автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Теория и методы расчета оптических систем с голограммными оптическими элементами

"FGCyZAPCIBISÜ^ ZZT/FJ&2Z ЕЗГГТТ С.Х.Бгжиозз"

На гранах рукописи

TECrZS " MZTCjL! РАСЧЕТА НГЛЯЕСЙЯ 3ÏSXEM - с гсийггз! ¡äSG&jra

Сгйпнгльаость C5.II.C? - Стч~ск:з cnnSO-J7SKTpDS2KS n;zíDpu

Зйгсертгш н фэр:« •ьучюго

'is c;;í:k£Z!2 у-:ен:з степзни ::ктсьа те^гэскв; наук

Сз;-:хт - Пб^ессург ÍJ

1&ÍÍ ' ' Í '

5СЕСЗГ.ННЯ КАУЧЩЯ ПЕНТР •;_"Г0СУШСЩ^2вЛ ОЩИЯЕСКЖ ЕВЮ1 ак. О.Я.БзаялоЕа"

На правах рукописи

ГАК !&22ил АЗргмозкч

1ес?;я и расчета оптгасщ жим а ГОЛОГРАМ:/Л2:51 ¡пткчЕсяаг; э^гзкгдуа

оке шьность 05. II. 07- - сштпэск;® и оптико-электранзыб приборы

Ииссертаюй з форме ¿аучЕсгс доклада на созскгйз- ученей степени ¡ритора • твхззичзеш наук

Сзккт - Пзтэрбург 1892-

Работа выполнена б ВВЦ ТОЙ им. С.И. Вавилова".

Официальные ошонвшы:

чл,- корр. РАН, доктор физихо-математичзсш наук, профессор Ю.Н. Деиквк

локтор технических наук, профессор С.А. Родионов

дат ер технических наук, профессор К.С. Мустафин

Ееддея организация - ЛОМО км. В.К. Ленина

Защита состоится "ndj" <U( 1&92 г. в

-А''час. на заседании специализированного совета Д ID5. 01.01. в ЕНЦ 'ТОЙ iffl С.И. Вавилова"

С докладом кежно ознакомиться в библиотеке ВЩ

ТОЙ км С,И. Вавилова" (199034, Санкт-Петербург, Биржевая

линия, д.12)

Доклад разослан 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета,

кандидат физйга-математическш наук Шпляев С.А.

в ВЩ "ГОЛ ИМ. С.И. Вавилова",1992

ОБЩАЯ ХАРАКТЕНСГлХА РАБОТЫ

Актуальность тгь:у.

йз нее;яд5йз гом нз стске техих научных засцдаиа как икониюз, голография, вктасдагайяая и ¿изичзская отгпка, оптическая а кзкрсзлэктрОЕнач технология сшдаавтся новее научное нзпртзтв, сзязазнсе с сознанием и Екданиз*.: в опшзгкоз фборостряшз Есзсг зжгэатяег базы - гс^згрл>:узь:х ошэдесш злзконтоз (ГОЭ).

ГОЭ оЗлзлаат пироша зокетзостяяя по ЕрэобрззовзгЕв к КОрОЗКЕШ фор:« зсднош фроитзз, особая дисзрсгг5еиж сэо&тбш1.ГОЭ является гиягрка зл-згентом а ¡рягпгвекз но увежчизагг кассу озпгсесгксс леталог, Ео многих областях спп58ского фйсрскроензл. нззрэгар, прл ссздзта лиаифзкуеш висохорсзрехагзг ебкгктивоэ, широкоугольных гтекгторяхх госте», Ж с2с,тс-м,ав5Х2впа ипквет систв-м,возможности тргкюклазз сятякя и опггчесхсг технолог:« в знач;п'гльно£ етопена исч^хш.!. Путэ« рагкзвахькзго кешьзезанпа спеойетескш свсеств ГОЭ мгено создать нсвыз классы й Т1пы оптдчэсках систем и призеров, хоториз трудно ид: Езвозкагаз рзалкзезать с гокохьа ебкчш сгочесш элементов.

Услэисе тлгкэнбеиз новоа елзмзнтноя базы нзвозконпо без разз;ггия теории л мзтодоз проектирования, систематического изучения оггогчоски свойств ГОЭ, созханпя математического и программного обеспечения для проектирования и математического моделирования оптическая систем с ГОЭ, а такяе определения рашюаальЕЫх областей пр-дйнення Г02 и создания компьютеризированных технологий изготовления синтезированных ГОЗ . (СГОЭ).

РгсзЕЗ этих вопросов нави отражение в отраслевых ярохрахмах по гожгршноз и кгефоркзоа оптике, кэоршаксаш пшах • АН СССР, те;гат;пзск;а планах ГСИ им. С.И. Вавилова, что определило актуальность тега гассертада.

Цел-,», и залачи работы вкачают систематизации к сравнительны:! гнзлГз овмческ'лх свойств ГОЭ, разработку к обоещзняэ" тзорки формирования изображения и катодей рзечвта кгшеекз скстек с учет:-« специфических свойств гожрашшх з£ементгз,кзк порученных путем раг/стращи ■ ишзрференщюнноз карггкзл, тек и

синтезированных. Создание теоретических предпосылок' .да эффективного применения ГОЭ 'в спт-теском псйоростроззкп, путем крйотгк рекомзндззз, а также • разработки к знЕщренгя автомгтизироваЕньз катодов анализа и синтеза егт/ческкх систем с ГОЭ, сгетезз и к;:лздозазкя еозьх" клзссое оптлчесх;с: схем. сзетоскльных апохроматов да работы з екгдю:: к И сблаоти за ссеовз СГСЗ типа юшсфор.-ЛКЭ), кснтродъных схем'да ад2ПТЕ.гюс оптических систем, кфсхоугольш хвсшвгш систзк нг основе. ГОЭ да отображения информант в по„те. зрения оператора, создания методов коррекции деформаций волнового фронта ксэхоразркшш оптических систем с' помоеьэ СГОЭ синтезированных на оскобз восстаяозлзния двукзрног топографии деформадк волюзьи фронтов по интерферогрзммам. . Создашь' ' основ компьютерно;: технологии изготовления СГОЭ типа кгшоформ 'и зсфёрресш поверхностей(Ай).

Метода исследования. Е работе. Использованы методы ¡азанки,-'Кнформатжи, проективной. геокзтры, геометрической к «йясвоа оптики, .скалярной теории'длфракга и голограф®:, применены и развиты методы математического «адшровавю и автоматизированного проектирования на основе Ж; кэтшМ казигно* графики. Результаты теоретических рассчетов и модедарования. на. С-БМ проверены-оптотехническкми -измерениями й экспериментами.

Научная новизна диссертационной работы состоит з том, что в неа впервые: ] ■.

, I. Систематизированы и обобщены ' вичислителы-ыз методы коллинеаряог. гауссовой, лучевой, волновой оптики и дифракционной теории 'формирования изображения с учетом ' оптически свойств голограммных оптических элементов.

2. Разработана теория .абзррасла широкстугмьнах' голограммных оптических элементов и полу здва • условия. оккмашо* коррекции аберраций.

3. Разработана теорйя и методика синтеза апохротатическкх элементов на базе КЗ с исправленной сферогосматическоа аберрацией и заданным нэизопланатизмом. Исследованы 'предельные возможности апохроматов с КЗ.

4'. Разработана. методика описания оптических свойств ГОЭ. на гладкой поверхности произвольно:: форма; на . основе двух характеристических функций.

Б.' Разработана методка оценк;: остаточного .рассеянного света, в оптических системах с СГОЭ типа киноформ и статистического

модалфсзагкя злмеия свдбох изгстзвлзвя янясформш злггвзтсв.

Выработаны рекоиеваэЕяк и оркгаальш метод изготовления шофоршх авкбятса с извьсеннсг да^раккасзног оФ£зкт;вноС:ью.

6. Разработана тзсрил и :ато"/хз восстановления топографа дефсркеш волюаого Фронта по иьтерферограммам, сфсщровгниш Бысокогпертуряьж пучками.

7. Разработана и практически оггосбозана кэтсдаа коррекша остатрчнис дзфзрякзт волнового фрснта ыо«внх опхачссот ыстем с пожийэ СГСЗ ала ¿3.. сшезироззкгкх на осговз восстазсвлевал топографии волервого $розта го иэтезферогршзи.

8. Разработаны пршзш шстрсевкя, кагекапкесш азпзргт и основные алгоритмы диалогового интегрированного комплекса программ для проектирования, оценки и ::оледироззл;:Я' нгцентрирсваняых оптических систем с ГОЭ,

9. Разработаны пр-ШЕпы по;троения и кэтииса расчета длиннофокусных светосильных апохроматов гзгстигмгтоз на основе юшоформных элементов ■ без использования особи' стекол ют кристаллов, которые отличаются от известных аналогов уменьшенной массоа и.меныжа терморасстраиваемсггьи. Предложены, разработаны и затаены авторсхяки свидетельствами;

- длиннофокусный Ьвастагкаг апохромат для исследования йр;фОдных ресурсоз земли,

- особо светосильный высокоточно коллимйторвый объектив, '

- фотографические - и телевизионные объективы с внутренней фокусировкой и дискретны;* изменение! фокусного 'расстояния,

- Телескопическая атермажзойашя система' для дальней ИК области на основе КЗ.

