專利名稱：非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)及體全息存儲光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傅里葉變換全息攝像的記錄、再現(xiàn)用的傅里葉變換光學系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，作為三維存儲技術(shù)的體全息存儲技術(shù)，由于其具有數(shù)據(jù)存儲密度大、傳輸速率高及讀出時間短等優(yōu)點，已成為存儲技術(shù)發(fā)展的重點。在體全息存儲系統(tǒng)中，一般采用傅里葉變換光學系統(tǒng)存取數(shù)據(jù)。
典型的體全息存儲光學系統(tǒng)，其包括一前組傅里葉變換鏡頭及一后組逆傅里葉變換鏡頭兩個鏡頭系統(tǒng)；輸入面，一般為空間光調(diào)制器(Spatial LightModulator，SLM)，置于前組傅里葉變換鏡頭地前焦面上，平行光入射到輸入面，衍射光經(jīng)前組傅里葉變換鏡頭成像在其后焦面上，后焦面也稱為頻譜面，為記錄介質(zhì)；而該頻譜面置于后組逆傅里葉變換鏡頭的前焦面上，頻譜面的頻譜像經(jīng)后組逆傅里葉變換鏡頭成像在其后焦面上，后焦面也稱輸出面，一般為CCD(Charg-coupled Device)或CMOS(Complementary-Metal-OxideSemiconductor Transistor)。
在體全息存儲光學系統(tǒng)中，前組傅里葉變換鏡頭與后組逆傅里葉變換鏡頭可采用不同的兩個鏡頭系統(tǒng)；也可采用同一個鏡頭系統(tǒng)，該鏡頭系統(tǒng)的正向光路結(jié)構(gòu)作為前組傅里葉變換鏡頭，其逆向光路結(jié)構(gòu)作為后組逆傅里葉變換鏡頭，該逆向光路結(jié)構(gòu)為其正向光路結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)。
傅里葉變換鏡頭對衍射光成像的特點，決定了鏡頭需滿足以下設(shè)計要求(1)對兩對物像共軛位置控制像差；第一對物像共軛位置物在無窮遠，光闌在前焦面，像在后焦面；第二對物像共軛位置物在前焦面，光闌在后焦面上，像在無窮遠處。(2)平行于光軸出射的主光線滿足正弦條件；(3)消除各種單色像差，達到衍射受限。
為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊及高密度信息存儲，要求傅里葉變換鏡頭具有較短的焦距；為提高存儲密度，要求增大物面并減小衍射光成像面大小，即要求采用非對稱結(jié)構(gòu)的傅里葉變換光學系統(tǒng)。
然而，目前的非對稱傅里葉變換鏡頭一般采用非對稱的5片以上球面透鏡結(jié)構(gòu)形式，其難以滿足體全息存儲技術(shù)對傅里葉變換鏡頭的結(jié)構(gòu)緊湊化之需求。
有鑒于此，有必要提供一種非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)及采用該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的體全息存儲光學系統(tǒng)，其可具有結(jié)構(gòu)較緊湊像質(zhì)較佳等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
下面將以若干實施例說明一種非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)及采用該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的體全息存儲光學系統(tǒng)，其可具有結(jié)構(gòu)較緊湊像質(zhì)較佳等優(yōu)點。
為實現(xiàn)以上內(nèi)容，提供一種非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其從物面到頻譜面，包括一具有負光焦度的第一透鏡組及一具有正光焦度的第二透鏡組，其中，該第一透鏡組由二個凹面相對的一第一彎月型負透鏡及一第二彎月型負透鏡組成，該第一彎月型負透鏡的凸面朝向物面，該第二彎月型負透鏡的凸面朝向頻譜面；該第二透鏡組由一正透鏡組成，該正透鏡的朝向物面的一透鏡表面為凸面。
為一方面保證滿足正弦條件，另一方面有利于球差及軸外像差校正，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)應(yīng)滿足約束條件(1)～(3)
0.1＜R1R/f＜0.4……(1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1……(2)
0.1＜d12/f＜0.3……(3)
式中，f非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的焦距；
R1R第一彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
R2F第二彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
d12第一彎月型負透鏡與第二彎月型負透鏡之間光軸上的空氣間隔，也即第一彎月型負透鏡與第二彎月型負透鏡相對的兩個凹面的光軸上的間距；
其中，當R1R大于條件(1)的上限時，正向光路的球差和正弦差向負方向過分增大，逆向光路的軸外像差增大。當R1R小于條件(1)的下限時，產(chǎn)生與上述相反的現(xiàn)象。
當R2F大于條件(2)的上限時，正向光路的球差、正弦差向正方向增大，逆向光路的軸外像差增大。當R2F小于條件(2)的下限時，產(chǎn)生與上述相反的現(xiàn)象。
