Свойства базовых сферических линз с осевым распределением показателя преломления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат технических наук Алимов, Андрей Евгеньевич

• Алимов, Андрей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Алимов, Андрей Евгеньевич

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень основных сокращений

Введение

Глава 1. Анализ параметров современных градиентных оптических материалов и эффективности их применения в изображающих оптических системах

1.1. Общие сведения о градиентных оптических элементах

1.2. Технологические параметры градиентных оптических элементов

1.3. Анализ эффективности применения сферических линз с осевым распределением показателя преломления в изображающих оптических системах

1.4. Методы синтеза оптических систем, содержащих градиентные оптические элементы

1.5. Выводы к главе 1 40 Глава 2. Синтез базовых сферических линз с осевым линейным распределением показателя преломления с заданными аберрационными свойствами

2.1. Обзор лучевых методов анализа оптических систем с градиентными оптическими элементами на разных уровнях проектирования

2.1.1. Расчет хода реального произвольного луча в градиентной оптической среде

2.1.2. Параксиальное описание оптической системы, содержащей градиентные оптические элементы

2.1.3. Теория аберраций оптических систем, содержащих градиентные оптические элементы

2.1.4. Теоретические основы метода псевдолучей

2.1.5. Теоретические основы метода лучевых дифференциалов

2.2. Выбор актуальных для синтеза типов базовых градиентных оптических элементов с заданными аберрационными свойствами

2.3. Математическая модель и алгоритм синтеза линз с осевым распределением показателя преломления с заданными аберрационными свойствами

2.4. Метод исследования градиентных базовых линз с заданными аберрационными свойствами

2.5. Выводы к главе 2 76 Глава 3. Синтез и исследование базовых изопланатических сферических линз с осевым линейным распределением показателя преломления

3.1. Свойства базовых «тонких» изопланатических линз с осевым линейным распределением показателя преломления в области аберраций третьего порядка

3.1.1. Семейство № 1

3.1.2. Исправление кривизны Петцваля в изопланатических линзах семейства №1

3.1.3. Семейство №2

3.1.4. Семейство №3

3.1.5. Семейства №4-№7

3.1.6. Результаты синтеза и исследования в области аберраций третьего порядка

3.2. Свойства базовых «тонких» изопланатических линз с осевым линейным распределением показателя преломления в области реальных аберраций

3.2.1. Семейство № 1

3.2.2. Семейство №2

3.2.3. Семейство №3

3.2.4. Семейства №4-№7

3.2.5. Результаты исследования в области реальных аберраций

3.3. Базовые «толстые» изопланатические линзы с осевым линейным распределением показателя преломления

3.3.1. Группа №1

3.3.2. Группа №2

3.3.3. Результаты синтеза и исследования базовых «толстых» изопланатических линз с осевым линейным распределением показателя преломления

3.4. Выводы к главе 3

Глава 4. Синтез и исследование базовых сферических линз с осевым линейным распределением показателя преломления с исправленными сферической аберрацией и астигматизмом

4.1. Свойства базовых «тонких» линз с осевым линейным распределением показателя преломления с исправленными сферической аберрацией и астигматизмом в области аберраций третьего порядка

4.1.1. Семейство №1

4.1.2. Семейство №2

4.1.3. Семейства №3-№4

4.1.4. Результаты синтеза и исследования в области аберраций третьего порядка

4.2. Свойства базовых «тонких» линз с осевым линейным распределением показателя преломления с исправленными сферической аберрацией и астигматизмом в области реальных аберраций

4.2.1. Семейство №1

4.2.2. Семейство №2

4.2.3. Семейства №3-№4

4.2.4. Результаты исследования в области реальных аберраций

4.3. Исследование аберрационных свойств базовых сферических линз с осевым линейным распределением показателя преломления с исправленной сферической аберрацией

4.3.1. Исследование в области аберраций третьего порядка

4.3.2. Исследование в области реальных аберраций 163 4.4. Выводы к главе 4 169 Глава 5. Примеры расчета оптических систем с градиентными оптическими элементами с осевым распределением показателя преломления

5.1. Постановка задачи и методика расчета оптических систем с градиентными оптическими элементами

5.2. Дисперсионные характеристики градиентного стекла с осевым распределением показателя преломления

5.3. Компьютерное моделирование дисперсионных характеристик линз

с осевым распределением показателя преломления

5.3.1. Алгоритм определения параметров дисперсионной формулы Зельмейера методом неопределенных коэффициентов

5.3.2. Выбор узловых точек интерполяционной формулы Зельмейера

5.3.3. Описание дисперсионных свойств сред с осевым распределением показателя преломления с использованием интерполяционного многочлена Лагранжа

5.4.3. Оценка погрешности интреполяционных формул

5.4. Синтез телеобъектива с увеличенным значением относительного отверстия с градиентными оптическими элементами

5.4.1. Исходная схема объектива

5.4.2. Результаты расчета телеобъектива

5.5. Синтез объектива видеоэндоскопа

5.6. Выводы к главе 5 210 Общие выводы и заключение 213 Список литературы 215 Приложение

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ГОС - градиентная оптическая среда;

ГОЭ - градиентный оптический элемент;

ГШ - показатель преломления;

РПП - распределение показателя преломления;

ОЛРПП - осевое линейное распределение показателя преломления;

ОКвРПП - осевое квадратичное распределение показателя преломления;

ОКРПП - осевое кубическое распределение показателя преломления;

ОС - оптическая система;

АД - апертурная диафрагма;

ПИ - плоскость изображения;

ПФПМ - полихроматическая функция передачи модуляции;

ПНВ - прибор ночного видения;

ЗСО - защитное стекло объектива;

ЗСМ - защитное стекло ПЗС-матрицы;

Вх. зр. - входной зрачок.

ИК-область - инфракрасная область спектра

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Свойства базовых сферических линз с осевым распределением показателя преломления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Первые работы, посвященные исследованию градиентных оптических элементов (ГОЭ), появились более 150 лет назад. К настоящему времени разработана основная теоретическая база для проектирования оптических систем (ОС) с ГОЭ, а именно: способы описания и классификации распределений показателя преломления (РПП) градиентных оптических сред (ГОС) и их спектральных характеристик; методы расчета хода реальных и параксиальных лучей, узких астигматических пучков; теория аберраций различных порядков. Одновременно развивалась технология производства ГОС, что обеспечило в настоящее время возможность серийного изготовления ГОЭ на основе стекол и пластмасс, прежде всего, с осевым и радиальным РПП. Успехи в теории расчета и технологии изготовления ГОЭ закономерно привели к появлению множества ОС различного назначения (как формирующих определенные пространственные структуры световых пучков, так и строящих изображение), на практике доказавших эффективность применения ГОЭ, обусловленную как уменьшением массы и габаритов ОС, так и повышением их оптических характеристик и качества изображения.

Первоначальные успехи технологии промышленного производства ГОС были связаны с разработкой материалов с радиальным РПП, поэтому развитие методов проектирования ОС с ГОЭ базировалось на использовании материалов с таким РПП. При этом в настоящее время из-за жестких технологических ограничений на поперечные размеры ГОЭ с радиальным РПП (прежде всего для материалов, созданных на основе оптических стекол) их применение оправдано только в миниатюрных ОС. Современные ГОЭ с осевым РПП таких ограничений не имеют и могут использоваться в различных видах ОС. В то же время теоретические основы применения ГОЭ с осевым РПП разработаны в меньшей степени: коррекционные возможности градиентной линзы с осевым РПП, как правило, рассматриваются только в связи с вопросами исправления

сферической аберрации; в подавляющем большинстве работ для расчета ОС с осевыми ГОЭ используется метод проб; многие исследователи отмечают недостаточное развитие алгебраических и композиционных методов синтеза ОС. Таким образом, развитие методов синтеза ОС с ГОЭ с осевым РПП является актуальной проблемой.

