SU1067461A1 - Оптическа система формировани изображений с высоким разрешением - Google Patents

Abstract

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ , содержгица  транспарант с пе1жодической дифракционной структурой и объектив, о т л и ч а iota а   с   тем, что, с целью увеличени  разрешени  при сохранении габаритов системы, указанна  структура транспаранта выполнена в виде системы концентрических колец с периодически измен ющейс  в радиальных направлени х функцией пропуска- ни , причем функци  пропускани  центральной части транспаранта,диат метр которой равен 1/3-1/4 апертуры объектива, имеет посто нный период , функци  пропускани  его периферийной части соответствует функции пропускани  зонной пластинки Френел  , размер первичной зоны перифе{эийной части совпадает с периодом функции пропускани  центральной часг ти транспаранта, а сам он установлен вплотную к объективу или выполнен на любой из его поверхностей и имеет одинаковый с объективо «1 диаметр. Ф 4: СК

Description

Изобретение относитс  к. оптике и может быть использовано дл  формиров ни  изображений объектов с высоким разрешением, например при когерентном освещении объектов, без увеличени  апертуры оптической системы.

Известна оптическа  .система формировани  изображений, представл юща  собой объектив. ,Поскольку образование изображени  в такой системе го существу  вл етс  следствием двух дифракций, одна из которых соответствует переходу волны от объекта до входного зрачка, а друга  - переходу от выходного зрачка до изображени , то разрешение определ етс  апер турой системы, т.е. лаименьшим размером зрачка, ограничивающего сферический волновой фронт с некоторым распределением амплитуд, стро щим изображение объекта. Чем меньше anep тура оптической системы, тем меньша  часть сферической :волны проходит в пространство изображени  и, следовательно, тем меньше будетинформации о кривизне сферической поверхности. Эта неопределенность выражаетс  в степени дифракционной размытости изображени , его разрешении , оцениваемом, например, размером центрального.максимума ЭйриС13.

Однако в этой системе дл  увеличени  разрешени  изображени (y f- Ttbui ни  его дифракционной размытости требуетс  увеличение апертуры оптической системы, что ведет к увеличению ее весогабаритных характеристик . .. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности  вл етс  оптическа  система Формировани  изображений с высоким разрешением, содер жаща  транспарант с периодической дифракционной структурой и объектив , В этом устройстве указанна  структура транспаранта выполнена в виде дифракционной решетки, введение которой позвол ет передать через объектив несколько различных участков поверхности сферической волны. Это дает дополнительную информацию о радиусе кривизнь волнового фронта, а следовательно, приводит к увеличению разрешени  изображени  объекта. В данном случае происходит синтез апертуры, что эквивалентно увеличению относительного отверсти  оптической системы Г21.

Однако указанна  система также обладает недостатками, которые заключаютс  в том, что дл  увеличени  разрешени  необходимо, чтобы апертура дифракционной решетки, установленной вблизи объектива, была больше его апертуры либо при той же апертуре требуетс  отнесение решетки на некоторое рассто ние от объектива. образом и в этом случае увели-

чение разрешени  сопровождаетс увелчением габэритов Системы.

Цель изобретени  - увеличение разрешени  при сохранении габаритов системы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в оптической системе форми ровани  изображений с высоким разрешением , содержащей транспарант с Г периодической дифракционной структурой и объектив, указанна  структура транспаранта выполнена в виде системы концентрических колец с периодически измен ющейс  в радиальных направлени х функцией пропускани  , причем функци  пропускани  центральной части транспаранта, диаметр которой равен 1/3-1/4 апертурл объектива, имеет посто нный период , функци  пропускани  его периферийной части соответствует функции пропускани  зонной пластинки Френел , размер первичной зоны периферийной части совпадает с периодом функции пропускани  центральной части транспаранта, а сам он установлен вплотную к объективу или выполнен . на любой из его поверхностей и имеет одинаковый с объективом диаметр.

На фиг.1 представлена оптическа  схема предлагаемой системы на фиг.2вид транспаранта с кольцевой структурой .

,Предлагаема  оптическа  система состоит из транспаранта 1 с периодической дифракционной структурой, котора  выполнена в виде системы концентрических колец с периодически измен ющейс , в радиаль ных направлейи х функци.ей пропускани / и oO-ffei тива 2. При этом функци  пропускани  центральной части 3 транспаранта 1, диаметр D которой равен 1/3-1/4 апертуры Docf объектива 2, имеет посто нный период, функци  пропускани  его периферийной части 4 соответствует функции пропускани  зонной пластинки Френел , размер первичной зоны 5 периферийной части 4 совпадает с. периодом функции пропускани  центральной части 3 трансдаранта 1, а сам он установлен вплот (Ную JK объективу 2 или выполнен на одной из его поверхностей и имеет одинаковый с ббъективом 2 диаметр Лo(.