10. • Разработаны пркшхпы построения' контрольного каналз адаптивных оптических ' систем' на основа' ГОЭ, Прозодзно математическое кодзлирование и гоказази условий корреляция деформация волеового фронта' в контрольном и рабочей каналах. Разработана • математическая «о;вль к выполнены расчеты оптических систем с ГОЗ и- устройства сбрааеш менового 'фронта (ОВФ). '

11. Разработаны теория, привита построения и выполнен синтез Юфокоуголши екшлэявых систем со зйачггслшо» выносом шодогэ зрачка. Предложены, разработаны - к ■ зззз'дени авторскими СБИетельстЕадаг.

- нлдсшорная свствйэ. рад:даязчная на т^'ло етрггрз,

состойся из широкоугольного ГОЭ и неосесию:етр1;чясго цроездэзяого обьешзв!

- ¡адикаторнал система,располокздная па шлеяе к обладашая узояг-:еннвк размерам: ■ вводного .зрачка, состоязая из широкоугольного ГОЗ К КЛИКОЕОГО ЛИНЗОВОГО ЗЛеМЗНТЗ;

- шдасаторзая скстека, растащившая в кайгз. состоящая из двух ГОЭ'к Ееизятргасвакного согласующего объектива, цр.пем ГОЗ расположены по 2 образней схема.

Задидаше шишки:

I. Разрабетанйо математические коделк к «зтоды расчета оптических систем с ГОЭ £ области коллиЕеэрнос, гауссовой. лучевой» ИШОВО* ОПТИКИ И ДфаШОВЕОг .теории фзркярованкг. ИЗОбрЗ!ЖНИЯ, которые позволяют адекватно описывать работу оптически систем с ГОЗ и является теоретической, основой систекы азтохатпзировадного проектирования таких систем.

'2. Результаты анализа коррекщ'.енньк возхоунхтеа и условия устранения и' балазсироьки аберразй жкрокоугольиыг ГОЗ, которые позволили сптимзльео с:Еате;ч!ровать ифохоугольщз индикаторные системы с ГОЗ;

3. Результаты разработки теории 1!. методика синтеза апохр-охаткчбсхах' компонентов с исправленной сфорохрокатическсй аберрацией и заданной величиной неизогшзалша, которые позволили рассчитать базовые компонента для светосильных апохрокатев в УФ, видимой и ИК областях ешктра.

4. Разработанная методика описания оптических свойств ГОЗ на гладкой поверхности произвольной формы с пемоаыо двух характеристических фуккиий, которая позволяет разделять аберрационные к селвктий&ю свойства ГОЗ и сократить трудоемкость расчета при анэлизе и отчжизашм оптически систем с ГОЭ.'

Ь.' Разработанные методики опенки остзточного светорассеяния и статического моделирования влияния сшйок изготовления КЗ, которые позволим обоснованно назначить допуски- и выбрать оптимальный вариант технологического процесса, сохраняющий точную границу наибольвего фазового скачи при взгогашиы. КЗ, что позволило получать высокозффектиЕКые, КЗ.

С. Разработанные теория'и кетодика восстановления топографии деформаций волнового фронта, которые позволили обрабатывать даефрограш. полученные на высокезпертурных иите?}ероиетрах.

7, Разрабстгннзя нетоднха коррекции остаточных опабок волнового фронта сапна оттески систем с яскгсьо СГСЗ ни АП,с:штезнрзвзнных по результатам обработки интер'ерсгрзмм, которая аэзвавиа пщчагъ предельное ,-я*рахаисяЕсз кзпсстзо изображения путем коррекция остатоттс погрггностзз изготовления л сборки оптических систем.

¡3. Цряакы построения, . математическая аппарат к сснегаио алгоритм ::гм-.:екеа программ для проектирования ? ясвв^езяк каяэктргрсЕгннюс епппасксс систем с ГСЭ, которой позволяет 1фоектаровзть 'гарокав класс зссзгтркрззгЕВья и центрировании систем с обычными и тагрг&гагсчга элементами.

9. Светосильные апохрсмэтнческпз сбосктизн, построенные нз oceoes кз мглой оптлческсг сек. которые отягчаются от обычных оптических • слота", построенных на бззз особым стекол ;га кристаллов. уменьзэнлш! числом лиз. масссг а шньзсз теркорасетралзазязстев.

10. Прэйлснзнниз и рагрзб'етаннн пллципы язстрсгяля контрольного канала алапт.-зных сппязски* снеток (ДОС), котср;." обеспочназкт контроль форма главного зеркала АЗС в процессе ¿ункилонпровгни без нарушения хола .лучеа в основном рабочзм канала.

11. Ефокзуггльшз хиеллегные системы со значительным лзосох выходного зрачка, построенные с использованием одного или двух бпгкешьнах ГОЭ к пеценгртеованнсг еэтзехй систгки, уоторьз отличается' от аналогов калима гзбгрггаха ' и высаюи качеством изображения.

Ирак:веская ценность работы состоит в том, • чте гезлаяы тзздеггасыв сёноаП метано расчета л авгемяжигрезатлого прое:-:~;^овакпя нсзыч.клаосов епптасш сзстея с ГОЭ, рзбетеаш в ¡^монохроматическом свете и пса больше полях зрения.

Развито новое напразлеаиэ в вычислительно?, оптике,связанное с пржзногиам г?Э - новоа элементной бет, которая существенно рзогигрлет возможет;; егтпгкез • юнотруктср:.в при создан:«! ОЯЛЯС-СККл систем С ЗСЗЫКЯ СВС-ВЯХЙЗ и ШЕ.2зН!11?!Й

харатеснатжамн.

Газр^отаны MSTi."ij кэдгкпнг я^гйхзйг иогиоьух фронтов по антьр^р'ог;"ч:кмап,катера ' леззезшя существенно солратнгь трудоемкость пр:; шготсм^ий. а ;мллги?тъ вракт;посхн яфаязттога ' предала при СШАЙГЙИ • крупязпйаргжх.

- в -

высокоточных оптических деталей к систем.

Разработай! практкческиз рекомендации 'по рациональному применению оотюсхет систем с ГОЭ и принципы построения . конкретных схем светосильных апохроматов к пнрокоугольных систем с ГОЭ, которые позволит создавать перспективные оптические системы дй решения важных народнохозяйственных и оборонных задач.

Реализация и внелреЕиз'. Вззультаты-разработка теории, методов расчета оптических систем с ГЭЗ использованы в рамках 8 научно-исследовательских работ, выполненных в ГОК ш. С.И. Вавилова под научным 'руководством и при взгасрея:тша:ох участии автора.

.Разработка, изготовление -и испытание сптичбских схем.с ГОЭ и Еладрениз разработанного программного' обеспечения проводилась по договорам 'НИР и ОКР с' 20' предприятиями отрасли и других министерств (ПО "Завод Арсенал", ЖТО "Электроавтоматика"! «TOMO им. В.И. Ленина, ЦКБ "КрасЕогсрскогс ¡^хаютеского завода", Ш"Рубин", "Геофизика", ШЮ."Ш5 "Точпрнэор" и др.).

Указанные НИР и ОКР выполнялись'в. соотютстеии с программами работ по кинофориноа и голограмкнол оптике, отраслевой программой по вычислительной сптисз, координационным}! планами 'АН СССР и шстаЕзвлек№1 щк и "СМ.

Аппробация' работы. №зультаты.. работы докладывались .и обсундажсь на' ^Всесоюзной конференции "Теоретическая и прикладная опгйса".(Ленинград,I9S8 г.), Есесовзных семинарах "Голографические отяесхке элементы и их.Применение в оптических приборах (Москва. 1985,. 1991.ГГ.) и "Гологоаммные •. о.тгическке элементы и их' применение в прокьтленкоста" (Москва, 1987 г.), Всесоюзном семинаре "Автоматизация проектирования-оптических систем" (Москва.1988 г.). Всесоюзных ir отраслевых семинарах совещаниях по Кжоформной оптике (Ленинград,1385 г.,). -КомпьятерЕой оптике (Сухуми,1988 г.). Голографии -(Рига ,1990 r.)¡ йэзд'взрйдзых. конференциях . spie (Парии., 1389 г.) И (Гаага, 1990 г.), Международном коллоквиуме по дифракционной ' оптике." (Вроцлав, 1991 - г.),44 , Чтениях ш.д.с.рсжжстеекского (СП5Д991 г.У

Пубдшцпи. Материалы диссертацш! опубликованы Б" 62 работах (из них 52 в соавторстве), в том числе: сда'монография.7 статей в журналах АН СССР, 5 в трудах' spie,15- в трудах Всесоюзных конференций, 5 авторских свидетельств.