Данная диссертационная работа посвящена развитию композиционных методов расчета центрированных высокоразрешающих ОС (малокомпонентных объективов с постоянными и переменными фокусными расстояниями для оптико-электронных приборов и комплексов) с градиентными сферическими линзами из оптически прозрачных изотропных материалов с осевым РПП. Композиционные методы, приоритетная роль в разработке которых принадлежит проф. М.М. Русинову, являются одними из важнейших среди методов синтеза ОС. В настоящее время они развиваются за счет применения современных информационных технологий, которые позволяют частично автоматизировать процесс структурного синтеза ОС. Основу композиционных методов составляют простейшие базовые элементы, представляющие собой одиночные линзы, создающие оптическую силу и свободные от определенных типов аберраций. Построение ОС из таких элементов позволяет обеспечить отсутствие в ней аберраций, которые исправлены в самих базовых линзах. Структурная схема проектируемой ОС определяется выбранным типом базовой линзы. Однако оптические характеристики разрабатываемой ОС также обусловливают требования к кардинальным и аберрационным параметрам базового элемента. Например, при разработке широкоугольных низкоапертурных ОС важно обеспечить устранение полевых аберраций -астигматизма, комы, кривизны поля; при разработке светосильных узкопольных ОС - сферической аберрации и выполнение условия синусов.

Таким образом, развитие теории синтеза ОС с применением композиционных требует изучения параксиальных и аберрационных характеристик, а также коррекционных возможностей базовых оптических элементов различных типов и их комбинаций, в том числе созданных на основе

ГОС с осевым РПП. Поэтому исследование свойств базовых ГОЭ с осевым РПП с целью их эффективного применения при разработке современных ОС является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является исследование свойств сферических линз с осевым распределением показателя преломления, результаты которого обеспечат модернизацию композиционных методов синтеза оптических систем за счет расширения номенклатуры базовых элементов.

Объектом исследования в диссертационной работе являются градиентные оптические элементы с осевым распределением показателя преломления.

Предмет исследования - параксиальные и аберрационные свойства базовых элементов объективов различных структурных схем, представляющих собой одиночные сферические линзы с осевым линейным распределением показателя преломления (ОJIPI Ш).

Для достижения цели диссертационной работы сформулированы и решены следующие задачи:

1. Проведен анализ предельных значений габаритных и оптических параметров ГОЭ с осевым РПП, которые могут быть обеспечены при современном уровне развития технологии изготовления, и исследованы различные типы ОС, содержащие такие ГОЭ.

2. Проведен анализ известных методов расчета хода лучей в ГОС и определения аберраций в ОС с ГОЭ, по результатам которого разработаны математическая модель базового ГОЭ с ОЛРПП и алгоритм синтеза такого элемента с требуемыми аберрационными свойствами.

3. Проведен сравнительный анализ дисперсионных характеристик ГОС с

осевым РПП, изготовленных с помощью технологий ионного обмена и многокомпонентной диффузии.

4. Рассмотрены способы аппроксимации закона РПП в широкой области спектра, основанные на применении дисперсионной формулы Зельмейера и интерполяционного многочлена Лагранжа.

5. Разработана динамическая библиотека для программы гешах, позволяющая использовать интерполяционный многочлен Лагранжа для моделирования дисперсионных характеристик ГОС с осевым РПП при анализе и синтезе ОС.

Методы исследования

При решении поставленных задач использовались методы математического и компьютерного моделирования, численные методы интерполяции функций, методы геометрической оптики и аберрационного анализа, методы структурного и параметрического синтеза оптических систем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые обоснована целесообразность использования ГОЭ с осевым РПП в качестве базовых элементов объективов различного назначения.

2. Разработана математическая модель базовой линзы с ОЛРГ1П и алгоритм синтеза трех типов таких линз с заданными аберрационными свойствами:

- с исправленной сферической аберрацией,

- с исправленными сферической аберрацией и астигматизмом,

- с исправленными комой и астигматизмом (изопланатические).

3. Впервые для трех типов градиентных базовых линз с ОЛРПП выполнены анализ и систематизация конструктивных параметров, параксиальных характеристик и аберрационных свойств в актуальной области значений коэффициентов закона РПП и отношений осевой толщины линз к их фокусным расстояниям.

4. Выработан критерий, определяющий границы применимости теории

аберраций третьего порядка при синтезе градиентных базовых линз из материала с осевым РПП. 5. Исследована сравнительная эффективность введения градиента показателя преломления либо в пределах стрелки прогиба первой поверхности, либо всей осевой толщины линзы с исправленной сферической аберрацией.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложенный алгоритм синтеза градиентных линз с ОЛРПП с заданными аберрационными свойствами позволяет синтезировать базовые элементы, необходимые для разработки объективов с различными структурными схемами.

2. Показано, что базовые линзы с ОЛРПП дополняют известный набор базовых элементов, так как их применение позволяет разрабатывать ОС с лучшими аберрационными свойствами в сравнении с аналогами из однородных материалов.

3. Разработанная динамическая библиотека для программы 2ешах, представляющая инструмент для моделирования дисперсионных свойств ГОЭ с осевым РПП при помощи интерполяционного многочлена Лагранжа, упрощает решение задач анализа и синтеза ОС, содержащих такие ГОЭ.

4. Разработаны ОС телеобъектива и объектива видеоэндоскопа, содержащие ГОЭ с осевым РПП, которые обеспечивают более высокое качество изображения, чем имеющиеся аналоги на основе однородных оптических элементов.

Внедрение результатов диссертационной работы

Результаты работы использованы в учебном процессе кафедры «Оптико-электронные приборы научных исследований» МГТУ им. Н.Э. Баумана в курсе лекций «Проектирование оптических систем с градиентными оптическими

элементами» и внедрены на ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева» в процесс разработки объективов для оптико-электронных изделий, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты исследования конструктивных параметров, параксиальных характеристик и аберрационных свойств линз с ОJIPI 111 доказывают целесообразность применения ГОЭ с ОЛРПП в качестве базовых элементов объективов различного назначения.

2. Сформулированный критерий применимости теории аберраций третьего порядка позволяет при синтезе градиентной базовой линзы с ОЛРПП в области аберраций третьего порядка оценивать уровень ее реальных аберраций.

3. Использование в ОС базовых линз с осевым РПП обеспечивает более высокое качество изображения в сравнении с аналогичными ОС на основе однородных оптических элементов, что подтверждено результатами математического моделирования телеобъектива и объектива видеоэндоскопа.

Апробация результатов и публикации

Полученные в диссертационной работе научные результаты обсуждались на заседании и научных семинарах кафедры «Оптико-электронные приборы научных исследований» МГТУ им. Н.Э. Баумана, были доложены на международных конференциях: «0птика-2005» (г. Санкт-Петербург, 2005), «Прикладная оптика - 2006» (г. Санкт Петербург, 2006), «Прикладная оптика - 2008» (г. Санкт Петербург, 2008). Основные результаты диссертации изложены в 15 научных работах, две из которых опубликованы в журнале «Прикладная физика», входящем в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит список библиографических описаний цитируемых источников из 126 наименований. Работа изложена на 265 страницах машинописного текста и содержит 87 рисунков и 88 таблиц.

1. Анализ параметров современных градиентных оптических материалов и эффективности их применения в изображающих оптических системах

1.1. Общие сведения о градиентных оптических элементах

Градиентная оптическая среда - среда, прозрачная для оптического излучения и обладающая в общем случае трехмерным распределением показателя преломления.

