(50-3) 05 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Методика проектирования объективов, включающих градиентную линзу, моделируемую двухкомпонентной линейной моделью
Г.И. Грейсух1, И.А. Левин2, Е.Г. Ежов1

1 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 440028, Россия, г. Пенза, ул. Титова, д. 28;
2 Красногорский завод им. С.А. Зверева, 143403, Россия, Московская обл., г. Красногорск, ул. Речная, д. 8

  Полный текст (PDF)

DOI: 10.18287/COJ1794

ID статьи: 1794

Аннотация:
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.

Ключевые слова:
аддитивная технология, радиально-градиентная линза, двухкомпонентная линейная модель, объектив-апохромат, методика проектирования.

Благодарности:
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования в рамках выполнения работ по Государственному заданию № FSGS-2024-0005.

Цитирование:
Грейсух, Г.И. Методика проектирования объективов, включающих градиентную линзу, моделируемую двухкомпонентной линейной моделью / Г.И. Грейсух, И.А. Левин, Е.Г. Ежов // Компьютерная оптика. -2026. -Т. 50, № 3. -1794. -doi: 10.18287/COJ1794.

Citation:
Greisukh GI, Levin IA, Ezhov EG. Methodology for designing objectives including a gradient lens modeled by a two-component linear model. Computer Optics 2026; 50(3): 1794. doi: 10.18287/COJ1794.

References:

  1. Greisukh GI, Levin IA, Ezhov EG. Methodology for designing infrared objectives with homogeneous, gradient-index and diffractive elements [in Russian]. Opticheskii Zhurnal 2025; 92(3): 68-78. doi:10.17586/1023-5086-2025-92-03-68-78.
  2. Bayya S, Gibson D, Nguyen V, eds. Design and fabrication of multispectral optics using expanded glass map. Proc SPIE 2015; 9451: 94511N. doi:10.1117/12.2177289.
  3. Gibson D, Bayya S, Nguyen V, eds. IR GRIN optics for imaging. Proc SPIE 2016; 9822: 98220R. doi:10.1117/12.2224094.
  4. Corsetti JA. Design of ZnS/ZnSe gradient-index lenses in the mid-wave infrared and design, fabrication, and thermal metrology of polymer radial gradient-index lenses. [PhD thesis]. Rochester, NY: University of Rochester; 2017.
  5. Williams GM, Harmon JP. Dispersion controlled nanocomposite gradient index lenses. Opt Continuum 2023; 2(2): 456-472. doi:10.1364/OPTCON.481205.
  6. Zheng W, Xia K, Jia G, Xie S, eds. Customized linear refractive index GRIN prepared by rapid sintering of multilayer chalcogenide glass powders. J Am Ceram Soc 2024; 107(7): 4585-4593. doi:10.1111/jace.19780.
  7. McCarthy PW. Gradient-index materials, design, and metrology for broadband imaging systems. [PhD thesis]. Rochester, NY: University of Rochester; 2015.
  8. Yang T, Lippman DH, Chou RY, eds. Material optimization in the design of broadband gradient-index optics. Proc SPIE, International Optical Design Conference 2013; 12078: 120780Z. doi:10.1117/12.2603644.
  9. ASTRON-64017-2 microbolometer array sensor. Available at: https://astrohn.ru/product/astrohn-64017-2/.
  10. Beadie G, Stover E, Gibson D. Temperature-dependent dispersion fitting for a recent infrared glass catalog. Proc SPIE, Advanced Optics for Imaging Applications: UV through LWIR IV 2019; 10998: 1099804. doi:10.1117/12.2518494.
  11. Gibson D, Bayya S, Nguyen V, eds. GRIN optics for multispectral infrared imaging. Proc SPIE, Infrared Technology and Applications XLI 2015; 9451: 94511P. doi:10.1117/12.2177136.
  12. ZEMAX: software for optical system design. Available at: https://www.ansys.com/products/optics/ansys-zemax-opticstudio.
  13. Zakaznov NP, ed. Theory of optical systems: a tutorial [in Russian]. St. Petersburg: Lan; 2022. ISBN: 978-5-8114-0822-1.
  14. Greisukh GI, Levin IA, Ezhov EG. Modeling of a radial laminated GRIN lens; design and achievable performance of a dual-band infrared triplet with such lens. J Opt Technol 2024; 91(10): 660-664. doi:10.1364/JOT.91.000660.

Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20