Учебные'курсы. Автором подготовлены разделы в учебных ■ курсах "Современная опша", "Объехтивостроеш®", которые читал автор в

1976-1531 г. на курсах повышения квалификации инненеряо-техЕичесхкх работнзксз отрасли з ГСИ им. С. И. Еавилова и ЛТМО. Подготовлен (в ссавтсрствэ с А.®. Бервзезым) курс "Княофоруная оптика расчет и технология изготовления", который прочитан з 1987-68 г. на курсах псгыггния хзал'-фихаша работников отрасли в ГСИ им. С.И. Вавилова.

введение

Голограммный оптичезкий злзкзят (ГОЭ) - оптический зломент, действие которого сонозсно на дифракции электромагнитного излучения на микроструктуре, сформированной либо • путем

регистрации интерференционной картины, либо синтезированной по результатам расчета на 35М.

Наиболее перспкепагы для применения в оптическом приборострсени: фазсвыз тонхкз и сбъзмныз гологрзфическиз структуры, которые при определенных условие имеэт предельную теоретическую с-фракппсзну»: эффективность 1001 3 некоторых случаях (например, в задачах контроля) достаточно звачяшьзо менккзй дифракционной эффективности, получаемой при использовании, например, сжарзых фазовых ГОЗ.

Простенка; ГОЭ является Зонная пластинка (ЗП). Основы теории формирования изображения ЗП были заложены Ее многим более 100 лет назад в работах Рзлэя (1881). Соре (1875). Корна (1875).

ПерЕьз фсхусируазэ фазовыз ЗП ({ЗП) были изготсяланы Будем з 1893 г. на основе теоретических работ' Рэлзя. Вуд применил ФЗП в качестве объектива фотоаппарата, а также объекта И окуляра зретельЕой трубы. Однако эти работы Ее оказали непосредственного влияния на развита оптического приборостроения, что связано, по-видимому, со сравнительно низкой (~ 40*) дифракционной эффективностью изготовленЕых Будем ФЗП, а также 'весьма значительными хроматическими аберрациями этих систем при работе в белом свете.

В середине 50-х . годов Г.Г. Писарев предложил использовать ?ОП с непрерывным изменением фазы от 0 до 2л, что обеспечивало получение изображения (в монохроматическом свете) только в одном дифракционном порядке.'& козне 60-х годов синтезированные фазовые ГОЗ с так« законом квантования фазы били названы "киноформ".

Первое топографическое зеркало било создано Ю.Н. Денисюком в

- 1С -

1Э61 г. на основе объемной голографической записи,

осуществляемой путем регистрации интерференционной кзотина. образованной встречными пучками.

3 середине ?3-х годов возможности традиционной оптики и оптической технологии были в значительной хере исчерпаны и во всем гире- появился болькой интерес ;с прикеневиз POS в сяппеских приборах. Свидетельством этого является введение во второй редакции Мендународной патентной классификации в 1375 г. нового раздела с -ог в 5/32 - голограккы.используемые в качестве оптически? элементов.

Следует отметить, что. за исключением некоторых тривиальных случаев, ГОЭ обычно икеат весьма значительные аберрации, кроме того, при их использовании необходимо- учитывать факторы, влия.с:цпе на дифракционную эффективность, технологическую реализуемость и т.п. Крог.-е того, многие оптические системы с ГОЭ являются не осесимметричнкки. например, за счет применения биаксиальных ГОЭ.

Поэтому расчетная минимизация остаточных аберрации оптических систем с ГОЭ является одним из важнейних условий их практического применения. Однако до последнего времени вопросы теории и методики расчета, а .такке программного обеспечения для автоматизированного- проектирования оптических систем с ГОЭ были развиты недостаточно, что сдерживало применение таких систем.

Нами била поставлена задача' систематизации и обобщения выражений для основных аберраций центрированных и

нецентрированных оптических систем с ГОЭ.

На основе развития лучевого метода расчета в 1973 - 1975 г. нами-был разработан комплекс.программ demos для расчета на БЗСУ-8 нецентрированных оптических систем с ГОЭ. Комплекс программ demos создавался в связи с необходимостью проектирования широкоугольных индикаторных систем с ГОЭ и далее развивался с учетом задач расчета вирокого класса оптических систем различного назначения. В 1988 - 1989 г. была разработана-козая версия de:«s-гс программы для расчета оптических систем с ГОЭ на персональном компьютере, совместимом с ibk pc/at. Программа по основным функциональным возможностям не уступает аналопг:н1,м зарубежным программам.

Переходя к вопросам синтеза и анализа конкретных типов оптических систем с ГОЭ, следует iукатить, что до последнего времени считалось. что ГОЭ могут работать только в когерентном монохроматическом свете -и малом r.i:^ xcuvx, поьтоху некоторые

работа баш яосзяззны таикох вопросам расчета оптически систем мзнохроматоз. напржр, ди задач фстолнтогоафнл и оптической обработки информации . Нами рассматривается более сирояза круг оптических систем с ГОЭ, которые работает в ироком спектральном диапазоне, с нексгерентнымл источниками езета при бэзьиа углах поля зрения.

'На основе анализа оалкесш свойств ГОЭ, ж аберрационных и керрекзкзнл возможностей конзо указать елк^вк© галсазния з которых применение ГСЗ з оптическом щзкеорсстрогка наиболее эффективно;

-формирование изображения а УФ. видимой, КК областях спектра; -построение апохроматов с ' высокой степень?: хоррехпш гбэрраша на основе кинофермных элементов бзз использования особых стекол или кристаллов;

-коррекция остаточных технологических погрешностей изготовления опглеекпх систем с помощью ГОЭ, спзтезирсззнЕПХ на оснсзз топографии деформаций волевого фронта, восстанозлзкноз по интерфзреграммам:

-коррекция"модсеого состава и формование заданного распределения энергии-з пятнз;

-контроль асферических поверхностей, сборок, осевых и внеосевых элементов в процессе изготовления и аттестации-, -построение контрольного канала адаптивных оптических систем; -сканнруйк'з система записи и сч:ггсзееия изображений; -йултяшкашм изебракениг» -широкоугольные иншкаторные системы; -фохусиругазз и коммутирующие элементы кятегральяоа оптики. В настоящей работе рассмотрен синтез новых оптических систем по некоторым из указанных направлений.

Конечно, речь идет не о вытеснении обычной оптики и технологии, а о рациональном сочетании возможностей обычной и голограммной оптики, наиболее эффективном использовании ГОЗ з тех случаях, когда это позволяет по-нозому решить задачу, повысить технические или эксплуатационные характеристики прибора.

Таких образом, цеди и задачи настодаа работа включают систематизация и сравнительный анализ оптических свойств ГОЗ, разработку и обобщение теории формирования изображения оптическими системами с учетом специфических свойств ГОЭ. Создание теоретических предпосылок для эффективного применения ГОЗ путем

разработки автоматизированных кетодсз анализа и синтеза оптических систем с ГОЭ* реализованных в в/лз ксмнлехоа программ на ЭВМ. Синтеза еовых оптических систем для работы в видмо?. к кк области, контрольных схем адаптивных оптических систем, вирокоугользых дисплейных систем, коррекции остаточных технологических аберраций,

1.ТЕ0КЛ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ГОЭ

Обобщенная модель работы оптической системы с ГОЭ включает пять этапов; распространение световой волны от источника до входного зрачка, от входного зрачка до ГОЭ, преобразование световой волны ГОЭ. распространение светозой волны от ГОЭ до выходного зрачка и от выходного зрачка до поверхности приемника излучения.

При преобразовании сзетовоа волны ГОЭ в общем случае меняется фаза излучения (направление распространения), интенсивность и появляются когерентные волны, которые распространяются далее в оптической системе (дополнительные дифракционные порядки).

Обобщенная зрачковая функция оптической системы с ГОЭ имеет

вид:

Р(Р )=> £ а_Л Р Р ' ЛН) ехр(1к Н ЛР.Н.Р')), (I) га, А А 1 ш ш,д т, А

ш

где к » 2я/л; р,н.рга - точки, соответствуйте лучу т-го порядка на входном зрачке. ГОЭ и выходном зрачке; ад(р р^) - амплитудное пропускание оптической системы;б Л(н)-дифракцпонная эффективность ГОЭ; - распределение волновых аберраций, вычисляемое через эйконал системы с ГОЭ;

где м = л'- рабочая длина болны, а0 - д.пгна волны при Записи ГОЭ, ун- первая характеристическая функция ГОЗ,которая разна разности эйконалов опорного и о&ьектного источников при записи ГОЭ.

Оптические свойства ГОЗ уожно описать двумя характеристическими функциями; первая ун - определяет изменение

оптического пути, при прохождении световой волны через ГОЭ и распределение локальных пространственных частот на поверхности ГОЭ, вторая е,. - определяет с^ьеккув сриенташсо яшьаа грсстргЕстзегал частот и слуясг си определения рзспрздаленая дз^ргккяяной "фиктивности при роботе ГСЭ.

