Методика проектирования объективов, включающих градиентную линзу, моделируемую двухкомпонентной линейной моделью
Автор: Г.И. Грейсух, И.А. Левин, Е.Г. Ежов
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 3 т.50, 2026 года.
Бесплатный доступ
В статье представлена методика проектирования объективов-апохроматов с радиально-градиентной линзой, неоднородный оптический материал которой может быть получен одной из аддитивных технологий и успешно описан в рамках двухкомпонентной линейной модели. В рамках этой модели получены использующиеся в представленной методике формулы для дисперсионных характеристик радиально-градиентных линз. Сама же методика направлена на получение предельно возможных оптических характеристик у простых по конструкции объективов. Отличительной особенностью методики является то, что уже на первоначальном этапе расчёта объектива-монохромата обеспечивается будущая апохроматизация, сопровождающая переход к полихроматическому излучению. Это достигается сочетанием оптимизации по конструктивным параметрам объектива-монохромата с соответствующим подбором двух компонентов композитного материала градиентной линзы и оптических материалов двух однородных линз. Даны рекомендации по использованию программы оптического проектирования ZEMAX для оптимизации и специализированного пользовательского макроса для перебора оптических материалов и оценки степени достигнутой апохроматизации. Эффективность представленной методики и рекомендаций по её практическому использованию демонстрируется результатами расчёта инфракрасного триплета, который при относительном отверстии 1:0,88 и в двойном спектральном диапазоне (3,5--5 и 8--11,9 мкм) формирует изображение по всему полю с контрастом не ниже 0,56 на пространственной частоте 30 мм^-1^. Этот результат подтверждает, что при использовании представленной методики апохроматизация не сопровождается сколь-нибудь серьёзным нарушением коррекции полевых аберраций, достигнутой на монохроматическом этапе расчёта, что позволяет обеспечить высокое качество изображения при значительной светосиле.
Аддитивная технология, радиально-градиентная линза, двухкомпонентная линейная модель, объектив-апохромат, методика проектирования
Короткий адрес: https://sciup.org/140315726
IDR: 140315726 | DOI: 10.18287/COJ1794
Methodology for designing objectives including a gradient lens modeled by a two-component linear model
The paper presents a technique for designing apochromat objectives with a single radial gradient-index lens the nonhomogeneous optical material of which can be obtained using an additive technology and successfully described within the framework of a two-component linear model. In this model, formulas used in the presented methodology for the dispersion characteristics of radial gradient-index lenses are obtained. The technique itself is aimed at obtaining the highest possible optical characteristics in structurally simple lenses. A distinctive feature of the presented technique is that already at the initial stage of calculating the monochromatic objective, future apochromatization is provided, which accompanies the transition to polychromatic radiation. This is achieved by combining optimization in terms of the design parameters of the monochromatic objective with the appropriate selection of two components of the composite material of gradient-index lens and optical materials of two homogeneous lenses. Recommendations are given on the use of the ZEMAX optical design program for optimization and a specialized user macro for sorting optical materials and evaluating the degree of achieved apochromatization. The effectiveness of the presented technique and recommendations for its practical use are demonstrated by the results of calculating an infrared triplet, which forms an image over the entire field with a contrast of at least 0.56 at a spatial frequency of 30 1/mm with a F/# = 0.88 and in the double spectral range (3.5-5 and 8-11.9 microns). This result confirms that, when using the proposed technique, apochromatization is not accompanied by any serious violation of the field aberration correction achieved at the monochromatic design stage, thus ensuring high image quality at a large numerical aperture.
