомпонентные компенсаторы полевых аберраций оптических систем // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 6. С. 25–32. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-06-25-32

Andreev L.N., Tsyganok E.A., Ezhova V.V., Kozhina A.D., Soshnicova E.B. Two-component compensators of field aberrations of optical systems [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 6. P. 25–32. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-06-25-32

Ссылка на англоязычную версию:

L. N. Andreev, E. A. Tsyganok, V. V. Ezhova, A. D. Kozhina, and E. B. Soshnicova, "Two-component compensators of field aberrations of optical systems," Journal of Optical Technology. 89(6), 327-331 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000327

Аннотация:

Предмет исследования. Предложены двухкомпонентные оптические схемы компенсаторов полевых аберраций оптических систем, рассчитанные на основе теории аберраций третьего порядка и модульного принципа проектирования оптических систем [1]. Данные компенсаторы позволяют исправить две аберрации: кривизну поверхности изображения и астигматизм или хроматизм положения и хроматизм увеличения. Метод. При расчёте использовался модульный принцип проектирования оптических систем, базирующийся на использовании основ теории аберраций третьего порядка, заключающийся в том, что системы синтезируются из оптических элементов (модулей) с известными коррекционными свойствами [1]. В качестве оптических модулей были применены апланатические мениски с различным линейным увеличением и гиперхроматическая линза. Апланатические мениски использовались при расчёте компенсатора кривизны поверхности изображения и астигматизма, гиперхроматическая линза — при расчёте компенсатора хроматической аберрации положения и увеличения. Основные результаты. Показано, что применение двухкомпонентных компенсаторов полевых аберраций способствует существенному улучшению аберрационных свойств объективов, позволяет улучшить качество изображения оптических систем и повысить их оптические характеристики, в частности, увеличить угловое поле двухлинзовых объективов в пять раз за счёт использования коррекционных свойств оптических модулей (менисков, гиперхроматической линзы). Практическая значимость. Применение в оптических системах компенсатора, состоящего из двух апланатических менисков, расположенных друг относительно друга на значительном расстоянии, даёт возможность исправить такие аберрации, как кривизну поверхности и астигматизм, вне зависимости от числа линз в объективе, а также повысить величину углового поля. Введение компенсатора хроматических аберраций в оптическую схему высокоапертурного объектива микроскопа с масляной иммерсией 100×1,25 МИ исправляет хроматические аберрации положения и увеличения, что позволяет отказаться от использования компенсационных окуляров, имеющих сложную оптическую схему, в пользу обычных, а также использовать в схеме микроскоп, в котором в качестве приёмника оптического излучения будет выступать матричный ПЗС- или КМОП-приёмник, а не глаз человека.

Ключевые слова:

компенсатор, аберрации, кривизна поверхности, астигматизм, хроматизм увеличения, хроматизм положения

Коды OCIS: 220.1000

Список источников:

1. Андреев Л.Н., Ежова В.В., Дегтярева Г.С. Модульное проектирование оптических систем // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2014. Т. 57. № 3. С. 57–62
2. Gross H. Handbook of optical systems. V. 4. Survey of Optical Instruments. Hoboken, New Jersey: Wiley, 2008. 1092 p.
3. Virendra Mahajan, Virendra N. Aberration theory made simple // SPIE Press. 2011. 208 p.
4. Guenther B.D. Modern Optics. 2nd Edition. Oxford, England: Oxford University Press, 2015. 752 p.
5. Андреев Л.Н., Дегтярева Г.С. Афокальный компенсатор аберраций // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2015. Т. 58. № 8. С. 621–624.
6. Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение, 1975. 674 с.
7. Русинов М.М. Композиция оптических систем. Изд. 2-е. М.: Либроком, 2010. 382 с.
8. Турыгин И.А. Прикладная оптика. Часть первая. М.: Главполиграфпром, 1965. 362 с.
9. Турыгин И.А. Прикладная оптика. Часть вторая. М.: Главполиграфпром, 1966. 428 с.
10. Панов В.А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. Л.: Машиностроение, 1976. 433 с.
11. Дегтярева Г.С. Синтез оптических систем из апланатических модулей и компенсаторов аберраций // Автореф. канд. дис. Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2015. 105 с.
12. Грамматин А.П. Расчет компенсатора Шмидта // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Вып. 15 / Теория и практика современных технологий. СПб: Университет ИТМО, 2004. С. 183–186.
13. Wayne R.O. Light and video microscopy. 2nd Edition. Cambridge, Massachusetts: Academic Press, 2014. 352 p.

14. Tkaczyk T.S. Field guide to microscopy. Bellingham, Washington: SPIE Press, 2010. 153 p.
15. Sasián J. Control of linear astigmatism aberration in a perturbed axially symmetric optical system and tolerancing // Appl. Sci. 2021. № 11. P. 3928. https://doi.org/10.3390/app11093928
16. Андреев Л.Н., Дегтярева Г.С. Афокальный компенсатор кривизны поверхности изображения // Патент на полезную модель № 148389. 2014.
17. Андреев Л.Н., Дегтярева Г.С., Ежова В.В. Симметричные компенсаторы сферической аберрации // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 1. С. 28–31.
18. Андреев Л.Н., Ежова В.В. Афокальные компенсаторы аберраций оптических систем // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 7. С. 660–663.
19. Ezhova V.V., Andreev L.N. Afocal compensators of optical systems aberrations // Proceedings of SPIE. 2018. V. 10690. P. 106901W.
20. Ежова В.В. Модульное проектирование оптических систем различного назначения // Сборник работ аспирантов Университета ИТМО, победителей конкурса грантов Правительства Санкт-Петербурга / Под. ред. Никифорова В.О. Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2016. С. 88–91.
21. Андреев Л.Н., Ежова В.В., Цыганок Е.А., Кожина А.Д. Компенсаторы кривизны поверхности изображения и астигматизма // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 4. С. 12–16. DOI: 10.17586/1023-5086-2021-88-04-12-16
22. Андреев Л.Н., Кожина А.Д., Цыганок Е.А., Сошникова Е.Б., Уварова А.В. Исследование и расчет планапохроматического объектива с исправленным хроматизмом увеличения // XVIII Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике: сборник трудов конференции. Самара. 10–14 ноября 2020. С. 130–136.
23. Андреев Л.Н. Дифференциальные выражения хроматических аберраций первого порядка гиперхроматической линзы // Оптико-механическая промышленность. 1970. № 11. С. 23–24.
24. Иванов С.Е., Романова Г.Э. Использование двухкомпонентного афокального компенсатора в зеркально-линзовых системах для коррекции термоаберрации положения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 3. С. 372–379. DOI:10.17586/2226-1494-2017-17-3-372-379.
25. Takeshi Mizuno, Takatoshi Yamada. Objective lens and optical pickup apparatus, information recording/reproducing apparatus // Патент US 7054074B2. 2006.