Фсртрэзазга изображения .тезой сгптгческсй системой в перзом прибл^ен;::: можо рзссмзтр^ять как проективное преобразование. Хотя з облом случае услозЕя. згсбхсзшэ ш «зстазлкя идеального изображения. не зиолдагсл как да обычных оптических элементов, так и для ГСЗ. ото приближенно позволяет устазсззть бзныз обдие закономерности относительно кардгЕальных „точек, фокальных пзьзрхнсзтей и дпзтерснснно-персппктЕшых псхагвШ иззор2~зн;п!, формируемых нзцгнтр;1роззнЕыми. системами с ГОЭ.

?ассхзтр:ззя действие ГОЗ в рамках халл^зарзсг. оптики, вводя однородно коор~:наты в пространстве прздгегсв и изображений ?.?•, действие многокомпонентной оптической ' системы мэхео отгать матр;о:ей а :

Г' - ?А. . (3)

1, п

а ■ = а т а .. -т а . (4)

Ч.п 1 1,а г п-1 п 1

где а, - матрица ¡-го компонента, т1 | - кагрзца преобразования косрзкнзт из пространства изображении . I - го компонента з пространств: предагтоз 1+1 - га компонента.

Структура у.атрхды. окзазивг . действие ГОЭ. записанного точечными источниками, жзт быть суагствезво' 'угроцзна специальным выбором'систем координат.

Анзлпз кзтрйа фокус'.фУ£':.эго'нзссбс13.'.мзтрэтного ГСЗ показал, что при ф;р:::^о32н:о: изсбрзжния таких элементом кесто

перспентньЕе-дпстсрспснныз псха'ьзия. При определенных условиях зти иокз:-з;:лл могут сыть ' устранены при хслользсвзш дсполлггзльнсй проекционной системы.

В соответствии с. задачами работы нами получены полные вырзнониз из волновых сборргоа' четвертого порядна ' ГОЗ. нанесенного на произвольной шйся поверхности ги.у.г) = о.

Согласно обойденному вура?5к:а эйконала с:глкескса системы с ГСЗ изменен;:;: еоднозой аберрации, вносимое поверхностью с ГСЗ, мо&но записать: • '

л« « д (v - в |1 v ) , (5)

где \" • v. + , у5- зякокзл точечного источника;'»д - до.ишяшьнь» волновые аберрации.внесенные при фзркцроБаж точечного всточша э. Представляя л« в виде ряда по степзЕям х,у,

ли = £ , (в)

1 £ 1 +J а 4

рога

где а^ = £ к^ д(ерчга - л м еорчге>

• РЧГЗ

Коэффпшвдти к^ выражены через коофф'.женты разложения в ряс стрелки поверхности и параметры, опсывагшз калоше»

ксточн1жоб а=(ах а^.е.

Как показывает анализ зтих вкрзжеаа'.фокуа^уакив свойства к астигматизм поверхности с ГСЗ гззисит от параметров, определенных второй квадратичной формой поверхности. Коэффициенты при Солее высокга*стедаь"Я2 разлеясния волновой аберрации зависят такке и от соответствую©!* чззнов разложении уравнения, оцредакгазго Форму поверхности.

Следует отметить, что нами учтены члены разложения велнозе® аберраам, сосеркзшэ степени а^, а^, а* ах к т;Д..которыми нельзя пренебрегать, если угль: падения пучков с нормальк к поверхности гоз на являлся малыми.

Прошение уточненных формул .для волновых аберраций четвертого - порядкз позволяет на ■ стадии предварительного проектировании правильно' оценить возможности системы.

При анализе аберраша сложных оптических систем с ГОЭ решена задача преобразования коэффициентов аберраша, вносимых одной поверхностью при распространении пучка через Еецентрирозавнув систему.На основе этих соотнесений получены выражения для разложения волновых аберраций четвертого порядка в окрестностях реального луча.

На основе излаженных теоретических полойеяка был выполнен анализ аберрационных свойств широкоугольных ГОЗ-, - используемых в индикаторных системах.

В шщйфевааных 'Оптических системах, как правило, фиекявтея осесик;>:°тричные ГОЭ. В зтем случае выражения для

абгррвиш судастзевно упсоэззз и ллучзны согаожния .удабнь® кя ссзжгсткого расчзтг ГОЭ г. обычных итшчесжа элементов у:»о кгвссткыс! методами, нгпрже?. метолом основных параметров Г.Г. Ожсгггзз. 3 этом случае характеристкеекое урззшнгз ГОЭ комо записать 5 вхдз;

п

\'„ = £ у.Ь21 . (7)

1-1

2гя ГОЗ, работающих нэ пропускайте и стрзуезз, введена зхкЕаггзтхз гспзрсиэкнуе псрсгчтра.

Следует отметить, что для страуагщого ГОЗ показатель средней жспзрся:: ззвкс;гг от хрнзгзи подлогхи а только для ГОЭ на плоскости совпадает о показателем средней дкесерсиз для ГОЭ, рабетаглзго на пропускание.

Анализ дисперсионных свойств ГОЗ показывает, что ахромапчеокая кс>:5:зац:гя ГСЭ „"¡кза из обычного материала возмогла, однако в ветхов области обладает в 2 - 3 раза Сольейй остаточном зтор:"зк:': спектром, чем ахроматические :-:омб:Еации смычный линз. Сочетание ГОЭ с двумя марками обычных стекол позволяет создать апохромат' при веско малых оптических сияах компонентов без пспельзззанпя особых стекол ил: кристаллов,

1аш о бргзом, сравнительный анализ ожаш свойств огасжхзтрхчншс ГОЗ показывает, что пржнзниз ГОЭ аналогично совместному хспздьзоззаа асферического слоя из катьриэла с бесконечно большим показателем ■ преломлзкия и особым ходом дисперсии.

Лучеззя модель расчета сягйчэсхюс сие I см с ГОЭ оснозра на применении обобщенного выражения дгд щеоерззоваш луча на поверхности с ГОЗ с учетом дифрзкща на микроструктуре.

¡¡йкроструктура ГОЗ мокет быть описана путем задания характеристической функда уц рассматриваемой как функция трех перемзкных(х,у,г). ' Для представления' гберрзпглных сбойстз ГОЭ достаточно знания распределения характеристической функхцп-1 на поверхности ГОЭ, которое является функцией двух переменных

Эта функция связана-,с вектором локальных простраастиошшх частот в плоскости касательной к поверхности ГОЭ ч . Если ГОЭ записан точечными источниками,, вычислений характеристической

функции и ее произзоднух вкпслийегся шжшст.

В общем случае харгктерпст;язскгя функция мо«ет( быть апроксимированз двумерным полиномом, например;

УК " 2 х1 5,-3 ■ (8)

Кроме того, нами используется комбинированное представление;

Ун " х ^ ** + ■ О)

где дук - характеристические функзи, сформированные точечными ист о чниками.кли формирование характеристической функции путем непосредственного расчета по конструктивным параметрам оптических систем, используемых при записи ГОЭ.

Восстановление топографии язфорхаша двумерных волновых фронтов по интерферзграммам является одной из- обратных задач цифровой голографии,нами рассматривается зта проблема . с. точки зрения теории аберраций и применения дня реализации голографического метода коррекции аберрашаг оптических систем с помощью СГОЭ и контроля оптических деталей, в частности, асферических поверхностей.

Распределение освещенности в фокальной плоскости связано с зрачковой функцией, при соответствующем выборе координат, как известно, преобразованием' Фурье. -Таким образом, в общем случае функция рассеяния - точки (ФРГ) оптической системы с ГОЭ представляет собой когерентную суперпозицию ФРГ. сформованных в различий дифракционных порядках, причем, в каждом дифракционном порядке мошт иметь место ашшация,,, связанная с изменением пропускания' по зрачку вследствие изменения. дифракционной эффективности.

• Размер и интенсивность засветок; вызванных дополнительными дифракционными порядками , определяется путем расчета соответствуваих пучков лучей или методом статистического .моделирования.

Простую прШ-шенную оценку снижения модуля ОЛФ можно сделать • для оптической системы с киноформным компенсатором аберраций.

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ 1РЗЕНЖЗ,'£7.л ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ГОЛОГРА'/.'&'УИ .ОЛ'ГИЧЕСг^й SJEGHTАИ

В Программном КСМПЛОКСО demgs используется следам уровни зожгзг оптически систем (ОС);

1.Иоязль ОС в грпзлвкш кодлинеэрног сяггка.

ОС з облает;; зелновья гберракя 2-4 го тркаа.

3.Лучевая модель ОС.

•L. Мзде ль СС ка основе дифракционной теории формирования изображения.

5.Модель ОС с учетом реальных ошибок изготовления, юстировки, элементов конструкции и свэтозаатгзых устройств.