從上述可知，利用R1R及R2F的變化，可以校正正向光路的球差和正弦差，當R1R和R2F在條件(1)和(2)范圍以外任意改變時，正向光路的球差和正弦差很容易校正，而逆向光路的軸外像差向負或正方向過分增大，此時校正很困難。當R1R和R2F滿足條件(1)及(2)時，逆向光路的軸外像差可以校正。
當d12大于條件(3)的上限時，正向光路的球差正方向增大，同時正弦差負方向增大，因此球差與正弦差的分散太大而導致校正困難，并且逆向光路的軸外像差也難以校正。當d12小于條件(3)的下限時，產(chǎn)生與上述大于條件(3)的上限時的相反的現(xiàn)象。d12兩側(cè)的曲率半徑R1R和R2F在條件(1)和(2)的限制下，將d12減小至大于條件(3)的下限時，有利于逆向光路結(jié)構(gòu)使具有較小數(shù)值孔徑較大視場角的光線通過。
因此，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)滿足約束條件(1)～(3)時，其正向光路具有較大數(shù)值孔徑及較小視場角，其逆向光路具有較小數(shù)值孔徑及較大視場角。
優(yōu)選的，為較好的校正場曲，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)還應(yīng)滿足約束條件(4)～(5)
n3＞1.7……(4)
n3-n2＞0.15……(5)
式中，n2第二彎月型負透鏡的材料折射率；
n3第二透鏡組材料折射率；
其中，當?shù)诙哥R組材料折射率n3小于條件(4)的下限，并且與第一透鏡組中凸面朝向頻譜面的第二彎月型負透鏡材料折射率n2之差小于條件(5)的下限時，逆向光路的場曲較難校正。當?shù)诙哥R組材料折射率n3滿足條件(4)，并且與第一透鏡組中凸面朝向頻譜面的第二彎月型負透鏡材料折射率n2之差滿足條件(5)時，也有利于各種像差的校正。
更優(yōu)選的，為保證系統(tǒng)合理的光焦度分配，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)進一步滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9……(6)
式中，f3第二透鏡組的焦距；
其中，當?shù)诙哥R組的焦距f3大于條件(6)的上限，第二透鏡組分擔的正光焦度過小，逆向光路的軸外像差較難校正；當?shù)诙哥R組的焦距f3小于條件(6)的下限，第二透鏡組分擔的正光焦度過大，透鏡表面彎曲過大，球差及正弦差較難校正。
優(yōu)選的，所述正透鏡為一雙凸正透鏡。
優(yōu)選的，所述非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)還包括一置于該第一透鏡組物側(cè)的具有正光焦度的第三透鏡組。
更優(yōu)選的，所述第三透鏡組為一彎月型正透鏡，該彎月型正透鏡的朝向該物面的一透鏡表面為凸面。
以及，提供一種體全息存儲光學系統(tǒng)，其包括一前組傅里葉變換光學系統(tǒng)及一后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)，該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)，其從物面到頻譜面，包括一具有負光焦度的第一透鏡組及一具有正光焦度的第二透鏡組，其中，該第一透鏡組由二個凹面相對的一第一彎月型負透鏡及一第二彎月型負透鏡組成，該第一彎月型負透鏡的凸面朝向物面，該第二彎月型負透鏡的凸面朝向頻譜面；該第二透鏡組由一正透鏡組成，該正透鏡的朝向物面的一透鏡表面為凸面。
為一方面保證滿足正弦條件，另一方面有利于球差及軸外像差校正，該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)應(yīng)滿足約束條件(1)～(3)
0.1＜R1R/f＜0.4……(1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1……(2)
0.1＜d12/f＜0.3……(3)
式中，f前組傅里葉變換光學系統(tǒng)的焦距；
R1R第一彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
R2F第二彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
d12第一彎月型負透鏡與第二彎月型負透鏡之間光軸上的空氣間隔，也即第一彎月型負透鏡與第二彎月型負透鏡相對的兩個凹面的光軸上的間距；
優(yōu)選的，為較好的校正場曲，該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)還應(yīng)滿足約束條件(4)～(5)
n3＞1.7……(4)
n3-n2＞0.15……(5)
式中，n2第二彎月型負透鏡的材料折射率；
n3第二透鏡組材料折射率；
更優(yōu)選的，為保證系統(tǒng)合理的光焦度分配，該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)進一步滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9……(6)
式中，f3第二透鏡組的焦距；
優(yōu)選的，所述正透鏡為一雙凸正透鏡。
優(yōu)選的，所述前組傅里葉變換光學系統(tǒng)還包括一置于該第一透鏡組物側(cè)的具有正光焦度的第三透鏡組。
更優(yōu)選的，所述第三透鏡組為一彎月型正透鏡，該彎月型正透鏡的朝向該物面的一透鏡表面為凸面。