Показатель преломления n{x,y,z) изотропной градиентной среды является функцией координат точки среды и не зависит от направления

распространения излучения. В общем виде он может быть записан как [27]:

м

п{х,У^) = ^Пт(2)г,т, (1.1)

7Я=0

где ?] = х + у ; х, у, z - координаты точки в местной прямоугольной системе координат с центром в вершине поверхности, ограничивающей градиентную среду; пт - степенные многочлены:

L

njz) = ^nmlz!, (1.2)

i

где пт1 - коэффициенты.

При расчете оптических систем наиболее часто используют градиентные среды с показателем преломления вида:

- осевое РПП

L

иО) = 2>о/*7; (1.3)

1=0

- радиальное РПП

м

n(v) = ^nm0rjm; (1.4)

т-0

сферическое РПП

к _ k

n(x,y,z) = Yjnkixl +У2 +(z~z)2) , (1-5)

4=0

где z - положение центра сферического РПП, nk - коэффициенты.

Градиентный оптический элемент - оптический элемент, созданный на базе градиентной среды, ограниченный двумя преломляющими поверхностями.

В настоящее время на практике в изображающих центрированных осесимметричных системах используются в основном элементы с осевым и радиальным РПП, так как технология их изготовления наиболее отработана [88, 89].

Градиентная линза с осевым РПП, ограниченная плоскими поверхностями, не имеет оптической силы и может использоваться лишь как коррекционный элемент, функционально аналогичный пластинке Шмидта или дифракционной асферике [2]. В работе [5] показано, что линза с осевым РПП в приповерхностных областях, ограниченная сферическими поверхностями, имеет коррекционные возможности, подобные асферической линзе. Это выражается, например, в возможности исправления сферической аберрации в «тонкой» сферической линзе из материала с осевым РПП.

Градиентная линза с радиальным РПП и плоскими поверхностями в общем случае позволяет устранить одну любую монохроматическую аберрацию третьего порядка, за исключением кривизны Петцваля, а попарно можно скомпенсировать все из устранимых аберраций, за исключением пары сферическая аберрация - кома [2]. Коррекционные возможности линзы с радиальным РПП значительно расширяются, если ее ограничить сферическими поверхностями.

1.2. Технологические параметры градиентных оптических элементов

Современные технологии обеспечивают получение ГОЭ как на основе оптического стекла, так и на основе оптических пластмасс [2], основными

параметрами которых являются перепад показателя преломления (Ап) и глубина градиентного слоя (¿тах, гтах):

- Ли характеризует величину изменения ГШ в пределах ГОЭ;

- ¡тш (¿тах) определяет предельно достижимые световой диаметр ГОЭ из материала с радиальным Р1111 или осевую толщину ГОЭ из материала с осевым РПП.

Полимеры в видимом спектральном диапазоне имеют значения 1111 от 1,4 до 1,76, что теоретически может обеспечить большой перепад показателя преломления. При промышленном производстве (табл. 1) типовым значением перепада ПП является величина (0,05-0,07) при диаметре линзы порядка 16 мм [18, 19]. С помощью этих методов можно создавать ГОЭ с радиальным и осевым РПП. Такие элементы в настоящее время широко применяются в офтальмологических линзах.

Таблица 1.

Предельные значения параметров ГОЭ на основе пластмасс в зависимости от технологии их изготовления

Название метода Предельная глубина градиентного слоя, мм Предельный перепад показателя преломления

Фотосополимеризация 3 0,05

Межфазная гель-полимеризация 10 0,02

Полимеризационный метод 5 0,03

Давление неплоской пресс-формой 35 0,02

Иммерсия 45 од

Основными методами, использующими данную категорию материалов в качестве исходной базы для ГОЭ, являются:

1. Фотосополимеризация - полимеризация, активируемая ультрафиолетовым светом; обычно применяется для двух мономеров, смешиваемых в различных пропорциях стеклянной тубе.

2. Межфазная гелиевая сополимеризация - полимеризация, под действием высокой температуры; использует полую трубку, сделанную из одного из полимеров, участвующих в создании ГОЭ, наполненную смесью мономеров (обычно двух).

3. Полимеризационный метод - метод диффузного обмена молекул с разной молекулярной рефракцией в системе форполимер - мономер с последующим закреплением образующегося пространственного распределения концентраций обменивающихся мономеров.

4. Давление неплоской пресс-формой - частично полимеризованный гель прессуется неплоской формой, затем добавляется второй мономер в жидком состоянии и покрывает гель, приводя к процессу диффузии.

5. Иммерсионный метод - частный случай предыдущего метода, при котором первый мономер частично полимеризуют и гель иммерсируется во второй жидкий мономер; после диффузии или во время нее первый мономер полностью полимеризуется.

Основные технологии производства ГОЭ на основе оптических стекол представлены в табл. 2 [36].

Метод ионного обмена является наиболее отработанным и распространенным методом, обеспечивающим массовое производство ГОЭ с воспроизводимым профилем показателя преломления. Этот метод основан на взаимной диффузии катионов из стекла, находящегося при определенной

О 1 Л

температуре, соответствующей вязкости и давлении 10-10 Па, а также катионов из расплава соответствующей соли. Мировыми лидерами в производстве ГОС на основе технологии ионного обмена являются фирмы NSG America, GLC (Gradient Lens Corporation), выпускающие ГОЭ под марками SELFOC и EndoGRINS соответственно.

Таблица 2.

Предельные значения параметров ГОЭ на основе стекол в зависимости от технологии их изготовления

Предельные параметры Метод изготовления

объемная диффузия стекла (многокомпонентная диффузия) ионный обмен химическое послойное осаждение облучение неоднородными лазерными импульсами в нелинейной среде

Коммерческое производство да да да нет

РПП осевое радиальное/ осевое радиальное радиальное

Максимальный перепад ГШ 0,31 (1,52-1,83) 0,12 (1,53-1,75) нет данных 0,05

Максимальный перепад числа Аббе 24-59 нет данных нет данных нет данных

Максимальная толщина ГОЭ, мм неограниченна 6 1,5 5

Максимальный диаметр ГОЭ, мм неограничен 12 3 10

Средняя цена низкая средняя средняя высокая

Среди отечественных производителей необходимо выделить фирму Гринекс (Россия, г. Санкт-Петербург), которая специализируется на производстве ГОЭ с радиальным РПП на основе стекла. Также в данной фирме разработаны две экспериментальные марки градиентного стекла с осевым РПП [56].

В ГОИ им. С.И.Вавилова (Россия, г.Санкт-Петербург) выполнены исследования в области получения ГОС методом ионного обмена [61, 62, 63], на основании которых отработаны промышленные технологии производства градиентных оптических стекол с радиальным и осевым РПП. Как приоритетные определены исследования в области создания исходных стекол для формирования пространственного РПП с симметризацией профилей осевого РПП [21,22].

Градиентное стекло с ОЛРПП для положительной линзы бинокулярного объектива бинокля М-19 было изготовлено Bausch&Lomb. На основе алюминиево-силикатного экспериментального стекла {п - 1,5011; v = 58) путем обмена Ag+ на Na+ при теоретическом перепаде показателя преломления Аи=0,15 с учетом требований к линеаризации функции осевого РПП были использованы образцы с Аи=0,035, zmwc=l,95 мм и An/zmax=0,02 мм"1 [23].

Безусловным лидером, развивающим метод объемной диффузии стекла (много компонентной диффузии) [36], является фирма LightPath Technologies, занимающаяся производством градиентных стекол с осевым РПП под маркой GRADIUM® для использования в высокоразрешающих оптических системах видимого и ближнего ИК диапазонов, которые могут корригировать такие аберрации, как сферическая, сферохроматизм и астигматизм. Это позволило конструировать синглеты - аналоги склеенных дублетов, а в склейке с однородными кроновыми линзами обеспечило выпуск линейки светосильных объективов (до D/f=1:2) с исправленной сферической и сферохроматической аберрацией [20].

