Об’єктив для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів

Реферат: Об'єктив для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів містить чотири компоненти, при цьому перший компонент виконано як двовипуклу лінзу, другий компонент виконано як негативний меніск, обернений увігнутістю до предмета, третій компонент виконано позитивною лінзою, четвертий компонент виконано як позитивний меніск, обернений увігнутістю до площини зображення. Третій компонент виконано як двовипуклу лінзу, товщина компонентів становить не більше 0,15 фокусної відстані об'єктива, відстань між другим і третім компонентами перевищує 0,7 фокусної відстані об'єктива. UA 88901 U (54) ОБ'ЄКТИВ ДЛЯ КОЛІМАЦІЇ ВИПРОМІНЮВАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ЛАЗЕРІВ UA 88901 U UA 88901 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до оптичного приладобудування, а саме до об'єктивів, і може бути застосована в оптичних системах приладів, в яких використовується колімоване випромінювання напівпровідникових лазерів або світлодіодів. Відомий об'єктив [1], що містить чотири компоненти, перший і другий компоненти якого виконані як одиночні позитивні меніски, обернені увігнутими поверхнями до простору зображень, третій компонент містить позитивний меніск, обернений увігнутою поверхнею до простору предметів, та четвертий компонент, виконаний як позитивний меніск, обернений увігнутою поверхнею до простору зображень. Недоліком цього об'єктива є малий задній відрізок об'єктива, менший за 0,5 фокусної відстані об'єктива. Як найближчий аналог взятий об'єктив [2], що містить чотири компоненти, перший і четвертий з яких позитивні, при цьому четвертий компонент виконаний як меніск, обернений увігнутою поверхнею до простору зображень. Об'єктив характеризується тим, що перший компонент виконаний як одиночна двовипукла лінза, другий компонент виконаний як негативний меніск, обернений увігнутою поверхнею до простору предметів, третій компонент виконаний як одиночна плоско-випукла лінза, плоска поверхня якої обернена до простору зображень, товщина четвертого компонента становить не менше 0,3 фокусної відстані об'єктива, відношення фокусних відстаней першого і другого компонентів за абсолютною величиною не перевищує 0,7, а відношення фокусних відстаней четвертого і третього компонентів не перевищує 1,1. У об'єктива-аналога [2] хвильова аберація на осі є меншою за 0,007 λ. Хвильова аберація широкого похилого пучка для величини зображення y’=0,1 мм не перевищує 0,3 λ у меридіональному перетині та 0,1 λ в сагітальному перетині. Середньоквадратичне відхилення хвильового фронту є меншим за 0,02 λ для точки на осі та 0,04 λ для точки поза віссю. Числова апертура в просторі зображень дорівнює 0,45, а загальна довжина (відстань від першої поверхні до площини зображень) дорівнює 17,36 мм. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення якості зображення та збільшення задньої числової апертури зі збереженням його заднього фокального відрізку та загальної довжини. Поставлена задача вирішується тим, що об'єктив для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів містить чотири компоненти, при цьому перший компонент виконано як двовипуклу лінзу, другий компонент - негативний меніск, обернений увігнутістю до предмета, третій компонент - позитивна лінза, а четвертий компонент - позитивний меніск, обернений увігнутістю до площини зображення. Особливістю об'єктива є те, що третій компонент виконано як двовипуклу лінзу, товщина компонентів становить не більше 0,15 фокусної відстані об'єктива, а відстань між другим і третім компонентами перевищує 0,7 фокусної відстані об'єктива. Всі компоненти мають сферичні поверхні та виготовлені з однієї марки скла - СТК9. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображена оптична схема об'єктива для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів, на фіг. 2 наведено графік хвильової аберації об'єктива для точки на осі, на фіг. 3 представлені графіки хвильової аберації широкого похилого пучка для 2у’=0,2 мм в меридіональному (ліворуч) і сагітальному (праворуч) перерізах. Об'єктив для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів (фіг. 1) є чотирикомпонентним. Осьова товщина всіх компонентів об'єктива дорівнює 1,2 мм, що не перевищує величини 0,15 фокусної відстані об'єктива. Фокусна відстань першого компонента дорівнює 18 мм, фокусна відстань другого компонента -27,72 мм, фокусна відстань третього компонента 16,29 мм, фокусна відстань четвертого компонента 18,19 мм. Вибір осьової відстані між другим і третім компонентами, що перевищує 0,7 фокусної відстані об'єктива, дозволяє забезпечити корекцію аберацій широких похилих пучків для збільшеної до 0,522 задньої числової апертури. Конструктивні параметри об'єктива приведені в таблиці. Таблиця Конструктивні параметри об'єктива для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів Радіус кривизни Осьова оптичної поверхні, мм відстань, мм R1= (апертурна діафрагма) 0 Матеріал оптичного компонента Показник заломлення Світловий діаметр (для довжини хвилі 802 поверхні, мм нм) 1 1 9,2 UA 88901 U Продовження таблиці R2=14,466 R3=-142,147 R4=-14,849 R5=-57,303 R6=21,686 R7=-25,871 R8=5,764 R9=9,27 5 10 15 20 25 30 1,2 0,827 1,2 6,128 1,2 0,1 5,5 СТК9 1,731801 1 1,731801 1 1,731801 1 1,731801 1 СТК9 СТК9 СТК9 9,22 9,12 9,01 9 8,08 7,96 6,89 6,29 Об'єктив для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів має фокусну відстань 8,80899 мм, задній фокальний відрізок s'f'=5,5 мм, відносний отвір 1:0,88, задню апертуру A'=0,522 та призначений для роботи з монохроматичним випромінювачем з довжиною хвилі λ=802 нм. Об'єктив (в зворотному ході променів) працює так: паралельний пучок світла проходить через вхідну зіницю об'єктива діаметром 9,2 мм, що розташована на першій поверхні об'єктива, та, заломившись на поверхнях лінз 1, 2, 3, 4, фокусується в площині зображення, де розташоване джерело випромінювання (наприклад напівпровідниковий лазер). Для об'єктивів, що працюють з напівпровідниковими лазерами, параметрами, що характеризують якість зображення, є середньоквадратичне відхилення хвильового фронту та значення числової апертури в просторі зображень. Як видно з графіків аберацій, наведених на фіг. 2 і 3, об'єктив має високу якість зображення по всьому полю зору. Зокрема хвильова аберація об'єктива на осі не перевищує 0,026 λ. Хвильова аберація широкого похилого пучка для величини зображення y’=0,1 мм не перевищує 0,13 λ у меридіональному перерізі та 0,05 λ в сагітальному перерізі. Середньоквадратичне відхилення хвильового фронту для точки на осі становить 0,0073 λ, для точки поза віссю - 0,026 λ. Це свідчить про те, що об'єктив має безабераційну (дифракційно-обмежену) якість зображення. У запропонованому об'єктиві вибір конструкції третього компонента, товщини компонентів та відстані між другим і третім компонентами дозволив збільшити задню числову апертуру і поліпшити якість зображення об'єктива в порівнянні з прототипом зі збереженням його заднього фокального відрізку та загальної довжини. Джерела інформації: 1. Patent US 444138, Objective system for video disc. G02B9/34. Sugiyama et al., Filed: March 11, 1982, http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=EPODOC&II=0&ND=3&adiacent=tru e&locale=en EP&FT=D&date=19820923&CC=DE&NR=3209095A1&KC=A1Publ.: May 8, 1984. 2. Патент РФ 2260824 C1. Объектив. МПК G02В 9/34, 11/22. Кунделева Н. Е. Заявл. 17.06.2004. Опубл. 20.09.2005. Бюл. № 26 (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Об'єктив для колімації випромінювання напівпровідникових лазерів, що містить чотири компоненти, при цьому перший компонент виконано як двовипуклу лінзу, другий компонент виконано як негативний меніск, обернений увігнутістю до предмета, третій компонент виконано позитивною лінзою, четвертий компонент виконано як позитивний меніск, обернений увігнутістю до площини зображення, який відрізняється тим, що третій компонент виконано як двовипуклу лінзу, товщина компонентів становить не більше 0,15 фокусної відстані об'єктива, відстань між другим і третім компонентами перевищує 0,7 фокусної відстані об'єктива. 2 UA 88901 U 3 UA 88901 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4