優(yōu)選的，所述后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)為該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案所提供的非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)較緊湊，且該光學系統(tǒng)之正向光路具有較大數(shù)值孔徑及較小視場角，其逆向光路具有較小數(shù)值孔徑及較大視場角；正向光路及逆向光路之球差、軸外像差及場曲等各種單色像差均能被較好的校正；因此，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之正向光路可用作傅里葉變換，逆向光路可用作逆傅里葉變換；其可滿足體全息存儲對結(jié)構(gòu)緊湊像質(zhì)較佳的非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之需求。


圖1是本發(fā)明第一實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路正弦差。
圖3是本發(fā)明第一實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路光程差。
圖4是本發(fā)明第一實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路正弦差。
圖5是本發(fā)明第一實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路光程差。
圖6是本發(fā)明第二實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明第二實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路正弦差。
圖8是本發(fā)明第二實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路光程差。
圖9是本發(fā)明第二實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路正弦差。
圖10是本發(fā)明第二實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路光程差。
圖11是本發(fā)明第三實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是本發(fā)明第三實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路正弦差。
圖13是本發(fā)明第三實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路光程差。
圖14是本發(fā)明第三實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路正弦差。
圖15是本發(fā)明第三實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路光程差。
圖16是本發(fā)明第四實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之結(jié)構(gòu)示意圖。
圖17是本發(fā)明第四實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路正弦差。
圖18是本發(fā)明第四實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的正向光路光程差。
圖19是本發(fā)明第四實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路正弦差。
圖20是本發(fā)明第四實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的逆向光路光程差。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖將對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明。
第一實施例
如圖1所示，一非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10，從物面11到頻譜面15數(shù)起，包括具有負光焦度的第一透鏡組及具有較大正光焦度的第二透鏡組。其中，第一透鏡組由二片凹面相對的一彎月型負透鏡12及一彎月型負透鏡13組成，該彎月型負透鏡12的凸面朝向物面11，彎月型負透鏡13的凸面朝向頻譜面15；第二透鏡組由一雙凸正透鏡14組成。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10的焦距f＝50mm，物側(cè)入射光線(正向光路)的F數(shù)F/#＝2.78，視場角2ω＝5.72°，頻譜面15側(cè)入射光線(逆向光路)的F數(shù)F/#＝10，視場角2ω＝20.72°，波長λ＝0.532μm。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表1；其中R為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的曲率半徑，d為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的光軸上間距，n為從物側(cè)數(shù)起各透鏡的對應(yīng)波長λ＝0.532μm的折射率。