Схема технологического процесса получения градиентных стекол методом объемной диффузии показана на рис. 1.1. Из стекол различных марок собираются блоки заготовок, где стекло с большим показателем преломления находится снизу. От вершины до нижней поверхности блока показатель преломления изменяется ступенчато в соответствии с желаемой зависимостью показателя преломления от толщины (рис. 1.1).

Профили показателя преломления GRADIUM® получаются в процессе контролируемой диффузии. Соответствующий подбор времени и температуры в процессе диффузии приводит к получению гладкого и непрерывного градиента показателя преломления без следов раздела начальных слоев. Далее цилиндрическая заготовка распиливается на отдельные части, из которых потом традиционными методами изготавливаются линзы. Компанией Lightpath налажено промышленное производство стекол семейства GRADIUM® с поперечными размерами до 62 мм. [20].

Блок пластин из однородного стекла различных марок

Толщина (г)

А*»

Ьъ.

Стекло 6Е*А01им с непрерывным изменением показателя преломления вдоль оптической оси

Процесс контролируемой объемной диффузии

А"

Перед диффузией

После диффузии

Рис. 1.1. Схема технологического процесса изготовления стекла марки СКАШиМ®

В нашей стране также проводились успешные работы по созданию ГОЭ методом объемной диффузии, однако промышленное производство создано не было [64, 65, 66]. В частности, получены стекла с осевым РПП между промышленными марками оптического стекла (ТК23-ТФ1; К8-БФ26) и на основе теллуритных стекол; достигнут Ди порядка (0,15-0,20) при глубине градиентной зоны до 20 мм [65].

Другим перспективным направлением изготовления ГОЭ является метод напыления в вакууме на заготовку слоев с различными показателями преломления. Данные работы проводятся на ФНПЦ ОАО «Красногорский завод имени С.А.Зверева» (Россия, г. Красногорск) [24, 25]. В [26] отмечаются свойства вакуумных методов получения неоднородных оптических слоев: высокая точность, воспроизводимость профиля РПП, требуемые геометрические размеры и градиент показателя преломления >0,1.

1.3. Анализ эффективности применения сферических линз с осевым распределением показателя преломления в изображающих оптических системах

Одновременно с развитием технологии производства ГОЭ и разработкой математического аппарата для моделирования РПП градиентных сред, методов расчета хода лучей, теории аберраций, началась активная разработка оптических систем, содержащих такие элементы. Использование ГОС в практике проектирования ОС преследовало решение двух основных задач:

1) улучшение качества изображения и (или) повышение значений оптических характеристик без дополнительного усложнения системы в отношении количества компонентов;

2) уменьшение габаритов и массы за счет уменьшения количества компонентов без потери качества изображения.

Можно выделить следующие основные направления применения ОС с ГОЭ:

1) изображающие оптические системы [2,4, 23, 27-35, 38-46, 68, 69, 82, 83]:

- объективы телевизионных камер,

- объективы для бинокулярных приборов,

- объективы для микроскопов,

- окуляры,

- объективы эндоскопов,

- объективы приборов ночного видения,

- фотографические объективы с постоянным и переменным фокусным расстоянием;

2) ОС для формирования излучения лазера (концентрации, уменьшения расходимости) [67, 70-72];

3) волоконно-оптические соединители [92,93];

4) коррекционные пластины в телескопе Шмидта и аксиконы [74-76];

5) офтальмологические и контактные линзы [68, 77-80].

Практические приложения для систем с ГОЭ можно условно разделить на две категории: «микро-оптика» и «макро-оптика». Это разделение подразумевает под собой исключительно габаритные характеристики элемента.

Расчету оптических систем с радиальным РПП посвящено множество работ, среди которых можно выделить [2, 4, 27, 35, 38-44]. Однако на данный момент из-за жестких технологических ограничений на поперечные размеры реальное применение радиальных ГОЭ возможно только в миниатюрных ОС.

ГОЭ элементы с осевым РПП, созданные при помощи технологии многокомпонентной диффузии, в меньшей степени подвержены габаритным ограничениям, поэтому область их применения в ОС различного назначения потенциально значительно шире. В то же время число публикаций, посвященных методам расчета и свойствам ОС, содержащих ГОЭ с осевым РПП, существенно уступает количеству работ, тематика которых связана с различными аспектами проектирования ОС с ГОЭ из материалов с радиальными РПП. Наибольшие перспективы, с точки зрения использования дополнительных коррекционных возможностей предоставляемых градиентными линзами, связаны с классом изображающих оптических систем (фотографические объективы, объективы приборов ночного видения, окуляры, объективы для цифровой техники). Примеры успешного применения ГОЭ с осевым РПП в таких ОС представлены в работах [23, 28-34, 45, 46, 68, 69, 82, 83], наиболее интересные рассмотрены ниже.

В работе [28] автор решал задачи улучшения качества изображения фотографического объектива симметричного типа для 35-мм фотокамер, а также уменьшения количества оптических элементов в схеме за счет включения в схему ГОЭ с осевым РПП.

В качестве прототипа автором был выбран, построенный на основе традиционной оптической элементной базы, шеетилинзовый объектив типа «Планар» («Гелиос») (рис. 1.2) с характеристиками: 1) фокусное расстояние объектива (/') - 50 мм,

2) относительное отверстие объектива -1:2,

3) угловое поле в пространстве предметов (2со)- 43,6°,

4) масса - 47,3 г,

5) длина - 69,7 мм.

Данный объектив характеризуется исправленным астигматизмом вблизи края поля, отрицательной кривизной Петцваля порядка -0,1 мм, отрицательной дисторсией -2,84%. Значения ПФПМ для точки на оси О0), для зоны поля (0,7а?кр) и края поля (сокр) на пространственной частоте 50 л/мм представлены в

табл. 3. В объективе наблюдается симметричное виньетирование для края изображения порядка 0,25. Следствием этого является падение освещенности на краю поля до 53,9% относительно центра.

На основе прототипа был рассчитан объектив с теми же основными оптическими характеристиками, в котором удалось уменьшить количество оптических элементов с 6 до 4, что обеспечило уменьшение длины объектива на 8,9 мм и веса на 12,2 г (рис. 1.3).

Для этого схема объектива была преобразована: первая и последняя линзы заменены градиентными элементами с осевым РПП. Оба ГОЭ имеют линейный закон РПП:

1) линза №1 - па (г) = 1,877091- 0,022690г,

2) линза №4 - па (г) = 1,712655 + 0,031224*.

Рис. 1.3. Схема объектив «Планар» с ГОЭ

Перепады показателей преломления составляют 0,147 и 0,187 соответственно; световые диаметры равны 26 мм, а толщины по оси 6 мм.

Аберрационная коррекция объектива претерпела изменения: астигматизм не исправлен; кривизна поверхности изображения близка к нулю вплоть до величины поля равной 0,8 сокр, на краю же поля наблюдается отрицательная

кривизна величиной -0,08 мм; дисторсия изменила знак и равна 1,64%. ПФПМ объектива представлена в табл. 3.

Виньетирование в рассматриваемом объективе отсутствует. Вследствие этого на краю поля получено более высокое значение относительной освещенности (68,7%), что на 14,8% больше, чем в объективе прототипе.

Таблица 3.

ПФПМ прототипа объектива с осевым ГОЭ на частоте 50 л/мм для спектрального диапазона (0,486-0,656) мкм

Объектив Составляющие ПФПМ а>0 0,7 ®кр

Прототип меридиональная 0,40 0,06 0,18

сагиттальная 0,40 0,42 0,11

С ГОЭ меридиональная 0,40 0,17 0,20

сагиттальная 0,40 0,30 0,28

Таким образом, за счет использования двух сферических линз из материалов с ОЛРПП, был получен объектив, который при меньших массе, количестве оптических элементов и продольных габаритах обеспечивает более качественное изображение в отношении ГПФПМ и распределения освещенности, чем объектив - прототип, выполненный на основе традиционной оптической элементной базы.