Зти модели основаны на классической геометрической и $зз5п8сксз оптике , но развиты и дополнены с учетом

голограммных оптических элементов.

Рассмотрим основные возможности программного комплекса

demos-pc.

Для описания исхолнеа информация об ОС и жгашягелшж анфорквш для заполнения разжгая вкясв расчетов разработан специальный язык списания оптических систем (ЯООС).Этот • язык позволяет в удобней для пользователя форме описать исходную информацию об ОС.

Для гаюгрзчмвнх и кзофоршх Элементов, кроме информации определяющей макроформу поверхности. долкен быть задан признак ное, который указывает еа наличие микроструктура, па которой происходят дифракция световых пучков.Для объемных голограмм необходимо задать также дополнительную информации .о параметрах голографическсго материала ( эффективная толзша, модуляция показателей преломления и поглощения и т.п.').Для тонких ГОЭ и КЭ ■ зздается дополнительная информация, о. законе модуляции фазового профиля, которая позволяет опревзлггь распределение энергии по дифракционным порядкам.

Характеристическая функция vH 'может быть задана непосредственно разложением в двумерный степенной ряд и (или) определяется положением точечных источников при ззписи.кром? того, предусмотрены возможности формирования опорного и ош) объектного пучков как семейства нормалей к произвольно заданной поверхности, а такие формировать характеристическую ' функцию как разность эйконалов спорного и объектного пучков, проседзих через

- IS -

всЕсг.сгательаз' огггиче схгл сиггекг.

Зт:-: разнообразие возм юности • фор'.огрозания характзр:"т::чбск:к функции ГСЭ к КЗ xk.3Z-.xfz7 решать глржг круг снзЗгтескЕ задач цхишргззгая оптически систем с ГОЗ :

- расчет к спякзздя .asscsa слстса с секз^сшнйк шо^зрупо: корректором хсвогр^гтяесш и хрс"атичсск:з; ебзррзцц,:;

- расчет с;п:езирсза;2ых гологрзлмкых кзкзксатокэ для контроля о™:кескс; деталей и кскганентоз;

- расчзт с;гто;:"ОЕ?кных гзгзгрзжза- здакатоз для контроля ЯГОЭСТ-СЗ СВСТВК в пропзссе р#ЭТЫ:

и:дол::рзьзнпз голограгичэскол , ксргекек eöeppasss овдчэских систем г енотам с OBi;

- расчет и еппхзггкя ппроксугольныи егггичзеш систем с ГОЗ, записанными в излуках -ш вгр&чнас лучш. с^ошфезззних вспомогательными оппкесюах' сктеяок: и т.п.

Для оценки тегко-йлянсста щздусуотреаз возможность расчета распределения локальных нрострсЕсгвеннУИ частот к характеристической функции в пределах. сьетозо;: поверхности ■элемента. Для изготовления сшвзиооезшх 'ГОЗ и КЗ методами йзн50-хж2©сет шзрош предусмотрен сжтез сабяжв с учетом рэзжинкх вариантов технологического'процесса ( последовательнее, .логарифмические шаблоны и т.я.Ь,

Вшог.квзфкоског для кзлгсе&еш сиггеззревгдах res и КЗ,является шоблемз - сценки' здаш жгрзгаостйй взготг&ыш шропрофш 'на перераспределение 'дифракционной эффективности. Еакн предусмотрено койшроваш» работы :КЗ с учетом, реальных сейЗок Изготовления и статистическое ходозрошзэ &зшш оааЗок Б прзвшх зашш допусков на дифрашонкуа е^фгктивность,

Комплекс DHX-OS-PC иизет средства для ведения архива, который содаржг тштв.шт и результата рззчетов.

В программной комплексе- dehos-jc шрсхЬ используются средства шомой графики, Гра$№сш' вывод -предусмотрен для результатов расчета геометрических и волновых аберраций, диаграмм рассеяния лучей и контурных графиков шш аберраций, 'взолкш, двух' и трехмерных графиков ФИ.ОНФ и др.

Основаа» - кетодои оэтжзада нами аыбрзн вариант демпфированного метода, вшзныаих квадратов (dls), который обеспечивает достаточно . .гфф&швадз ; лжальаув -ьпишашю,

возможность контроля гргзгшг ycxezz и ™.тос:-:о пргз-ЗЕяется для с~;аизэюн: ОС . 3 зпяьз охсгцуатзции веется тзх:-.з

возмо/нссть ззоизнтсз .чгтои ссцле83ш: ГЕЗДИегТОЗ

(ох), могздз переменно;. хгтриа .'лгчгр^-Пеузл.й («о») клз мзтздз пзоЕде-втсрух произзолных (рзо)- п: в:, бору пользователя.

Я хзчоотзс r.tz-y:-::роз ;з:.ч схгэтйкял метут бать пзпзлйзззеы хзнсгрухзикыз пгрзлзгры, ц-.ттезя хоофЛ.-п^зЕТУ , спноыззкна форму .-ог;р£2з;:;й , змздзнил осззохнсстоз, пзкзззгнлл

преломления. пзлг'тоннз нзтзченкоз при записи ГОЗ , кооффи:о:£Нты харзктерлолгчзекзго урзвнонил ГСЗ ал:: :о„ лзрзу.эзгрь! оптжескас слоте::, фзз'нгзуз.ло: гзучгл: при зз:н!:.н ГСО.Предусмотрена возможность задания езя:. иных параметров, а та.-га групповых, нзпржр, поворот ■лгу. здз:г группы позерхностей.

3 связи с прзектирзззнизм сагойзеки систем с переменным увг.-я»к.Е« , 'спзктрэдьных ;; скзнируЕЗоа: приборов возникла необходимость одновременной озггкзздо нескольких оптических систем . нмекппз об'дпэ кзпзтруктизные параметры, но отлчаетгся либо изменением пол:Кения, наклона поверхностей, лйо вводом доп.лып'сльных компонентов.

Ш спглиг^гке таких систем в. программном комплексе demos предусмотрена зозисаость задания конфигураций оптических систем и звздзна специальная группа пзраметров, которые изменяется для хадаз конфигурации, т.е. рвзявезава концепция мультиконфигурацпоиного анзлиза и оптимизации.

' Как известно,' успешный ход оптимизации определяется возможностью ьыбора достаточно эффективного метода, параметров оптимизации и целевых функций.

?орм:гр;вание целевой фуккш в программной кошжхсе demos прзиззодгтея пользователем. В число. олгнмкзируекй функшй могут бходигь зппззг.ные и угловые. координаты луча на любой поверхности 0G, поперечные, угловые и волновое аберрзша в пространстве изображений • и после любой .поверхности дяя осеозного и 9 дополнительных пзетов, хроматические разности аберрзша, расфог 'оировха, астагматизм, коэффициенты аберраций более высоких порядков , размер "Нзрциссного". , изображения,максимальная пространственная чзотота микроструктуры, отклонен:® от услозия Брегга, дифракционная" зффектпвность и др. Д$я каждой фуккгаш допускается задана требуемого значения и весового коэффициента.

- Программный комплекс denos-pc сопряжен с программой jnterf-pc.

которая обеспечизает автоматизированное восстановление и анализ телеграфии деформаций волновых фронтов по интерферограммам

з. с/ктез и анукз озг/ческих жтз/. с гоэ

Как показывает' оразнительный азаяз аберрационных и дисперсионных свойств ГОЭ, применение его эффективно для формирования изображения и коррекции абврраця, причем особые дисперснсвные свойства ГОЗ проявляются в УФ. ендимом и Ж областях спектра.

Рассмотрим сзЕтвз базовых компонентов вкдечагж ГОЗ, а так 86 одну или две лаза и АЛ.

ЗзедоЕио ГОЗ в тонкой дзухликзовой системе позволяет псдуч;гь компонент с исправленным вторичным спектром, сферохрохгтачосксг аберрацией и заданным значением комы, включая ее исправление.

Спектральный явшсе работы тонкого ГОЗ, работа:сдего на 'пропускание,, ограничен спектральной селективностью и появлением дополнительных дифракционных пооядхон, на длинах волн отличных ст основной.

Расчет показывает, что cssseazs ^фракционной эффективности на краях спектрального диапазона ь zá. isa составляет не более Е-12Х, что соответствует а.гх снижения модуля полихроматической 0П5 при равномерном акткничкзх потоке.

Указанный интервал охватывает почти весь видный диапазон при х - ,500 на,' да. - 43s-g3s ¡jm» при а - 3 мк сеодний ш диепсзон: ДА=2.5-3.5 КК. с При X =10 КК, AAxS.S-li.S МК, т.е. практ;гчески интересную часть дальнего. Ж диапазона.

Синтез двухразовых компонентов с КЗ показал, что е зависимости от спектрального диапазона могут быть достигнуты следующие средние по модулю вагадеы вгерягого спектра (без использования стекал с .осс&ж ходом-дисперсии или кристаллов):

ДА,tr.k fДз'|

"i C? I

i

0.44-0.34 j 1 ...Б 10

0.Б -a. 7 I 3 ...S 10~b

í

i -7

i . G.B -0.8 | 3 . . .4 10

При зтоу сумма абсолютных значений см г \ф\ < з.з, z ф « i, а сппгчзскзя сила КЗ 0 -0.01 ... 0.02.