為一方面保證滿足正弦條件，另一方面有利于球差及軸外像差校正，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10應(yīng)滿足以下約束條件
0.1＜R1R/f＜0.4……(1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1……(2)
0.1＜d12/f＜0.3……(3)
本實施例中，R1R＝R3＝13.82753mm；R2F＝R4＝-11.80158mm；d12＝d3＝6.772233mm；其滿足條件(1)～(3)。
優(yōu)選的，為較好的校正場曲，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10還應(yīng)滿足以下約束條件
n3＞1.7……(4)
n3-n2＞0.15……(5)
本實施例中，n3＝1.764309；n2＝1.517591；其滿足條件(4)～(5)。
更優(yōu)選的，為保證系統(tǒng)合理的光焦度分配，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10進一步應(yīng)滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9……(6)
本實施例中，f3/f＝0.70；其滿足條件(6)。
圖2、圖3分別為正向光路正弦差和光程差；圖4、圖5分別為逆向光路正弦差及光程差。從圖2及圖4可以看到無論是正向光路還是逆向光路正弦差都很小，滿足正弦條件。從圖3及圖5可以看到無論是正向光路還是逆向光路光程差都很小，達到衍射受限要求。
表1
由上可知，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10之正向光路及逆向光路同時滿足正弦條件，且達到衍射受限要求。因此，其正向光路可作傅里葉變換，其逆向光路可作逆傅里葉變換；且該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)10之正向光路結(jié)構(gòu)及逆向光路結(jié)構(gòu)可分別用作一體全息存儲光學系統(tǒng)的前組傅里葉變換光學系統(tǒng)及后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)。
第二實施例
如圖6所示，一非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20，從物面21到頻譜面25數(shù)起，包括具有負光焦度的第一透鏡組及具有較大正光焦度的第二透鏡組。其中，第一透鏡組由二片凹面相對的一彎月型負透鏡22及一彎月型負透鏡23組成，該彎月型負透鏡22的凸面朝向物面21，彎月型負透鏡23的凸面朝向頻譜面25；第二透鏡組由一雙凸正透鏡24組成。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20的焦距f＝55mm，物側(cè)入射光線(正向光路)的F數(shù)F/#＝2.75，視場角2ω＝5.2°，頻譜面?zhèn)热肷涔饩€(逆向光路)的F數(shù)F/#＝11，視場角2ω＝21°，波長λ＝0.532μm。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20的結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表2；其中，R為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的曲率半徑，d為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的光軸上間距，n為從物側(cè)數(shù)起各透鏡的對應(yīng)波長λ＝0.532μm的折射率。
為一方面保證滿足正弦條件，另一方面有利于球差及軸外像差校正，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20應(yīng)滿足以下約束條件
0.1＜R1R/f＜0.4……(1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1……(2)
0.1＜d12/f＜0.3……(3)
本實施例中，R1R＝R3＝15.08361mm；R2F＝R4＝-12.9065mm；d12＝d3＝7.469536mm；其滿足條件(1)～(3)。
優(yōu)選的，為較好的校正場曲，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20還應(yīng)滿足以下約束條件
n3＞1.7……(4)
n3-n2＞0.15……(5)
本實施例中，n3＝1.764309；n2＝1.507225；其滿足條件(4)～(5)。
更優(yōu)選的，為保證系統(tǒng)合理的光焦度分配，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20進一步應(yīng)滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9……(6)
本實施例中，f3/f＝0.69；其滿足條件(6)。
圖7、圖8分別為正向光路正弦差和光程差；圖9、圖10分別為逆向光路正弦差及光程差。從圖7及圖9可以看到無論是正向光路還是逆向光路正弦差都很小，滿足正弦條件。從圖8及圖10可以看到無論是正向光路還是逆向光路光程差都很小，達到衍射受限要求。
表2