Работа предлагаемого устройства осуществл етс  следующим образом. ,

Пусть волновое поле объекта 60 падает на вход объектива 2, перед ко торым установлен амплитудно-фазовый транспарант 1 с функцией пропускани  М . Тогда в плоскости фор ировани  изображени  волновое поле л)определ етс  следующим образом:

Хо

( U{x)fCx exp{4,(0x|otx j

-Хо I Ji ITT где Ч щ-у1 « - Г- относительные коор динаты во входной плоскости оОъектива 2 ив плоскости изображени } У и. V - соответственно линейные координаты Л. - длина волны светового ПОЛЯ) f - фокусное рассто ни , объектива 2; 2..4jj|- - относительный разм апертуры объектива и трансп-лранта 1, 2.o l5crf- - линейный размер апертуры объектива и транспаранта 1. Если рассматриваетс  объект в ви де точечного источника, то на объек тив 2 падает плоска  волна. При отсутствии транспаранта 1 (u6t 1) в плоскости изображени  формируетс  распределение пол  ((( , шири на центрального максимума которого равна определ ет разрешаю рую способность объектива 2. Тр1ким образом, задача увеличени  разрешени  сводитс  к построению .транспаранта, описываемого функцией и (t / который обеспечил бы сужение центргшьноГо максимума распределени  пол  в плоскости изобра жени , например в идеальном случае до величины дельта-функции Дирака . Рассмотрим этот случай. „, Требуетс  получить в плоскости изображени  р.эспределение пол  в ви де функции (ц)) на конечном интерва ле t-tJai o (о Рзниченна  зона повышенного разрешени . Конечность размера транспаран .та 1 и конечность области наблюдени  в плоскости изображени  позвол  ют представить функцию пропускани  транспаранта U6 тл S (.соУ) в виде р дов по системе выт нутых угловых сфероидальных функций )}j (Лот ЛпСоЙ- система их собственных значений, С XaCO(ii UW- AnHiCx lxl«.Xo, (i) &) И.Шо, СИ , fin-ijaMSnCcogyai (3 lOb . Отметим, что U60 и 8) св заны (Конечным преобразованием Фурье ( ., С) Подставл  . Ш в (4) и учитыва  2 и C3i , получаем коэффициенты раз; ложени  С1) л , ч (fl I Замен   в выражении С11 коэф фициенты (aJ, согласно С51 находим искомое выражение дл  функции пропускани  транспаранта 1. . fL -J -t :°Vtv,bcX WfeiM Дл  практического прикюнени  р да (G необходимо ограничитьс  конечным числом членов VI . Так, при имеем следующую аппроксимацию р дов (6 и (. (б .., 1Ы, Анализ выражени  (8) показывает, что дл  увеличени  разрешени  необ .ходимо иметь . При этом функци  .пропускани  дифракционного транспаранта 1 в центральной части 3 размером 1/3-1/4.апертуры объектива 2  вл етс  периодической функцией, измен к дейс  по закону косинуса, а функ:ци  пропускани  дифракционного транспаранта 1 в периферийной части 4 повтор ет закон зонной пластинки Френел , причем размер первичной зоны 5 указанной зонной пластинки Ф зенел  совпадает с .периодом функции пропускани  центральной части 3. Кроме того, на периферийной части 4 дифракционного транспаранта 1, соответствующей зонной пластине Френел , функци  пропускани  по .амплитуде монотонно возрастает к краю, например-, по линейному закону. В силу ограниченной ьоны повышенного разрешени  2Ма, после зрени  объектива 2 ограничиваетс  величиной угла &/f . При N 20 и С 6,25 разрешающа  способность увеличиваетс  в 6 раз по сравнению с объективом без дифракционного транспаранта при сохранении размеров его апертуры. Таким образом, предлагаема  система по сравнению с базовым объекте -, прототипом позвол ет существенно повы сить разрешение при сохранении ее га баритов .

Claims (1)

1. ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ, содержащая транспарант с периодической дифракционной структурой и объектив, отличающаяся тем, что, с целью увели- чения разрешения при сохранении габаритов системы, указанная структура транспаранта выполнена в виде системы концентрических колец с периодически изменяющейся в радиальных направлениях функцией пропускания, причем функция пропускания 'центральной части транспаранта,диат метр которой равен 1/3-1/4 апертуры объектива, имеет постоянный перйод , функция пропускания его периферийной части соответствует функции пропускания зонной пластинки Френеля , размер первичной зоны периферийной части совпадает с периодом функции пропускания центральной части транспаранта, а сам он установлен вплотную к объективу или выполнен на любой из его поверхностей и имеет одинаковый с объективом диаметр.

   IDRWF’TiS·