В работе [46] исследовалась возможность улучшения качества изображения фотографического объектива несимметричного типа для 35-мм фотокамер, а также уменьшения количества оптических элементов путем включения в его схему осевых ГОЭ. В качестве прототипа был выбран объектив, принципиальная схема которого представлена на рис. 1.4.

Объектив имеет характеристики: /' = 28 мм, 1:2.8, 2&— 74°.

На основе данного объектива были рассчитаны системы с ГОЭ с ОЛРПП, состоящие из двух и трех линз с введением градиента в приповерхностные области линз. Двухлинзовая система (рис. 1.5а) была исправлена в отношении всех монохроматических аберраций третьего порядка. ГОЭ вводились с целью влияния на астигматизм и дисторсию. Однако величина реальной дисторсии не удовлетворила требованиям к качеству изображения, что потребовало перехода к трехлинзовым схемам. В окончательном варианте схемы, состоящей из трех

Г

1-1

П Кг ГзГ4

Рис. 1.4. Схема широкоугольного объектива (прототип)

линз (рис. 1.56), две из которых градиентные, удалось добиться такого же

качества изображения, как и в исходном шестилинзовом объективе.

гоэ. ГОЭ

А

х

а) б)

Рис. 1.5. Схемы двух и трех линзовых объективов с ГОЭ

В работе [29] исследованы коррекционные возможности ГОЭ с различными РПП в схеме фотографического объектива типа триплет Кука (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схема триплета Кука

Объектив имеет следующие характеристики: /'=50 мм, —=1:4,

2й?=42,0°, дисторсия не более 2%, задний фокальный отрезок не менее 35 мм.

В объективах, рассчитанных на основе традиционной оптической элементной базы поочередно одна из линз заменялась на ГОЭ с ОЛРПП и рассматривалось влияние такой замены на аберрации ОС. При этом градиент вводился в пределах стрелки поверхности линзы.

Введение ГОЭ с ОЛРПП с щ<0 на первую поверхность первой линзы объектива позволило одновременно минимизировать сферическую аберрацию и кому при условии, что исходный объектив характеризовался неиспраленной сферической аберрацией третьего порядка и переисправленной комой третьего порядка. Для коррекции астигматизма необходимо, как и в случае неисправленной сферической аберрации, использовать РПП с щ<0. При этом в большинстве подобных систем приемлемая величина кривизны Петцваля достигается балансировкой остаточной величины астигматизма. Также для коррекции астигматизма необходимо, чтобы перепад показателя преломления был как можно меньше, а это в свою очередь снижает эффективность его влияния на сферическую аберрацию.

Введение ГОЭ с осевым РПП на первую поверхность второй линзы объектива показало существенно меньшую эффективность исправления аберраций, чем в предыдущем варианте. Такое расположение ГОЭ оказывает минимальное влияние на аберрации третьего порядка: кому, астигматизм и дисторсию.

Введение двух ГОЭ (на первую поверхность первой линзу и на вторую поверхность последней линзы) с целью влияния на астигматизм и сферическую аберрацию оказалось наиболее эффективным. При этом для первого ГОЭ выполнялось условие щ < 0, а для второго щ > 0.

Показано, что ГОЭ позволяют повысить качество изображения ОС. Однако необходимо подчеркнуть, что авторы работы [29] в своих исследованиях использовали градиентные материалы со свободно изменяемыми параметрами РПП, которые не имеют аналогов среди выпускаемых ГОС.

Проблематике разработки объективов для ПНВ посвящен ряд работ [30, 31, 32], оптические характеристики которых соответствовали требованиям, принятым в армии США («Lens Assembly, Objective for Aviator's Night Vision Imaging System (ANVIS)», Military Specification MIL-L-49426(CR) (USA

Communications-Electronics Command, Fort Monmouth, N.J., 1989)): /' = 27±0,5

мм, ~ - не менее 1:1,23, 2&- 40°, масса не более 38 г, длина - 69,7 мм.

Значения ПФПМ объектива должны быть не ниже, чем представленные на рис. 1.7.

FIELD(0=) _________J o.?Firaj>(H";i J l.C FIELD (20П

10

0.9 -

0.8 -

0.7 - -N

.s 0.6 - ч ^.

0.5 - 4

1 0,4 -

0.3 - -.„_•••__

0,2 - "" —~ '^i:

Заключение диссертации по теме «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы», Алимов, Андрей Евгеньевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обоснована целесообразность использования ГОЭ с ОЛРПП в качестве базовых элементов объективов различного назначения.

2. Разработаны математическая модель базовой линзы с ОЛРПП и алгоритм синтеза трех типов таких линз с заданными аберрационными свойствами в области аберраций третьего порядка:

- с исправленной сферической аберрацией,

- с исправленными сферической аберрацией и астигматизмом,

- с исправленными комой и астигматизмом (изопланатические).

3. Для заявленных типов градиентных базовых линз с ОЛРПП выполнены расчет, анализ и систематизация их конструктивных параметров, параксиальных характеристик и аберрационных свойств (в области реальных аберраций и аберраций третьего порядка) в широком диапазоне значений коэффициентов закона РПП и отношений осевых толщин линз к их фокусным расстояниям.

4. Выявлены области значений конструктивных параметров, в пределах которых базовые линзы с ОЛРПП обладают лучшими аберрационными свойствами, чем их аналоги из однородных материалов.

5. Выработан критерий применимости теории аберраций третьего порядка, который позволяет на этапе синтеза градиентных базовых линз из материала с осевым ОЛРПП в области аберраций третьего порядка оценивать уровень их реальных аберраций.

6. В результате исследования свойств линз с исправленной сферической аберрацией определены преимущества применения ГОС с ОЛРПП либо в пределах стрелки прогиба первой поверхности, либо всей осевой толщины.

7. Сравнительный анализ дисперсионных характеристик ГОС с осевым РПП, изготовленных с помощью технологий ионного обмена и многокомпонентной диффузии, показал, что данные материалы способны обеспечить эффективную коррекцию хроматических аберраций.

8. Анализ проблемы аппроксимации закона РПП ГОЭ с осевым РПП в широкой области спектра по известным функциям показателя преломления на дискретных длинах волн показал, что применение интерполяционного многочлена Лагранжа имеет решающее преимущество перед способом, использующим формулу Зельмейера, которое заключается в том, что искомая аппроксимирующая функция всегда непрерывна во всей области определения. Разработана динамическая библиотека для программы Хетах, позволяющая использовать интерполяционный многочлен Лагранжа для моделирования дисперсионных характеристик ГОС с осевым РПП при анализе и синтезе ОС.

9. Математическое моделирование 4-х вариантов телеобъектива (/'=40 мм, Э//=1:3, 2а>=11,4°, Г=0,8) и двухкомпонентного сверхширокоугольного объектива (У=2,73 мм, £>//=1:3,8, 2а>=114,4°) для видеоэндоскопа, содержащих базовые линзы с осевым РПП, показало, что они характеризуются лучшим качеством изображения по сравнению с аналогами из однородных материалов.

215

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Алимов, Андрей Евгеньевич, 2011 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ильинский Р.Е. Синтез и анализ оптических систем с асферическими поверхностями градиентными средами: дис. ...канд. техн. наук. Москва. 1999. 267 с.

2. Грейсух Г.И., Ефименко И.М., Степанов С.А. Оптика градиентных и дифракционных элементов. М.: Радио и связь, 1990. 136 с.

