Вектор нормали к поверхности, описываемой уравнением , может быть представлен в виде

,

Где

Путем преобразования и дифференцирования выражения (1) получено

,

где

В результате, составляющие вектора нормали имеют вид

.

Разложение в ряд радикала и подстановка результата в (1) дает

,

где и вычисляются по формулам (9), а

.

Дифференцирование уравнения (15) приводит к

Далее, используя соотношения (8), заключенный в скобки сомножитель в формулах (17)

,

может быть представлен в виде суммы слагаемых различных порядков малости

,

Где

Подстановка переменной в (12) дает

,

Откуда

Порядковые составляющие имеют вид

Из выражений (4), (14) и (19) следует

В результате порядковые составляющие имеют вид

Аналогичную форму имеют и составляющие .

В случае преломления псевдолуча асферической поверхностью, в соответствии с законом Снеллиуса имеем:

.

Здесь и - направляющие векторы падающего и преломленного лучей,

и - показатели преломления сред слева и справа от границы раздела в точке падения луча. В скалярном виде выражение (26) имеет вид

Для перехода от направляющих косинусов к направляющим тангенсам используется уравнение связи между векторами и :

,

где - единичный вектор вдоль оси , а

.

Для того, чтобы с помощью (29) и (30) определить составляющие различных порядков малости вектора , а затем и , в них необходимо представить в виде сумм слагаемых различных порядков величину и проекции векторов . Выполнив эти разложения и подставив результат в уравнение, связывающее проекции векторов и , получим:

,

Где

Аналогичную форму имеют и составляющие .

Вышеприведенные соотношения являются основой и для расчета хода псевдолуча через структуру ДЛ, размещенную на асферической поверхности. В этом случае известные выражения, описывающие дифракцию на структуре, считают записанными в локальной системе координат, с направляющими векторами , началом координат в точке падения луча на асферическую поверхность и осью , совпадающей с нормалью к поверхности в этой точке. Переход от этой системы координат к системе, имеющей направляющие векторы и связанной с вершиной поверхности, а также разложение по вышеописанной схеме дает суммы составляющих различных порядков малости искомого вектора , определяющего наклон дифрагированного структурой ДЛ луча.

В главе обосновывается выбор функций оценки качества изображения для последующего их использования на различных этапах расчета оптических систем, рассматриваемых в данной диссертации: наименее ресурсоемких функций, оценивающих качество изображения точки по параметрам диаграммы рассеяния лучей - на этапе разработки исходной схемы и оптимизации; интенсивности Штреля и относительной энергии в пределах радиуса диска Эйри - при аттестации высокоразрешающих систем, а частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) - при аттестации изображающих систем с достаточно высоким уровнем остаточных аберраций.

Глава завершается изложением развиваемого автором метода компоновки оптических схем и определения конструктивных параметров гибридных центрированных систем, включающих элементы, позволяющие осуществлять селективную коррекцию аберраций различных порядков.

В соответствии с этим методом на первом этапе, исходя из требований, предъявляемых к оптической системе и учитывая коррекционные возможности элементов различных типов, выбирается ее конфигурация, т.е. общее число элементов, их тип и взаимное расположение. Затем составляется система параксиальных и компенсационных уравнений, решение которой призвано обеспечить заданные параксиальные характеристики и устранение выбранных монохроматических аберраций нескольких низших порядков малости.

Общее количество конструктивных параметров при выбранной конфигурации может превышать число решаемых уравнений, и тогда значения свободных параметров будут определяться из условия достижения минимально возможного уровня остаточных аберраций высших порядков. Поиск набора этих значений включает определение границы начальной зоны поиска, исходя из известных ограничений на значения свободных параметров, выбор шага для каждого из свободных параметров и решение на каждом шаге системы параксиальных и компенсационных уравнений. Результатом этого этапа явится база начальных решений.

На втором этапе для каждого из решений набранной базы при значениях числовой апертуры и полевого угла, близких к требуемым, и оптимальном положении входного зрачка производится расчет хода реальных лучей и вычисляется лучевая функция оценки качества точечного изображения. Затем выделяются решения, для которых значения оценочной функции превышают пороговый уровень.

Выделенные решения используются в качестве исходных при последующей лучевой оптимизации. В общем случае, ее осуществляют по положению входного зрачка, коэффициентам радиального градиента всех неоднородных материалов и по коэффициентам асферической деформации эйконалов записи ДЛ и асфериеских поверхностей.

При этом оптимизация производится по коэффициентам, влияющим на аберрации, начиная с того порядка малости в аберрационном разложении, который не учитывался при составлении компенсационных уравнений. Если же результаты оптимизации неудовлетворительны (не получено ожидаемое значение апертуры или полевого угла, какие-то конструктивные параметры системы не приемлемы, т.д.), проводится повторное исследование базы начальных решений с изменением условий отбора.