由上可知，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20之正向光路及逆向光路同時滿足正弦條件，且達到衍射受限要求。因此，其正向光路結(jié)構(gòu)可作傅里葉變換，其逆向光路結(jié)構(gòu)可作逆傅里葉變換；且該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)20之正向光路結(jié)構(gòu)及逆向光路結(jié)構(gòu)可分別用作一體全息存儲光學系統(tǒng)的前組傅里葉變換光學系統(tǒng)及后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)。
第三實施例
如圖11所示，一非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)30，從物面31到頻譜面35數(shù)起，包括具有負光焦度的第一透鏡組、具有較大正光焦度的第二透鏡組、及置于第一透鏡組物側(cè)的具有較小正光焦度的第三透鏡組。其中，第一透鏡組由二片凹面相對的一彎月型負透鏡32及一彎月型負透鏡33組成，彎月型負透鏡32的凸面朝向物面31，彎月型負透鏡33的凸面朝向頻譜面35；第二透鏡組由一雙凸正透鏡34組成；第三透鏡組由一彎月型正透鏡36組成，該彎月型正透鏡36的朝向物面31的一透鏡表面為凸面。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)30的焦距f＝40mm，物側(cè)入射光線(正向光路)的F數(shù)F/#＝2.25，視場角2ω＝5.72°，頻譜面?zhèn)热肷涔饩€(逆向光路)的F數(shù)F/#＝10，視場角2ω＝26°，波長λ＝0.532μm。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)30的結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表3；其中，R為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的曲率半徑，d為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的光軸上間距，n為從物側(cè)數(shù)起各透鏡的對應(yīng)波長λ＝0.532μm的折射率。
為一方面保證滿足正弦條件，另一方面有利于球差及軸外像差校正，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)30滿足以下約束條件
0.1＜R1R/f＜0.4……(1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1……(2)
0.1＜d12/f＜0.3……(3)
本實施例中，R1R＝R5＝9.369214mm；R2F＝R6＝-12.32391mm；d12＝d5＝7.182503mm；其滿足條件(1)～(3)。
優(yōu)選的，為較好的校正場曲，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)30還應(yīng)滿足以下約束條件
n3＞1.7……(4)
n3-n2＞0.15……(5)
本實施例中，n3＝1.764309；n2＝1.551456；其滿足條件(4)～(5)。
更優(yōu)選的，為保證系統(tǒng)合理的光焦度分配，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)30進一步應(yīng)滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9……(6)
本實施例中，f3/f＝0.76；其滿足條件(6)。
圖12、圖13分別為正向光路正弦差及光程差；圖14、圖15分別為逆向光路正弦差及光程差。從圖12及圖14可以看到無論是正向光路還是逆向光路正弦差都很小，滿足正弦條件。從圖13及圖15可以看到無論是正向光路還是逆向光路光程差都很小，達到衍射受限要求。
表3
由上可知，該傅里葉變換光學系統(tǒng)30之正向光路及逆向光路同時滿足正弦條件，且達到衍射受限要求。因此，其正向光路可作傅里葉變換，其逆向光路可作逆傅里葉變換；且該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)30之正向光路結(jié)構(gòu)及逆向光路結(jié)構(gòu)可分別用作一體全息存儲光學系統(tǒng)的前組傅里葉變換光學系統(tǒng)及后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)。
第四實施例
如圖16所示，一非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)40，從物面41到頻譜面45數(shù)起，包括具有負光焦度的第一透鏡組、具有較大正光焦度的第二透鏡組、及置于第一透鏡組物側(cè)的具有較小正光焦度的第三透鏡組。其中，第一透鏡組由二片凹面相對的一彎月型負透鏡42及一彎月型負透鏡43組成，彎月型負透鏡42的凸面朝向物面41，彎月型負透鏡43的凸面朝向頻譜面45；第二透鏡組由一片正透鏡44組成，該正透鏡44的朝向物面41的一透鏡表面為凸面；第三透鏡組由一彎月型正透鏡46組成，該彎月型正透鏡46的朝向物面41的一透鏡表面為凸面。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)40的焦距f＝44mm，物側(cè)入射光線(正向光路)的F數(shù)F/#＝2.2，視場角2ω＝5.2°，頻譜面?zhèn)热肷涔饩€(逆向光路)的F數(shù)F/#＝11，視場角2ω＝25.6°，波長λ＝0.532μm。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)40的結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表4；其中，R為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的曲率半徑，d為從物側(cè)數(shù)起各透鏡表面的光軸上間距，n為從物側(cè)數(shù)起各透鏡的對應(yīng)波長λ＝0.532μm的折射率。