3. Guilin S., Xiaoxing Z. Paraxial imaging analysis of GRIN lenses by matrices // Proc. SPIE. 1996. Vol. 2943. P. 18-23.

4. Верхотуров О.П. Синтез оптических систем, содержащих сферические, асферические поверхности и градиентные среды, численными методами: дис. ...докт. техн. наук. Новосибирск. 2001. 340 с.

5. Sands P.J. Third order aberrations of inhomogeneous lenses // J. Opt. Soc. Am. 1970. Vol. 60, № 11. P. 1436-1443.

6. Marchand E. W. Gradient Index Optics. N.Y.: Academic Press Inc., U.S, 1979. 176 p.

7. Streifer W., Paxton K.B. Analytic solution of ray equations in cylindrically inhomogeneous guiding media. 1: Meridional rays // Appl. Opt. 1971. Vol. 10, № 4. P. 769-775.

8. Buchdahl H.A. Rays in gradient-index media: separable systems // J. Opt. Soc. Am. 1973. Vol. 63, № 1. P. 46-49.

9. Montagnino L. Ray tracing in inhomogeneous media // J. Opt. Soc. Am. 1968. Vol. 58, №11. P. 1667-1669.

10. Sharma A., Vizia Kumar D., Ghatak A.K. Tracing rays through graded-index media: a new method // Appl. Opt. 1982. Vol. 21, № 6. P. 984-987.

11. Richerzhagen B. Finite element ray tracing: a new method for ray tracing in gradient-index media // Appl. Opt. 1996. Vol. 35, № 31. P. 6186-6189.

12. Moore D.T. Ray tracing in gradient-index media // J. Opt. Soc. Am. 1975. Vol. 65, №4. P. 451-455.

13. Bociort F. Primary aberration coefficients for axial gradient-index lenses // Proc. SPIE. 1999. Vol. 3737. P. 20-31.

14. Bociort F. Chromatic aberration coefficients for radial gradient-index lenses // J. Opt. Soc. Am. A. 1996. Vol. 13, № 6. P. 1277-1284.

15. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1992. 448 с.

16. Diaz J.A., Pizarro С., Arasa J. Third-order aberrations of an AGRIN thin lens as a function of the shape and conjugate variables // Proc. SPIE. 2006. Vol. 6342. P. 63420A-1-63420A-10.

17. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Изд. 2-е, доп. и перераб. JL: Машиностроение, 1969. 670 с.

18. Koike Y., Hidaka Н., Ohtsuka Y. Plastik axial gradient-index lens // Appl. Opt. 1985. Vol. 24, №24. P. 4321-4325.

19. Фадеев E.A., Косяков В.И., Тухватулин А.Ш. Математическое моделирование технологии и свойств градиентных сферических линз // Журнал технической физики. 1998. Т. 68, № 10. С. 70-73.

20.GRADIUM® Glass Data Book and Materials Safety Data Sheet // www.lightpath.com. URL: http://www.lightpath.com/v2/wp-content /themes/amplify_1.5/pdfs/GRADIUM%20GSF%20Data%20Book.pdf (дата обращения: 18.06.2011).

21. Яхкинд A.K. Оптические градиентные элементы из стекол // Оптический журнал. 2003. Т. 70, № 12. С. 54-60.

22. Яхкинд А.К., Полянский М.Н. Развитие методов физико-химического анализа и их применение к градиентным средам и расчету оптических постоянных стекол // Оптический журнал. 2000. Т. 67, № 6. С. 3-14.

23. Kinderland D.S., Moore D.T. Design, fabrication, and testing of a gradientindex binocular objective // Appl. Opt. 1988. Vol. 27, № 3. P. 492.

24. Сеник Б.Н. Технологические процессы изготовления точных градиентных и асферическихе элементов: дис. ...канд. техн. наук. Москва. 2002. 170 с.

25. Потелов В.В., Сеник Б.Н. Асферизация высокоточных оптических элементов методом вакуумного напыления // Оптический журнал. 2004. Т. 71, №12. С. 14-19.

26. Сеник Б.Н. Асферические и градиентные элементы для оптического и оптико-электронного приборостроения: дис. ...докт. техн. наук. Москва. 2007. 242 с.

27. Ровенская Т.С. Методы проектирования оптических систем с градиентными элементами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. 39 с.

28. Pfisterer R.N. Design of a 35-mm photographic objective using axial GRIN materials // Proc. SPIE. 1993. Vol. 2000, № 253. P. 359-368.

29. Blough C.G., Bowen J.P., Haun N. Effects of axial and radial gradients on Cooke triplets // Appl. Opt. 1990. Vol. 29, № 28. P. 4008-4015.

30. Pfisterer R.N. Design of an objective for night vision applications using axial GRIN materials // Proc. SPIE. 1995. Vol. 2537, № 270. P. 270-278.

31. Siva Rama Krishna K., Pande R.C. Gradient index optics for image intensifier night vision systems // Proc. SPIE. 1999. Vol. 3729. P. 495-500.

32.Pande R.C., Siva Rama Krishna K. Gradium for image intensifier night vision systems for long-range target recognition // Proc. SPIE. 2000. Vol. 4093. P. 245-251.

33.Исследование и разработка методов анализа и синтеза оптических систем с асферическими и градиентными элементами: Отчет по теме «Г74Т» / МГТУ им. Н.Э. Баумана. Руководитель темы В.И. Пустовойт. Исполнители Алимов А.Е., Иконина А.В., Косых К.А. и др. ГР № 01200802870, Инв. № 02200801894. М., 2007. 122 с.

34. Разработка методов проектирования оптических схем современных широкоугольных объективов с асферическими и градиентными линзами: Отчет по теме «Г4Т» / МГТУ им. Н.Э. Баумана. Руководитель темы Т.С. Ровенская. Исполнители Алимов А.Е., Крюков

А.В., Кузичев В.И. и др. ГР № 01200602870, Инв. № 02200601598. М., 2005. 130 с.

35. Степанов С.А. Расчет и анализ оптических систем, включающих дифракционные и градиентные элементы: дис. ... докт. физ.-мат. наук. Самара. 1998. 268 с.

36. Properties, specifications, and tolerances of GRADIUM® glasses / Wade R.K. [et al.] // Proc. SPIE. 1997. Vol. 3130, № 63. P. 63-74.

37. Sands P.J. Inhomogeneous lenses, III. Paraxial optics // J. Opt. Soc. Am. 1971. Vol. 61, №7. P. 879-885.

38. Хахалин А.А. Разработка алгоритмов оптимизации оптических систем с градиентными средами на основе анализа их компенсационных свойств: дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск. 2003. 156 с.

39. Ежов Е.Г. Расчет и моделирование высокоразрешающих градиентных и дифракционно-градиентных объективов: дис. ...канд. физ.-мат. наук. Самара. 2001. 126 с.

40. Moore D.T., Salvage R.T. Radial gradient-index lenses with zero Petzval aberration // Appl. Opt. 1980. Vol. 19, № 7. P. 1081-1086.

41. Greisukh G.I., Stepanov S.A. Design of a cemented, radial gradient-index triplet // Appl. Opt. 1998. Vol. 37, № и. P. 2687-2690.

42. Design of Three-Element Night-Vision Goggle Objectives / Rouke J.L. [et al.] //Appl. Opt. 1998. Vol. 37, №4. P.622-626.

43. Ezhov E.G., Greisukh G.I., Stepanov S.A. Reduction of the distortion of diffractive-gradient-index high-resolution objectives // Appl. Opt. 2005. Vol. 44, №4. P. 512-518.

44. Siva Rama Krishna K., Sharma A. Low-power gradient-index microscope objective: design // Appl. Opt. 1996. Vol. 35, № 28. P. 5636-5641.