В результате окажутся найденными конструктивные параметры, соответствующие предельным для выбранной конфигурации оптическим характеристикам. В случае если эти характеристики не удовлетворяют условиям решаемой задачи, то следует изменить конфигурацию оптической системы, число ее элементов и/или их взаимное расположение, а затем весь процесс поиска повторить.

Отмечается, что вышеописанный метод, базирующийся на знании коррекционных возможностей элементов различных типов и хорошо зарекомендовавший себя при проектировании градиентных и дифракционно-градиентных объективов-монохроматов, требует дальнейшего развития и распространения на оптические системы, работающие с немонохроматическим излучением.

Вторая глава посвящена исследованию возможностей и поиску путей коррекции дисторсии высокоразрешающих дифракционно-градиентных объективов-монохроматов (см. рис. 1).

Рис. 1. а) - объектив, состоящий из двух плоских ДЛ (1) и склеенной линзы Вуда (2); б) - объектив, состоящий из трех плоских ДЛ (1), разделенных неоднородными средами (3).

Опираясь на метод компоновки оптических схем и определения конструктивных параметров, описанный в главе 1, были найдены и исследованы неизвестные раннее решения, обеспечивающие устранение у таких объективов всех монохроматических аберраций третьего и пятого порядков, включая дисторсию. При этом было показано, что только объектив, состоящий из трех ДЛ разделенных неоднородными средами, способен при рэлеевском разрешении =1 мкм обеспечить практически значимый размер углового поля высококачественного изображения (). Остаточная относительная дисторсия в этом случае 0,005%.

Существенно увеличить поле зрения как вышеупомянутого объектива, включающего три ДЛ, так и состоящего из двух ДЛ и склеенной линзы Вуда, удалось, заменив строгое устранение составляющих дисторсии третьего и пятого порядков их взаимной компенсацией. Методика компенсации основана на установленных автором закономерностях, общих для объективов обоих типов. Дисторсия третьего порядка в таких системах легко может быть вызвана любого знака, и это не сопровождается отрицательными эффектами, которые могли бы повысить уровень остаточных аберраций высших порядков. Более того, при противоположных знаках коэффициентов дисторсии третьего и пятого порядков рост модуля коэффициента дисторсии третьего порядка приводит к уменьшению модуля коэффициента пятого порядка. Взаимосвязь коэффициентов дисторсии описывается выражением

,

где и - коэффициенты дисторсии третьего и пятого порядка, соответственно, - коэффициент дисторсии пятого порядка при , - коэффициент пропорциональности.

Относительная дисторсия, включающая составляющие двух наинизших порядков, имеет вид

.

Здесь -абсолютная дисторсия, а - полевой угол в пространстве предметов.

Значение коэффициента , снижающего до минимума максимальную величину модуля относительной дисторсии в пределах заданного полевого угла, можно найти, например, следующим образом. Потребуем, чтобы относительная дисторсия на краю поля была равна модулю относительной дисторсии в точке экстремума, как это показано на рис. 2.

В предположении, что искомое значение по модулю много меньше единицы, получено приближенное выражение

,

дающее вполне приемлемое начальное значение для последующей взаимной компенсации с учетом уже влияния составляющих дисторсии высших порядков.

Величины, входящие в выражении (35), имеют вид

,

,

где - максимальный полевой угол в пространстве предметов.

Полевой угол, при котором наблюдается экстремум, вычисляется по формуле

,

а относительная дисторсия на краю поля, с точностью до знака равная дисторсии в экстремуме, определяется выражением

Данная методика в совокупности с вышеописанной концепцией позволила получить схемные решения и конструктивные параметры ортоскопических объективов обоих типов, способных формировать изображение с дифракционным качеством по большому полю (=1 мкм., , 0,13%).

Третья глава посвящена разработке методик коррекции хроматических аберраций изображающих и фокусирующих оптических систем. В ней проанализированы хроматические свойства однородных рефракционных линз (ОРЛ) с асферическими поверхностями и ДЛ.

На основе анализа первичного хроматизма разработаны методики использования корректоров, состоящих из ДЛ и одной или двух ОРЛ, для выполнения ахро- и апохроматической коррекций оптических систем. В предположении, что дифракционно-рефракционный корректор бесконечно тонкий, и его оптическая сила на центральной длине волны спектрального диапазона от до имеет фиксированное значение, условие ахроматизации оптической системы, в которую вводится этот корректор, имеет вид

,

.

Здесь и оптические силы ДЛ и ОРЛ корректора на длине волны ; =1 или 2 в зависимости от количества ОРЛ в корректоре; высота апертурного нулевого луча в плоскости корректора, вычисленная на той же длине волны; вклад в первую хроматическую сумму всех элементов оптической системы за исключением корректора, вычисленный для длин волн и ; и - коэффициенты дисперсии материала ОРЛ и ДЛ.

В случае апохроматической коррекции система уравнений (41), (42) дополняется выражением

,

где параметры

,

относительные частные дисперсии ДЛ и материала ОРЛ соответственно, а величина , как и в уравнении (41), характеризует вклад в первую хроматическую сумму всех элементов оптической системы за исключением корректора, но уже для длин волн и .