為一方面保證滿足正弦條件，另一方面有利于球差及軸外像差校正，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)40滿足以下約束條件
0.1＜R1R/f＜0.4……(1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1……(2)
0.1＜d12/f＜0.3……(3)
本實施例中，R1R＝R5＝10.06888mm；R2F＝R6＝-14.21065mm；d12＝d5＝5.2516mm；其滿足條件(1)～(3)。
優(yōu)選的，為較好的校正場曲，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)40還應(yīng)滿足以下約束條件
n3＞1.7……(4)
n3-n2＞0.15……(5)
本實施例中，n3＝1.764309；n2＝1.551456；其滿足條件(4)～(5)。
更優(yōu)選的，為保證系統(tǒng)合理的光焦度分配，該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)40進一步應(yīng)滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9……(6)
本實施例中，f3/f＝0.84；其滿足條件(6)。
圖17、圖18分別為正向光路正弦差及光程差；圖19、圖20分別為逆向光路正弦差及光程差。從圖17及圖19可以看到無論是正向光路還是逆向光路正弦差都很小，滿足正弦條件。從圖18及圖20可以看到無論是正向光路還是逆向光路光程差都很小，達到衍射受限要求。
表4
由上可知，該傅里葉變換光學系統(tǒng)40之正向光路及逆向光路同時滿足正弦條件，且達到衍射受限要求。因此，其正向光路可作傅里葉變換，其逆向光路可作逆傅里葉變換；且該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)40之正向光路結(jié)構(gòu)及逆向光路結(jié)構(gòu)可分別用作一體全息存儲光學系統(tǒng)的前組傅里葉變換光學系統(tǒng)及后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)。
另外，表5是以上4個實施例對應(yīng)的光學特性，包括孔徑(F/#)、視場角(2ω)、系統(tǒng)焦距f，以及與前面每個條件式對應(yīng)的數(shù)值。
表5
另外，對于第一、第二、第三及第四實施例中的各個非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，可采用其正向光路結(jié)構(gòu)與逆向光路結(jié)構(gòu)的不同組合以組成一體全息存儲光學系統(tǒng)如采用第二實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之正向光路結(jié)構(gòu)作為前組傅里葉變換光學系統(tǒng)，且采用第一實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之逆向光路結(jié)構(gòu)作為其后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)；或采用第四實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之正向光路結(jié)構(gòu)作為前組傅里葉變換光學系統(tǒng)，且采用第三實施例非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)之逆向光路結(jié)構(gòu)作為后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)等組合。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，如適當變更非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效果均可。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其從物面到頻譜面，包括一具有負光焦度的第一透鏡組及一具有正光焦度的第二透鏡組，其中，該第一透鏡組由二個凹面相對的一第一彎月型負透鏡及一第二彎月型負透鏡組成，該第一彎月型負透鏡的凸面朝向物面，該第二彎月型負透鏡的凸面朝向頻譜面；該第二透鏡組由一正透鏡組成，該正透鏡的朝向物面的一透鏡表面為凸面；該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)滿足約束條件(1)～(3)
0.1＜R1R/f＜0.4…… (1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1…… (2)
0.1＜d12/f＜0.3…… (3)
式中，f非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的焦距；