45. Gradient-index eyepiece design / Forer J.D. [et al.] // Appl. Opt. 1983. Vol. 22, №3. P. 407-412.

46.Gradient-index wide-angle photographic objective design / Atkinson L.G. [et al.] // Appl. Opt. 1984. Vol. 23, № 11. P. 1735-1741.

47. Diaz J.A., Pizarro С., Arasa J. Third-order aberrations of an AGRIN thin lens as a function of the shape factor and conjugate variable // International Optical Design, Technical Digest. OSA. 2006. P. MC4.

48. Русинов M.M. Техническая оптика: Учеб. пособие для вузов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. 488 с.

49. Moore D.T. Design of singlets with continuously varying indices of refraction // J. Opt. Soc. Am. 1971. Vol. 61, № 7. P. 886-894.

50. Manhart P.K. Advantages of non linear axial gradients in optical design // Proc. SPIE. 1993. Vol. 2000. P. 379-388.

51. Волосов Д.С. Фотографическая оптика: Теория, основы проектирования, оптические характеристики. Учеб. пособие для киновузов. - 2-е изд. М.: Искусство, 1978. 543 с.

52. Яковлев А.Ф. Оптические приборы. Объективы. М.: Машиностроение, 1972. 112 с.

53. Лишневская Е.Б. Фотографические и проекционные объективы, разработанные в ГОИ. Альбом. Л: Изд-во ГОИ им. С. И. Вавилова, 1964. 447 с.

54. ZEMAX Optical Design Program. User's Guide. Version 10.0. Tucson (Arizona, USA): Focus Software, Incorporated, 2003. 478 p.

55. Hunter B.V., Moore K.E., Ruben P.L. Advantages of GRADIUM® GK Glasses for Polychromatic Design // Proc. SPIE. 1997. Vol. 3130. P. 41-52.

56. Гусев C.A., Ильин В.Г., Ремизов H.B. Измерение параметров показателя преломления в заготовках для аксиальных градиентных линз // Прикладная оптика - 2008: Сборник трудов МНТК. СПб, 2008. Т. 2. С. 267-271.

57. Hunter B.V., Palmer J.M. Dispersion of GRADIUM® Glasses from 350 to 2500 nm // Proc. SPIE. 1997. Vol. 3130, № 53. P. 53-62.

58. Buchdahl H.A. Optical Aberration Coefficients. N.Y.: Dover Publications, 1968. 424 p.

59.Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение, 1975.

640 с.

60. Objective Lens System Utilizing Axial Gradient Index (GRIN) Lens Elements: pat. 5621574 US / L.D. Foo, filed 29.03.1995; publ. 15.04.1997.

61. Яхкинд A.K., Могилева JI.M. Развитие теоретических представлений о ионном обмене при синтезе градиентных фокусирующих линз // Физика и химия стекла. 2005. Т. 31, № 5. С. 809-817.

62. Прокофьев А.Е. Градиентные оптические элементы с аксиальным распределением показателя преломления: дис. ...канд. техн. наук. Ленинград. 1990. 213 с.

63. Оптический элемент: патент 2064192 РФ / A.B. Поляков, М.Н. Полянский, А.К. Яхкинд заявл. 27.04.1992; опубл. 20.07.1996. Бюлл. № 17.

64. Ильин В.Г., Карапетян Г.О., Прокофьев А.Е. Измерение аксиального распределения показателя преломления в заготовках для элементов градиентной оптики // ОМП. 1989. № 5. С. 13-16.

65. Прокофьев А.Е. Формирование аксиального распределения показателя преломления методом многокомпонентной диффузии между расплавами стекол К8-БФ16 // Физика и химия стекла. 1990. Т. 16, № 5. С. 748-752.

66. Жабреев В.А., Пермякова Т.В., Шалавина И.М. Многокомпонентная диффузия в стеклах с точки зрения переключения и сопряжения потоков // Физика и химия стекла. 1990. Т. 22, № 1. С. 52-59.

67. Shealy D.L., Chao S. Design of GRIN laser beam shaping system // Proc. SPIE. 2004. Vol. 5525, № 138. P. 138-147.

68. Manhart P.K., Xu X. Recent progress in macro axial gradient index optics // Proc. SPIE. 1995. Vol. 2537, № 250. P. 250-260.

69.Gradient-index Binocular objective design / Caldwell J.B. [et al.] // Appl. Opt. 1986. Vol. 25, № 19. P. 3345-3350.

70. Goering R., Possner Т., Messerschmidt В. Gradient index microlenses for laser diode applications // Proc. SPIE. 1996. Vol. 2772. P. 256-262.

71. Kitano I., Ueno H., Toyama M. Gradient-index lens for low-loss coupling of a laser diode to single-mode fiber // Appl. Opt. 1986. Vol. 25, № 19. P. 3336-3339.

72. Stagaman M., Moore D.T. Laser diode to fiber coupling using anamorphic gradient-index lenses //Appl. Opt. 1984. Vol. 23, № 11. P. 1730-1734.

73 .Moore D.T. Catadioptric system with a gradient-index corrector plate // J. Opt. Soc. Am. 1977. Vol. 67, № 9. P. 1143-1146.

74. Fischer D.J., Harkrider C.J., Moore D.T. Design and manufacture of a gradient-index axicon // Appl. Opt. 2000. Vol. 39, № 16. P. 2687-2694.

75. Marchand E.W. Axicon gradient lenses // Appl. Opt. 1990. Vol. 29, № 28. P. 4001-4003.

76. Gonzales R.M., Linares J., Gomez-Reino C. Gradient-index axicon lenses: a quasi-geometrical study // Appl. Opt. 1994. Vol. 33, № 16. P. 3420-3426.

77. Ophthalmic lens having a changing refractive index: pat. 5148205 US / G.Guilino, H. Altheimer, H. Pfeiffer filed 22.01.1989; publ. 15.09.1992.

78. Gradient refractive index lens elements: pat. 5617252 US / P.K. Manhart, T.W. Stuhlinger, K.R. Castel filed 10.08.1995; publ. 1.04.1997.

79. Refractive index gradient lens: pat. 5861934 US / R.D. Blum, A. Gupta filed 06.03.1996; publ. 19.01.1999.

80. Koike Y., Asakawa A., Wu S.P. Gradient-index contact lens // Appl. Opt. 1995. Vol. 34, № 22. P. 4669-4673.

81. Русинов M.M. Композиция оптических систем. JI.: Машиностроение Ленингр. отд-ние, 1989. 382 с.

82.Compact zoom lens system with a high zooming ratio: pat. 4840467 US / K. Takado, T. Yamanashi filed 24.12.1987; publ. 20.06.1989.

83.Miller M.L., Manhart P.K. Variable focus slide projector lens using axial gradient element // Proc. SPIE. 1995. Vol. 2537. P. 261-269.

84.Cunhua Z., Zhouqin W., Zhaojun L. Geometric equivalent solutions of AGRIN surface to aspheric surface // Proc. SPIE. 2009. Vol. 7382. P. 73823A-1-73823A-6.

85. Cunhua Z., Xinhua H. Simplified transfer contributions for primary aberrations of AGRIN lens // Proc. SPIE. 2009. Vol. 7383. P. 73832T-1-73832T-6.

86.Theory of fifth-order aberration of graded-index media / Gupta A. [et al.] //J. Opt. Soc. Am. 1976. Vol. 66, № 12. P. 1320-1325.

87.Magiera L. Seventh-order aberrations of gradient-index media with axial symmetry // J. Opt. Soc. Am. A. 1995. Vol. 12, № 4. P. 794-800.

88.Вуд P. Физическая оптика: Пер. с англ. / Под ред. Д.С. Рождественского. JI.-M.: ОНТИ, 1936. 895 с.