3 каждой комбинации, используя з качестве параметров пропгбы линз и второй коэффициент характеристического уравнения КЗ, мокно исправить сферическую. сферохроматичзскуэ аберрация и кому.

Предельные возгонеости таких апохроматсз в части увелечения фокусного расстояния и повышения относительного отверстия ограничены остаточным вторичным спектром, что позволяет получить, например, f = im при f » 4,r = я м при f = б, г=4мприг = а и f = 7.5 м при f = 12 для ксмб:изции КЭ.Ф1.КЭ. Увеличение относительного отверстая при меньших фокусах ограничено выезгими порядками сферохрсхатической аберрац;н:. которые удается уменьшить только подбором соответствующих марок стекол.

Дублет с КЗ кокет быть использован з качестве светосильного фотографического или коллимзторнсго объектива. Изготовлен объектив "Ионар-К" (г = зоо. i:3.g, 2и * 2°22'), измерений вторичного спектра показало полное соответствие расчету, фотографическая разрешзюцая способность на пленке KH-I з центре поля зрения 80 мм-1, остаточная волновая аберрация пмз<о.оза при л = еэ2.8 ни.

При создании светосильного коллиматорного объектива "Иопар-13М" (f'= 233, 1:1.8, 2« - 10°) была выполнена коррекция быссих порядкоз сферической и сферохроматической аберрации, причем при подборе марок стекол были использованы только стекла стойкие к спецвсздегствиям. В поле -ю' получено дифракционное качество изображения в спектрэльном диапазоне эоо-юоо нм, что подтверждено результатами испытания объектива.Объектив отличается от аналога меньпшм числом линз (3 вместо 5) и значительно лучшим исправлением вторичного спектра.

Синтез более Еирокоугольных апохроматов-анастигматов основан на применении план-астигматического компенсатора в сочетании с базовым компонентом. КЗ может быть использован такт в составе афокального компенсатора сферической аберрации и комы.

Созданы апохроматы - анастигматы "Ионар-Г (f'= зоо, i:4.s, 2u=8°), "Конзр-im" (f'= 300, 1:4, 2w ■ 8°, с ВНУТреНЕеЯ фокус^фовкой) ,"Ионар-2" <г- 4 м, ьа. ги - 4°), "Ионар-Зк" (f'«700, 1:4.5, 2у'= 1В), "ВзрИО-ИОНЭр Г (Г =700-2450, 1:5.6-1:19.6,2и=3°30'-1°, с перемвнным ФОКУСНЫМ

расстоянием).

Все разработанные объективы с КЗ отличаются от аналогов

уменьлзнЕым на 30-403 числом линз, отсутствием ДСрОГООТОКДИХ и нестойка опгэтзсюе материалов, лу-ией кзррекзег йеррэдиг.

Исследования гксперимзЕтальны:: образцов сбьзктивов, с КЗ показан:, что для 6-8 урозкевых КЗ, изготовдзееых методе;.; ионной полировки,достигается значения дифракционной эффективности 89-912, близкиз к расчетным значениям. Разработан и зае-цен авторским свидетельством метод изготовления КЗ с повышенной яфгшошат Эффективностью, за счет более точного выполнения гросса Еайольсегс фазового скачка.' Измерения вторичного спектра .модуля СПФ показали практическую возмоезооть создания высоксразрешаюаих апохроматов-анастигматов ез базе КЗ, без использования особых стекол или кристаллов. Разработанные объективы отлетаются такяе значительно меньпзй терморасстр; ;ш^емооть': по сравнению с аналогами.

Измерения остаточного рассеянного света показали, что его велич^а определяется остаточными сайками изготовлена КЗ и наличием дополнстельных дифракционных порядков,выззэнных спектральной селективностью и квантованием по фэзб при изготовлении КЗ. Коэффициент светооассзяния составляет 5-ЮЯ при угловых размерах черного тела 0.5 -3° уменьшается при увеличена; размеров черного'тела.

Поскольку светорассеяние, вызьаннсз КЗ.сннгазт модуль ОПФ на очень низких пространственных частотах и корродировано с формируемым игобравением, для устранения его влияния рекомендуется применение призмникоз, которые поззолявт фнльтрозать низкочастотную состаьлягдув (телевизионные приемники, ПЗС, некотсрыз типы.термопласпраских приемников и т.п.) пли вторичная обработка получаемых изображении. Весьма эффективно применение ебьектизов с КЗ в темнопольных -системах, звездных датчиках, коллиматорах и т.п.

Ее рекомендуется применять сбъектюы с КЗ, без фильтрации дополнительных дифракционных посядузз, при повышенных требованиях к остаточной зехккне рассеянного света, например, в обьедтизах коронографов и т.п.

Разработай* так^з высокоапе;"турные ыикрообъективы с КЗ. Изготовлен и испытан кихрообъектиз планохромат ¡" = м'а = о.5, предназначенный для работы в свете лкминисденшш при исследовании биотехнических обьзктов. Достигнута разрешающая способность 1500 мм"1.

йагэ?.?фс?гны объективы с КЗ (г«гзо, ы.м) для роботы з ДзгьЕзм Ж диапазоне. Грозетено сравнительное исследование 1-2 гяпозкх объективов с есфзрикеа к КЗ. 3 сбьекткз с КЗ без с~ удалооь существенно гозысить качество изобраязния, при зтом сохранилась уменьшенная тзри..расстрз;зсе;.:ссть объектива. Пространственная частота КЗ менее С мм"1, что позволяет зчпашга его из сфергчзсхаг поверхности к достигнуть высокой п4-ргхспоз?с2 зКектгнзностл. Разработан телескот с КЗ.

На основе рззраготгаш методов рзссчстан и реалвеззя сгл азтокслзгхэшенза схем. основан ига па использовании бинарных фазовых КЗ. &гя контроля ас'ерич'"ок:у. псзерхнсстей в процессе изготовления и аттестации ("ирогрес: -2" к др.).

Разработаны прит-Инты гс-строгЕн? контрольного канала на сснооэ ГОЗ дгя заботы адаптивных сггпг-зских систем. Такой канал позволяет поручить полнуз тшформа из о деформациях поверхности главного зеркала агалгшогг телеокопа с псмоцьй дагша волнового фронта, расположенного Еблпзи фокагъноа плоскости, без изменения ходз лучей в основном канале.

Полученную кЕфоршня кош» использовать для управления формой глазного зеркала ■ или вторичной обработки получаемого изображения, Исследована корреляция аберрации в тантрольном и рабочих каналах и пробега неоднозначности пои яюврнретася результзтоз ксн™оелг. Выработанное рекомендации есзвлеевт устранить неоднозначность, нагр;этр, путем формирования негомопеЕТрическоге пучка г.рл ограагзи! от контролируемого зеркала с ГОЗ.

Разработанные методы пспользгбшы при расчете и моделировании лазерных оптически;: слотом с 03? и автрольвя каналом с ГОЗ.

Весьма перопектиЕГ-:'.; кзпра&кн зк применения сбгеузых фззезых ГОЗ является сознание огласка кгджаторнкх {дисплееных) систем для пилотов самолетов и зертсивтов.

На основе анализа аберрационных сзойстз еирекоугсльнл гоэ разработаны я проведано построение иняжатерныг систем нз базе биаксизльных ГОЭ и дэподогге/к нх лрсекцнзнЕо-лоррекпфукцих лгезезтх з/емонтоэ.

:*ссг-зс-ззн;5 ' схем с гг.? со рачительной нес;.23 частотой, пекзззг;!, что . а этл схемах достигается увод нз поля зрения бликов нулевого порядка, что сЕи.т,:ет требование к качеству ГОЭ. однако из-за знэч'.ггельног пегг-р- ч;-ш хроматической аберрации

требуется праквнэиш лазерных феркароватаюг изобретения. Ли использования формирователей изобрг-кения Еа база узкопзлосной ЭЛ. требуется использование схз:.: с практически нулевое несущей частотой или компенсация хроматизма, Расчетные' исследования показал;!, чти при использовании ГОЗ Еа сферической подложке с коррекглрулзй линзовой системой. вклячаиазй децентрирозанные линзы ил;', шнсвсг ыешт, кож о получить удовлетворительные исправления аберрацз ь полз ~ 20x3Т при Еыносе зрачка - 4...6 г к светосиле ? - I.

Следует •овеярь. что в згих схемах диаметры лгнзсвшс элементов значительна кеныз, чем размер ГОЗ, котсрьй работает как комбинирующий элемент, обьеданялай пола индикации с полем прямого видения оператора.

