專利名稱：提高光學(xué)系統(tǒng)分辨本領(lǐng)極限的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬光學(xué)領(lǐng)域。
觀察天體時，為增加光強(qiáng)和提高分辯本領(lǐng)，根據(jù)平行光成象最小分辯角為θ＝1.22λ/D(式中D為望遠(yuǎn)鏡物鏡直徑，λ為光波波長)的原理，天文望遠(yuǎn)鏡的直徑一般都做得很大，用以分辯遠(yuǎn)方天體星球。一個直徑為6米的天文望遠(yuǎn)鏡，其最小分辯角為θ＝1.12×10-7弧度。目前世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡直徑已達(dá)8米之大，若要進(jìn)一步提高分辯本領(lǐng)，就要將它做得更大，但耗資驚人，技術(shù)難度極高，費(fèi)時很長。
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是采用遮擋法提高光學(xué)系統(tǒng)分辯本領(lǐng)極限。
如圖1所示，本發(fā)明光學(xué)物鏡由兩部分構(gòu)成，一部分為物鏡鏡頭1，另一部分為緊挨著鏡頭1的遮擋鏡頭2，該鏡頭的作用是阻止光線通過，從而形成一個由物鏡鏡頭1和遮擋鏡頭2之間部分構(gòu)成的環(huán)形通道3，使光線僅能從環(huán)形通道通過。由此構(gòu)成的光學(xué)物鏡，其最小分辯角為θ＝0.585λ/D，其分辯極限可提高一倍以上。例如，一個物鏡直徑為8米的天文望遠(yuǎn)鏡，采用適當(dāng)?shù)恼趽蹒R頭后，其分辯效果相當(dāng)于從8米增加到16米的極限。本發(fā)明基于以下原理，根據(jù)圓孔費(fèi)瑯和夫衍射公式I(θ)=I0〔2J1(Z)Z〕2(1)]]>推導(dǎo)出人們公認(rèn)和通常使用的光學(xué)系統(tǒng)孔徑的衍射極限分辯角為θ＝1.22λ/D(2)當(dāng)采用本發(fā)明遮擋法時，將圓孔變成同外徑圓環(huán)時，則衍射規(guī)律將遵循下式
I(θ)=4I0〔11-1M2〕2〔J1(Z1)Z1-J1(Z2)M2Z2〕2(3)]]>式中r1物鏡半徑，r2遮擋鏡頭半徑，IO光斑中心強(qiáng)度，Z1＝Kr1sin θ＝Kr1θ，K＝2π/λ，Z2＝Kr2θ，λ光波波長，M＝r1/r2，J1-階貝塞函數(shù)。分辯角θ為M值的函數(shù)，當(dāng)M→時(r2→0)式(3)退化為式(1)，相當(dāng)于沒有遮擋。當(dāng)M＝r1/r2→1的極限情況下可求得本發(fā)明遮擋法的極限最小分辯角為θ＝0.858λ/D(4)當(dāng)1＜M＜時，θ角在0.858λ/D與1.22λ/D之間變化(如圖2所示)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(一)用于光學(xué)顯微鏡，只需在鏡頭中心部分鍍膜一個不透光的圓斑，就可使現(xiàn)有光學(xué)顯微鏡的最大(有效的)放大倍數(shù)200倍提高到400倍。(二)用于照相機(jī)，可使照相物鏡分辯本領(lǐng)成倍提高，例如對常用照相物鏡D/f＝1∶3.5(D為瞳徑，f為焦距)能分開的線條數(shù)從402條/毫米提高到804條/毫米。(三)用于隱形眼鏡，只需在鏡片心鍍上一個適當(dāng)大小不透光的圓斑，可使通常情況下人眼瞳孔的直徑為2至6毫米之間的相應(yīng)分辯極限68°到23°提高到34°至11.5°。(四)用于激光發(fā)射系統(tǒng)，設(shè)計成環(huán)形發(fā)射鏡也可使衍射極限角減小一倍，使性能大大提高。


如下圖1本發(fā)明光學(xué)物鏡原理圖。圖中1物鏡鏡頭，2遮擋鏡頭，3環(huán)形通道。
圖2分辯本領(lǐng)極限特性曲線圖。圖中縱座標(biāo)為Kr1θ(弧度)，橫座標(biāo)M＝r1/r2。
圖3為本發(fā)明氟化氫激光費(fèi)瑯和夫圓環(huán)衍射光強(qiáng)分布圖。
圖中實線為理論計算曲線，黑點(diǎn)為實驗測量值。
圖4為本發(fā)明CO2激光費(fèi)瑯和夫圓環(huán)衍射光強(qiáng)分布圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖3為應(yīng)用本發(fā)明的方法于氟化氫激光，光學(xué)物鏡鏡頭直徑2r1＝0.9厘米，遮擋鏡頭直徑2r3＝0.66厘米，光波波長λ＝2.795×10-6米，M＝1.36條件下獲得的費(fèi)瑯和夫圓環(huán)衍射光強(qiáng)分布試驗特性曲線，縱座標(biāo)為相對光強(qiáng)I(θ)/IO，橫座標(biāo)為衍射角θ(×10-6)弧度。
圖4為應(yīng)用本方法于CO2激光，2r1＝2.21厘米，2r2＝2.00厘米，M＝1.105，λ＝10.6×10-6米條件下的費(fèi)瑯和夫圓環(huán)衍射光強(qiáng)分布實驗特性曲線。
權(quán)利要求
1.一種提高光學(xué)系統(tǒng)分辯本領(lǐng)極限的方法，其特征為在物鏡鏡頭(1)的中心設(shè)遮擋鏡頭(2)以阻止光線通過物鏡鏡頭(1)，使光線僅能從物鏡鏡頭(1)和遮擋鏡頭(2)之間部分構(gòu)成的環(huán)形通道(3)中通過，使光學(xué)系統(tǒng)的極限分辯角由θ=1.22λ/D提高到θ=0.535λ/D。
全文摘要
本發(fā)明特別適用于天文望遠(yuǎn)鏡、光學(xué)顯微鏡、照相機(jī)和隱形眼鏡等光學(xué)系統(tǒng)，該方法為在物鏡鏡頭的中心設(shè)遮擋鏡頭，使光線僅能從上述兩個鏡頭之間部分形成的環(huán)形通道中通過，從而使光學(xué)物鏡的極限分辨角由θ＝1.22λ/D提高到θ＝0.585λ/D。
文檔編號G02B27/42GK1081515SQ92105820
公開日1994年2月2日 申請日期1992年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月17日
發(fā)明者郭振華, 幸建輝 申請人:華中理工大學(xué)