R1R第一彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
R2F第二彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
d12第一彎月型負透鏡與第二彎月型負透鏡之間光軸上空氣間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其特征在于所述非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)滿足約束條件(4)～(5)
n3＞1.7…… (4)
n3-n2＞0.15…… (5)
式中，n2第二彎月型負透鏡的材料折射率；
n3第二透鏡組材料折射率。
3.如權(quán)利要求1所述的非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其特征在于所述非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9…… (6)
式中，f3第二透鏡組的焦距。
4.如權(quán)利要求1～3任意一項所述的非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其特征在于所述正透鏡為一雙凸正透鏡。
5.如權(quán)利要求1～3任意一項所述的非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其特征在于所述非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)還包括一置于該第一透鏡組物側(cè)的具有正光焦度的第三透鏡組。
6.如權(quán)利要求5所述的非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其特征在于所述第三透鏡組為一彎月型正透鏡，該彎月型正透鏡的朝向該物面的一透鏡表面為凸面。
7.一種體全息存儲光學系統(tǒng)，其包括一前組傅里葉變換光學系統(tǒng)及一后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)；該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)，其從物面到頻譜面，包括一具有負光焦度的第一透鏡組及一具有正光焦度的第二透鏡組，其中，該第一透鏡組由二個凹面相對的一第一彎月型負透鏡及一第二彎月型負透鏡組成，該第一彎月型負透鏡的凸面朝向物面，該第二彎月型負透鏡的凸面朝向頻譜面；該第二透鏡組由一正透鏡組成，該正透鏡的朝向物面的一透鏡表面為凸面；該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)滿足約束條件(1)～(3)
0.1＜R1R/f＜0.4……(1)
-0.4＜R2F/f＜-0.1…… (2)
0.1＜d12/f＜0.3……(3)
式中，f前組傅里葉變換光學系統(tǒng)的焦距；
R1R第一彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
R2F第二彎月型負透鏡的凹面曲率半徑；
d12第一彎月型負透鏡與第二彎月型負透鏡之間光軸上空氣間隔。
8.如權(quán)利要求7所述的體全息存儲光學系統(tǒng)，其特征在于所述前組傅里葉變換光學系統(tǒng)滿足約束條件(4)～(5)
n3＞1.7…… (4)
n3-n2＞0.15…… (5)
式中，n2第二彎月型負透鏡的材料折射率；
n3第二透鏡組材料折射率。
9.如權(quán)利要求7所述的體全息存儲光學系統(tǒng)，其特征在于所述前組傅里葉變換光學系統(tǒng)滿足約束條件(6)
0.55＜f3/f＜0.9…… (6)
式中，f3第二透鏡組的焦距。
10.如權(quán)利要求7所述的體全息存儲光學系統(tǒng)，其特征在于所述正透鏡為一雙凸正透鏡。
11.如權(quán)利要求7所述的體全息存儲光學系統(tǒng)，其特征在于所述前組傅里葉變換光學系統(tǒng)還包括一置于該第一透鏡組物側(cè)的具有正光焦度的第三透鏡組。
12.如權(quán)利要求11所述的體全息存儲光學系統(tǒng)，其特征在于所述第三透鏡組為一彎月型正透鏡，該彎月型正透鏡的朝向該物面的一透鏡表面為凸面。
13.如權(quán)利要求7～12任意一項所述的體全息存儲光學系統(tǒng)，其特征在于所述后組逆傅里葉變換光學系統(tǒng)為該前組傅里葉變換光學系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)，其從物面到頻譜面，包括一具有負光焦度的第一透鏡組及一具有正光焦度的第二透鏡組，其中，該第一透鏡組由二個凹面相對的一第一彎月型負透鏡及一第二彎月型負透鏡組成，該第一彎月型負透鏡的凸面朝向物面，第二彎月型負透鏡的凸面朝向頻譜面；該第二透鏡組由一個正透鏡組成，其朝向物面的一透鏡表面為凸面。該非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較緊湊像質(zhì)較佳，其正向光路及逆向光路均滿足正弦條件且達到衍射受限要求。本發(fā)明還提供一采用上述非對稱傅里葉變換光學系統(tǒng)的體全息存儲光學系統(tǒng)。
文檔編號G02B9/24GK1862306SQ200510034649
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者曾吉勇, 金國藩, 王民強, 嚴瑛白 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司