Разработана оригинальная г-образная схема индикатора, ссЕОзанная на применении днух отражательных ГОЗ и ■ центрально-симметричного проехцксЕн;го объектива. Согласно анализу ъ области коллкнеарней оптаи и аберраций 2-го порядка, такая схема может быть исправлена в' части дисторсионных и астигматических искажений. При огггшзаага с учетом аберраций широких наклонных пучкоэ причлось ь окончательной схема несколько отступить от условия симметрии проекционного объектива. ПолучеЕная схема отличается ст отечественных и зарубежна аналогов псвшенным качеством изображения при значительном выносе зрачка и калах габаритах опипесюа элементов проекционной системы, Результаты оптических испытаний изготозлзнной системы Показали, что она в основном соответствует расчету.

Создана также проекционная индикаторная система для автомобилей на база пропускавши ГОЗ с ахроматизацией без использования дополнительных линзовых элементов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЫА1Н РАБОТЫ

1. Математические модели и методы расчета оптических систем с ГОЭ в области коллинеарнсй, гауссовой, лучевой, волновой мотки и дайшсташ теории формирования изображения, которые позволили адекватно описать работу оптически систем с ГОЭ и явились теоретической основой системы автоматизированного проектирования таких систем.

2. Основные алгоритмы и принципы построения интерактивного комплекса программ для автоматизированного проектирования нецентр'фовззныг мультиконфигурационных' систем с обычными и голографжскими элементам;!.

3. Георга и методика синтеза. апохрокатических компонентоз на • базе ¡а с исправленной сферохроматической аберрацией и комой.

4. йззультати синтеза апохрсматических компонентов с !СЭ в видимой и Ж областях спектра и разработка йа их асЕове- еовых типов светосильных колжаторных объективов-апохроматов и апохроматов-анастигматов,- отличакщхся от аналогов,построенных на базе особых стекол или кристаллов, уменьшенным числом линз, • массой и кенмеа терморасстраиваемостыз. Результаты анализа Испытания экспериментальных образцов ойьективов с КЗ. Рекомендации по их рациональному применению,

5. Теория и методика восстановления" топографии дефордацка вох»:овых фронтов по . интерферограммам, полученным высокоапертурными пучками-, основные. алгоритмы, 'которыз явились теоретической основой комплекса 'программ' для восстановления и анализ топографии волновых ■ фронтой,. расчета корректирующих элементов, ряда частных метода'контроля, аттестация, изготовления методами кснно-химкческоа полировки асферических поверхностей и ретуши.

6. Принципы построения и результаты теоретических исследования контрольного канала с ГОЭ для адаптивных оптических систем.

. 7. Результаты анализа коррекционных возможностей скрокоугольных голограмкньн оптических элементов, методы построения гирокоугольных дисплейных систем . со .-Значительным выносом выходного зрачка ва базе одного или дэух биаксиальм ГОЭ.' разрзботанны оптические схемы даикаторйд систем.отличающиеся от

- 26 -

аналогов уиеньяевныии габаритами и jsccqä.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Монография:

1. Ган М.А., -Теория и метзды расчета телеграммных и шофоркньа охгййяесках элементов, .1 ГОИ, 1964, 140 стр.

Статьи, тезисы докладов. автср:кие -свидетельства:

2. Ган М.А.. Оценка структуры изобранения. формируемого ■ оптическими системами с голографлческим компенсатором, Тезисы докладов-II Всесоюзной конференции по голографии,-Киев, IS7S, ч.2, ■ стр. 5.

3. Ган К.А.. Изяелнрзазниз на ЭЕМ голографической коррекции аберраций' ояпизсда систем. Оптика и•' спектр., • 1376,ц. 4. сур. 852-859, ..

' 4. Ган У.А.. Кузплик Ю.Е.,. Лучевой метод анализа томографических оптически зл2>ентов. жниПФиК, • 1976, з, стр. 202-205.

5,' Ган U.A.. Коррекция хроятичесш аберраций опдаесж систем с голоГрафкчесшц элементами, Тезисы дсклздов X НТКЕ, ГСИ, IS78, стр.'167-168,

8. Ган К.А.", Устинов {¡.И.. Екч<:слеыиз полихроматической СПФ с помощью быстрого преобразования' Фурье, Тезисы докладоа X ШЖЗ, ГОИ, IS78, стр. 163.

7. Ган М.А.. Методы pt счета • сшических систем с гологрзфичзсши э^кззташ, Олткеская голография, ДНШ, л., 1977, стр. 5-7. ■ ' ' . ■ ,

8. Ган К.А., Устав СМ.. Кетлекс программ для обработки шлърфзрограм;.!, Материалы Всесоюзного семинара. "¿угоды контроля элементов и систем астрсогггкки". М.. 1877. стр. 19-21,

9. Гаа К,А., Котов Б.В.. Сергеев Я,А.. Устинов С.И,. Цшссевич H.H., ООрзбот:» шггерферограл на ЭВМ а й^дей-вш» функции рассеянии точки и отчгаим иредатоадей функш при коатро« к тот сетнчпсш сисш, ода, im,« s, стр. 25-28.

10. Iba. U.A.. Йлгода расчета н исследован®'- дифргдаоааоа

структуры изображения, формируем)ro оптическими системами с гслографическимк элементами. Те;псы докладов а Всесоюзное • конференции по голографии. Л.. I97S. стр. 99-IC0.

11. Ган М.А., Устинсв С.И., Сравнительный анализ глобальных и локальных методов обработки интерфЕрсгрзмм. 'йтеризлы Всесоюзного семинара "Методы аттестационного шнтроля оптических деталзй и систем зстрсприбороз", У.. IS78. стр. 10-12.

12. Ган М.А., Аберрация третьего порядка и основные параметры ГОЗ, Оптика и спетр., 1979, .17, 4, :тр. 759-783.

13. Ган М.А,, Ильин 3.3., Кс.'сз В.З., Первеев А.О., Ионная зональная ретузь-эффективноз с;едстзо улучшения качестза оптических систем. Тезисы докладов II Всесоюзной конфоренси "Оптика лазеров", Л., 1379, стр. 373.

14. Ган М.А., Образцов B.C., Сравнительный анализ' двух когерентно-оптических методов получения оптической пзредаточнзй функции при изготовлении фйльтзоз для улучшения качестзз изображения. Труда ГОИ. 1979, т. 44, вып.178. стр.89-100.

15. Богатырева И.И.. ГаЕ М.А., Расчет влияния зональных ошибок на качество изображения оггдаесш систем, ü'O, 1930, н II, стр. 19-21.

16. Ган М.А., Рябова Н.В., Исследование качестза изображения создаваемого фазированным состашм зеркалом. BEI, IS8I, м 8. стр. 25-28.

17. Ган М.А., Устинов С.И,. Теория и программное обеспечение расчета и проектирования оптических систем с ГОЭ, ВсесовзЕЬШ семинэр "Голографичесхие оптические элементы мя науки и техники", М..ВЛНХ. IS8I, стр.2.

18. Ган М.А,, Устинов C.J.., Моделирование изображений тест-обьектоз с учетом реальных аберраций оптически систем. Тезисы докладов на I Всесоюзной кс пференш® " Лвтоматизировашю системы обработки изображений (АС'ИЗ - 81)", »., Наука,' 1981. стр. 37.

IS. Ган М.А., Устинов С.И., Моделирование на DEM адаптивной огптаесксй гистекы телескопа, Тезисы докладов на И Всесошной конференции. "Оптика лазеров", ГОИ, Л.. 1981. crpi 259.

20..Богатырева О., Газ М.А., йегорскзя К.Д.. Первеев А.Ф.. Фролова Н.П., Ккнофсрхные оптическте элементы в лазерной техшие. Тезисы дошив на ¡11 Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", ГОИ. Л.. 1981. стр. 350.

ZI. Ган К.A., Оцзнха полихроматических передаточных функций ецггаческик систем с пдографивасш элзмзетш, Ipyst ГОй, т. '45, ВЬШ. 180, 1982, стр. S5-B9. , .

22. ГаЕ И.А., Хомьззэз. Г.Н., íübbhob U.A., СкоксровсШ "Б,И.. Устинов С.И., Изготовление и исследование -объективов болыого. солнечного . вакуумного т&лескозг (БСЕ1), Исследования по геокагЕетазму, аэрономии физике ссшца. "Наука"-. В.. ISQ2еш.89 СТр, 212-231.

23. Ган М.А.. Устинов.С,К.. Иодзлкрованке на 33!,í двумерных изображении тест-объектов с учетом реальных аберраций оптических систем, Труды Ш. Т. 51, вып. 185, 1982. стр, 28-32.

- 24. Богатырева И-.й.,- Tea -U.A.,. Коррешоннкз вогмоююста оптических систем .■-с' шюфррмньш элзменташ, Всесоюзный сехияар по теории и расчету оптических систем, Сборник материалов,ТОЙ, Л., 1963, стр. I85-I9I.

25. Ган М.А., Максшоз, А,Г., Новосельша В.В.. Семенов Г.Б.. Голографвдеская .мгшвская система для отображения информации в поле зрения наблюдателя, .авт. свив. « 302530.

