折/衍混合长焦深成像透镜的消色差方法

摘要

本发明属于光学系统设计领域，本折/衍混合长焦深成像透镜消色差方法是以对数光锥为混合透镜的整体位相结构，依据折/衍混合消色差原理，通过一次分配光焦度确定长焦深成像物镜中折射元件与衍射元件位相函数分配的方法；位相函数重新分配后，折、衍元件功能明确：折射元件只承担部分光焦度；衍射元件的位相函数由扩展焦深项及消色差项组成，不仅用于扩展焦深，改善光强分布，还依据消色差条件分担了部分光焦度，其设计、分析过程简单，既能确保焦深范围设计的灵活性，又能够在可见光波段内消色差，同时可以避免折射透镜光焦度过大而导致的单色象差增大。

主权项

1.一种折/衍混合长焦深成像透镜的消色差方法，包含从物方至像方按顺序由折射透镜L1、衍射透镜L2组成的结构，长焦深成像透镜的整体位相函数φ_h(r)以及折射透镜L1、衍射透镜L2相应的光焦度1/f_r、1/f_d，其中${\mathrm{\φ}}_h\left(r\right)=-\frac{1}{2a}\ln (1+\frac{a}{d_1}{r}^2),$$a=\frac{\mathrm{dof}}{R^2};$$\left\{\begin{array}{c}{f}_r=f\left(\frac{V_r-V_d}{V_r}\right)\\ f_d=f\left(\frac{V_d-V_r}{V_d}\right)\end{array}\right.;$$f_r\left(\mathrm{\λ}\right)=f_r\·\frac{n-1}{n\left(\mathrm{\λ}\right)-1},$$f_d\left(\mathrm{\λ}\right)=f_d\·\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_d}{\mathrm{\λ}}\right);$其特征在于折射透镜L1的位相函数设计为φ_r(r，λ)，衍射透镜L2的位相函数设计为φ_d(r，λ)，且衍射透镜的位相函数由两部分组成：一部分是消色差项另一部分是扩展焦深项φ_d0(r)，其中${\mathrm{\φ}}_r(r,\mathrm{\λ})=-\frac{r^2}{{2f}_r\left(\mathrm{\λ}\right)};$${\mathrm{\φ}}_d(r,\mathrm{\λ})=-\frac{r^2}{{2f}_d\left(\mathrm{\λ}\right)}+{\mathrm{\φ}}_{d0}\left(r\right),$${\mathrm{\φ}}_{d0}\left(r\right)=-[\frac{1}{2a}\ln (1+\frac{a}{d_1}{r}^2)-\frac{r^2}{2f}];$式中，φ_h(r)为长焦深成像透镜的整体位相函数；r为透镜的径向坐标；d₁为透镜的前焦点；dof为折/衍混合长焦深成像透镜的焦深设计值；R为透镜的最大半口径；f为混合透镜的焦距；f_r、f_d分别为折射透镜、衍射透镜的焦距；V_r、V_d分别为折射透镜、衍射透镜的等效阿贝数；λ、λ_d分别为透镜的工作波长及设计的中心波长；n(λ)、n分别是波长为λ、λ_d时折射透镜材料的折射率；f_r(λ)、f_d(λ)分别是波长为λ时折射透镜、衍射透镜的焦距；φ_r(r，λ)为折射透镜的位相函数；φ_d(r，λ)为衍射透镜的位相函数；φ_d0(r)衍射透镜的扩展焦深项。