89.Архипова JI.H., Карапетян Г.О., Таганцев Д.К. Проблемы градиентной оптики //Изв. вузов. Приборостроение. 1996. № 5-6. С. 31—61.

90. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 720 с.

91. Микаэлян A.JI. Оптические методы в информатике: Запись, обработка и передача информации. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит, 1990. 232 с.

92. Gilsdorf R.W., Palais J.C. Single-mode fiber coupling efficiency with graded-index rod lenses // Appl. Opt. 1994. Vol. 33, № 16. P. 3440-3445.

93. Yuan S., Riza N.A. General formula for coupling-loss characterization of single-mode fiber collimators by use of gradient-index rod lenses // Appl. Opt. 1999. Vol. 38, № 15. P. 3214-3222.

94. Objective lens system for endoscopes: pat. 6134056 US / S. Nakamuka filed 01.02.2000; publ. 01.02.2000.

95.Поспехов В.Г., Ровенская T.C., Сушков A.JI. Параксиальные характеристики цилиндрических граданов // Изв. вузов. Приборостроение. 1988. № 12. С. 57-69.

96.Поспехов В.Г., Ровенская Т.С., Сушков A.JI. Свойства граданов в области аберраций третьего порядка // Изв. вузов. Приборостроение. 1989. № 1. С. 63-69.

97. Сушков A.JI. Монохроматические аберрации граданов как базовых элементов жестких эндоскопов: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 44 с.

98,Objective lens system for endoscopes: pat. 5296971 US / M. Takao filed 03.03.1992; publ. 03.03.1992.

99. Wide angle lens system: pat. 6870692 US / T. Hirofumi filed 10.02.2003; publ. 10.02.2003.

100. Objective lens and endoscope using it: pat. 2004-337346 JP / U. Tsutomu, K. Ken, K. Takayuki filed 15.05.2003; publ. 02.12.2004.

101. Objective lens system for endoscope: pat. 2004-374285 JP / M. Takashi filed 16.06.2002; publ. 22.07.2004.

102. Objective lens system for endoscope: pat. 2004-117607 JP / F. Hiroaki filed 25.09.2002; publ. 15.04.2004.

103.Разработка принципов построения и коррекции оптических схем высокоразрешающих оптических систем на основе асферических, градиентных и гибридных линз: Отчет по теме «Г84Т» / МГТУ им. Н.Э. Баумана. Руководитель темы В.И. Пустовойт. Исполнители Алимов А.Е., Крюков А.В., Ровенская Т.С. и др. ГР № 01200901297, Инв. № 02200901252. М., 2008. 145 с.

104. Исследование и разработка методов анализа аберрационных свойств оптических систем: Отчет по теме «Г64Т» / МГТУ им. Н.Э. Баумана. Руководитель темы Т.С. Ровенская. Исполнители Алешина В.А., Алимов А.Е., Королев П.Н. и др. ГР № 01200701621, Инв. № 02200700731. 123 с.

105. Алимов А.Е. Улучшение качества объектива видеоэндоскопа путем применения градиентных сред // Студенческая научная весна - 2005: Сборник трудов студенческой научно-технической конференции. Москва, 2005. С. 93-94.

106. Алимов А.Е. Развитие схемы сверхширокоутольного объектива видеоэндоскопа // Студенческая научная весна - 2006: Сборник трудов студенческой научно-технической конференции. Москва, 2006. С. 94-96.

107. Алимов А.Е. Улучшение качества объектива видеоэндоскопа путем применения градиентных сред // Студенческая научная весна - 2005: Сборник тезисов докладов общеуниверситетской научно-технической конференции. Москва, 2005. Т. 2. С. 19-20.

108. Алимов А.Е., Крюков A.B., Ровенская Т.С. Развитие объективов видеоэндоскопов // Медико-технические технологии на страже здоровья: Сборник трудов VI РНТК. Ираклион (Греция), 2004. С. 76-81.

109. Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Исследование оптической системы широкоугольного объектива видеоэндоскопа // Медико-технические технологии на страже здоровья: Сборник трудов VII РНТК. Салоники (Греция), 2005. С. 178-181.

110. Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Исследование эффективности применения градиентных оптических материалов в объективе видеоэндоскопа // Медико-технические технологии на страже здоровья. Сборник трудов VIII РНТК. Родос (Греция), 2006. С. 76-81.

Ш.Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Малогабаритный широкоугольный объектив для видеоэндоскопа // Медико-технические технологии на страже здоровья: Сборник трудов IX РНТК. Катания (Италия), 2007. С. 106-110.

112. Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Развитие схемы сверхширокоугольного объектива видеоэндоскопа // Оптика - 2005: Сборник трудов МНТК. Санкт-Петербург, 2005. С. 133.

113. Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Компактный сверхширокоугольный объектив для микровидеокамеры // Прикладная оптика - 2006: Сборник трудов МНТК. Санкт-Петербург, 2006. Т. 3. С. 173-176.

114. Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Синтез градиентной изопланатической базовой линзы // Прикладная оптика - 2008: Сборник трудов МНТК. Санкт-Петербург, 2008. Т. 2. С. 282-286.

115. Алимов А.Е. Синтез и исследование изопланатической базовой градиентной линзы с осевым распределением показателя преломления //Прикладная физика. 2010. № 1. С. 118-123.

116. Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Градиентная базовая изопланатическая линза для объектива видеоэндоскопа // Медико-технические технологии на страже здоровья: Сборник трудов XI РНТК. Будва (Черногория), 2009. С. 136-139.

117. Разработка методов синтеза высокоразрешающих компактных короткофокусных монофокальных и панкратических объективов цифровых камер видимого и ближнего инфракрасного диапазонов: Отчет по теме «Г94Т» / МГТУ им. Н.Э. Баумана. Руководитель темы В.И. Пустовойт. Исполнители Алимов А.Е., Гужавин Д.А., Крюков A.B. и др. ГР № 01201000178, Инв. № 02201152745. М., 2009. 140 с.

118. Maple 14 // maplesoft.com: Math Software for Engineers, Educators & Students. URL: http://www.maplesoft.com/products/Maple/index.aspx (дата обращения 12.03.2009).

119. Родионов С.А. Методические указания по использованию пакета прикладных программ ОПАЛ-ЭКВМ для расчёта оптических систем. Л.: ЛИТМО, 1984. 55 с.

120. Сальников A.B., Лившиц И.Л. Классификация оптических систем, пригодная для организации базы данных // Оптика - 99: Сборник трудов МНТК. СПб, 1999. С. 198-200.

121. Лившиц И.Л. Выбор исходной системы для расчета объективов // Оптический журнал. 2007. Т. 74, № 11. С. 74-78.

122. Сальников A.B. Анализ проблем формирования компьютерной элементной базы композиции оптических систем: дис. ...канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2008. 98 с.

123. Алимов А.Е., Ровенская Т.С. Исследование «толстой» изопланатической базовой линзы с осевым распределением показателя преломления // Прикладная физика. 2011. № 3. С. 125-130.

124. Дисперсионные характеристики градиентных оптических элементов // www.sites.google.com: Сайты Google. URL: http://sites.google.com/site /goesorpp (дата обращения: 15.07.2011).

125. Sony ICX429ALL: Diagonal 8mm (Type 1/2) CCD Image Sensor for CCIR B/W Video Cameras // www.datasheetcatalog.com. URL: http://search.datasheetcatalog.net/key/ICX429ALL (дата обращения: 20.06.2011).

126. Sony ICX098BQ: Diagonal 4.5mm (Type 1/4) Progressive Scan CCD Image Sensor with Square Pixel for Color Cameras // www.datasheetcatalog.com. URL: http://search.datasheetcatalog.net/key/ICX098BQ (дата обращения: 20.06.2011).

227