26. Ган М.А., Котов' В.В., ■ Устинов с.И., 'Анализ деформация волновых фронтов реальных оптических систем, ОШ, 1984, n ,5. стр. 17-20. '

27. Ган М.А., 0 точности определения'ЧКХ. ВЕиПйй. 1975, 4, -стр. 289-272,

28. Баранова А.Л., Ган М.А,, Жуковская А.К., Устинов С.И,, Ходакевич .E.H., .Опыт обработки результатов интерференционного контроля формы оптических погврзшостеа' с помощь» ЗМ, "Металлоопткческие ■ элементы из 'Сериллия", Тезисы докладов I Всесоюзного совещания, Каэв, 1985. :тр. 135.

29. Ган М.А., Устинов С-И.. Коюйвкс программ intehf и перспективы его ■ .развития, "Ыешлоошческш здекенты из бериллия". Тезисы докладов I Всесоюзного .со&эцания, Киев, 1065, стр. 133.

30. Богатырева И,й., Ган МЛ., Кщфорда©.объективы для ■работы в широкой спектральной области, "5 Всеспизвая конференция по голографии". Тезисы докладов,'..Рига, 1985, ч.1, стр. IS3.

31. Бубис,И.Я., Гая М.А., Кузнецов А.И.. Робачевская В.й.. Флеяшер AiF., Изобретай® "йнтврфз »»®тр fttö- контроля оптических поверхностей", Автор.спид, n lEeSBfi-t от 08.Ш.83, Si. стер. изоб. бюл. к I. IS8A. стр, i59.

82. Бсгатарезэ И,И., Ёолоссз Л,С., Гая М.А., Кзсбрететв "Фотографически объектив",' Авторскоэ свидвтэльстзо n 1151905, ЯОК. 6, н 15, 1935, стр. 143.•

33. Гая М.А., Лолгих С.Г., Котоз 3.3., Устинов С.И., Хзхз?лйи0-в&сгятельзы2 коювк: для обработки интерфераграмм, СУП, 1933, N 3, ста. 42-15,

34. Газ М.А,, Устинов С.И., "озезогрсззние оптически систем с реальными ошибками изготовденюч псвзрнностеа, с:.Е, 1933. м 7. стр. IG-20.

35. Ган М.А., Перзоеп А.Ф., :йясфсрмнгя оптика- свойства и проблемы рационального применения, Известия A3 СССР, серия ' физ., Т.52, выл. 2. 1933. стр. 210-218.

'25. Ган м.а., Устинов С.и.. Компенсационные метод доеош оппгзесхих систем, G!ffl, 1937, и II, стр. 725.

37. Ган М.А., Математическое■ Моделирование адаптивных оптических систем, в сб. "Атмосферная нестабильность и адггггизяыа телескопы". Л.,'Наука, 1963, стр. 63-73.

38. Ган :la,, Еданов'Д.Д., Ксзосельскиа Б.В., Устиесв С.И., мзтомзтизироззнззе проектирование Езцентрированных оптических систем -с помоцью программного- комплекса demos; в сб. "Конструирование и технология изготовления космических прибороз", М. Наукз,' 1983, стр.^О-зО.-

39. Ган М.А., Ермаков Б.Д. ». Есысов Д.Н., Захаренков В.Ф., Рябова К.В., Серегин А.Г.. Сшроь З.Ц;. Устинов С.И.. Проблемы фазирования . крупногабар;ггЕого ■ составного адаптивного зеркала космического телескопа для -астрономм. Труды ГОИ. Л., 1989, т. 74, ВЫП. 2С8, стр. '42-54.

40. Грамматин А.П.',-Газ М.'А.-, Лерве'ев А.Ф,. Ларина P.M., Горбунова В.А., Иванова Б.М.,, Обьсктка микроскопа с кинофоркнкм глекентом. Труды ГОИ. Л., 1939, т. 74, выл.'208, стр. '65-72.

4L Газ М.А., йдакоз'-ДХ, Новосельсш В.В., Успшов' С.И., Автоматизированное проектирование нецентрированнкх ■ оптических сйстец с помощью программного комплекса. démos,. з сб. тез. BCÔC0S3. сехввара "Автоматизация црЬзнтировзш оптических систем". Л., ГОЙ, -1989, стр. 9-17.

42.' Ган м.А., Потемия И.С., Моделирование оптических систем с обратной связью, в сб. 'тез. Еседсюз.• семинара "Автоматизация проектирования оптических- систем", Л.,1939, стр. 93-100.

43. Ган Ai, А., Устинов С.й.. Моделирование реальных оптических

систем с малым градизнтом показателя преломления, в об, тез. Есесссз. семинара "Автоматизация проектирования шшя енотом", Л,, IE89, стр. 197-20?.

44, Ган '.'.А., Грзмматаг А.П.. ¡.'атемзтэтеекзе моделирование сптнчесхих систем на стадах разработки и изготовления, ОС.

N I, стр. 9-12.

45. Ган М.А., Иванова И.Е., Устинов С.И.. Комплекс программ iNTERF дгя обработки интерАзрсграмм при контроло спттлескнх деталей и систем. СИ, 1320. n II, стр.'05-72.

48. Ган М.А., Усшов С.И., Прогнозирование псггхроматических характеристик качества изображения на основе zssspesöt зрачковой фуНЕГГЛ, СИ, 1590, N 2., стр. 29-32.

47.Ган H.A., Агурез Б.В., Аьицзнкз Л.3.,,Молочников Б.И., Морозов В.к., Устееоз с.и., ;ьтерфоренпионн!в измерения двумерного распределения профагя показателл преломлен;« в гредагтгх волоконный оптических элементах, С;Л, I9SD, s 7. стр. 26-23.

48. Ган «.А.! Иванова и.в.. Котов В.В., Устинов С,И., Исследозанпз точности воостанозлзния волновых фронтов при обработке ПЕтерфзрсграмм, СИ. 1Э93, n е, стр. 17-20.

49. Ган М.А., Потоки С., П.пззшв построения контрольного канала телеокопа на основа голограмеых оптических элементов, С:£1, 1990, N 10, стр. 20-23,

50. Ген М.А., Куликовская H.H.,' Асферические повзрхнгстп в оптических приборах, СИ, 1930, и II, стр. 3-12.

51. Ган i!.А., Пстемин И.О., Исследование и синтез оптических систем с голографпческ:з;и элементами в области аберраций биоейго порядка, в сб. "ВДргкцаонная■ оптика,. Козые разработки в технологии г применение", M.. 1991, стр. ИЗ.

52. Ган М.А., Потеки И.С., Гслографноский контрольный кйал адаппзных оптических систем, в'сб. "Дифракционная оптика. Нйьыэ технологии к применение", M., 1991, стр. 114.

53. Ган Mi-a,, Кланов Д.Д., Ксвосельсш В.В... Устинов СЛ., Федоров А.О., Проектирование оптических систем с киЕоформнымй и шограшьми оптический элементами на персональЕьа компьютерах, в сб. "Дифракционная силка.. Новые технолопи и применение", М., IS9I, стр. 115-11?.

54. Ган'H.A., Старков A.A.. Кивофориыя штнескиа а*»у<чт в системах для КК области спектра, .в сб. "Дифракционная oaíiata. Новые технологии и применения", №.. 1991, стр. 120.

£5, Газ У.А., Поткет И.С., Ксследозазз злинкя лол:?;енхя я фор.уы сферггческсп аодгскк щи записи гслогргфкческого оптического элемента на работу контрольного канала телескопа, CVH, 1991„-к 5, стр. 16 - гг.

58. Gnr. М.А. , Optical system Kith holographic and fclnoform elements, Proc SPIE 1SES, vol. 1135, p. 150-15-1.

5v. Can K.A. , Potyriin I.S., Holographic testing canal of adaptive optical systens, Proc. SPIE 1931, vol. 1Б07. doo. 30.

EC. Can M. A., Kinoforn long focal lenses for astronomy, Proc. SPIE 1M1, vol. 1271, doc. 43.

£9. Сьп М.А. , Ustinov S.I., Alignment of multlelement lenses on the basis of the interfurogram computer-aided analysis, Prcc. SPIE, 1991, vol. 1271, doc. 42.

GO. Сгп М.А. , Potyenin l.S., Poszlr.ekaja 1.1., Apo-tele lenses with kinoforra elements, Proc. SPIE, 1ЭЭ1, vol. 1E07, doc. 73.

61. Ган У.А. .Похищая K.K., "УалолинзоЕья термсзерас-страезэемый ебкктнз", заявка If 4725035/10 от IB.03.1539 г., полойпельнов резание о выдаче авт. сеид, -от 25.12.1990 г.

82. Ган М.А.. Грамматин А.П., Кузнецов M.D.. "Объектив микроскопа", заявка t; 4917373Л0 от 07.03. 1991 г.. шшительное ресениЭ'О выдача авт. езид, 28.08. 1991 г.