Решение системы уравнений (41)-(43) предваряется выбором местоположения корректора в оптической системе и его оптической силы . Если корректор вводится в предварительно рассчитанную систему как дополнительный компонент, то его целесообразно поместить вблизи апертурной диафрагмы, положив . В случае же замены дифракционно-рефракционным корректором какого-то компонента системы, расположение корректора и его оптическую силу следует выбрать, исходя из того, что установка корректора не должна существенно изменить параксиальные характеристики системы. Это, в частности, достигается при условии сохранения угла и высоты падения апертурного нулевого луча на ту поверхность системы, которая расположена непосредственно за корректором.

Анализ системы уравнений (41)-(43) показал, что в простейшем случае, когда рефракционная часть корректора представляет собой одиночную линзу, афокальный корректор () позволяет произвести апохроматизацию лишь в не представляющем практический интерес случае, когда дисперсия оптической системы очень мала по модулю и аномальна по знаку. В противном случае возможна только ахроматизация, при этом оптические силы элементов корректора рассчитываются по формулам

,

Где

.

В видимом диапазоне, а конкретно в интервале, ограниченном синей F и красной Cлиниями водорода (0,48613 мкм и 0,65626 мкм), когда в качестве центральной длины волны выбирается желтая dлиния гелия (0,58756 мкм) коэффициент дисперсии ДЛ 3,45. Благодаря этому, как следует из формулы (46), афокальный дифракционно-рефракционный корректор позволяет скомпенсировать примерно на порядок больший хроматизм, чем это достижимо с помощью чисто рефракционного склеенного корректора, имеющего те же оптические силы элементов.

При постановке задачи апохроматической коррекции оптической системы путем замены одного из ее компонентов корректором, состоящим из ДЛ и одиночной ОРЛ, из системы уравнений (41)-(43) следует, что параметры корректора рассчитываются по формулам

,

,

,

Где

,

.

При апохроматической коррекции коэффициент дисперсии материала ОРЛ уже не является свободным параметром и его значение, полученное в ходе расчета, может оказаться физически нереализуемым. Это ограничение преодолевается, если рефракционную часть корректора, используемого для апохроматизации оптической системы, выполнить из двух линз. В этом случае система уравнений (41)-(43), являющаяся линейной по отношению к оптическим силам элементов, легко решается любым из стандартных методов. Анализ показал, что при выборе для рефракционной части корректора крона и флинта с максимально возможной разницей значений коэффициентов дисперсии оптические силы ОРЛ имеют противоположные знаки, модули их минимальны и незначительно превышают оптическую силу объектива в целом. При этом оптическая сила ДЛ существенно ниже оптической силы объектива в целом и ее изготовление, с этой точки зрения, не вызывает технологических трудностей.

Замена компонента предварительно рассчитанного объектива дифракционно-рефракционным корректором может привести к нарушению ранее достигнутой коррекции монохроматических аберраций. Восстановить или даже снизить уровень этих аберраций можно, одновременно используя соотношение кривизн преломляющих поверхностей ОРЛ, поправки в закон чередования кольцевых зон ДЛ, а также толщины элементов и воздушных промежутков.

Эффективность разработанной методики продемонстрирована на примерах апохроматической коррекции фотообъектива типа «триплет Кука», ахроматической коррекции микрообъектива для видеокамер систем наблюдения (CCTV-систем) и апохроматической коррекции многолинзового объектива для «тонкого» проекционного телевизора или дисплея (RPTV).

Рис. 4. Продольный хроматизм исходного (а) и модифицированного (б) объективов.

Коррекция хроматизма осуществлялась путем замены одного из компонентов объектива на двух- или трехлинзовый дифракционно-рефракционный корректор. В результате полихроматическое разрешение, например, фотообъектива (см. рис. 3), имеющего фокусное расстояние =240 мм, при контрасте 0,2 на оси повысилось с 13 мм-1 до 72 мм-1, а на краю поля - с 13 мм-1 до 16,5 мм-1.

Кривые лучевых аберраций и волновой сферической аберрации исходного объектива и его модификации при относительном отверстии 1:6, представлены на рис. 4 - 6 (a) и (б), соответственно.

Рис. 5. Астигматизм и кривизна поля исходного (а) и модифицированного (б) объективов: 1 - при ; 2 - при ; 3 - при ; ( - сагиттальная и - тангенциальная составляющие).

Рис. 6. Волновая сферическая аберрация исходного (а) и модифицированного (б) объективов: - при ; - при ; - при .

Рис. 7. Принципиальная оптическая схема микрообъектива

У микрообъектива для CCTV-систем (рис. 7) все три ОРЛ с асферическими поверхностями (на одну из которых нанесена структура ДЛ) выполнены из одного и того же пластика - ПММА. При этом уровень вторичного спектра и монохроматических аберраций столь низок, что полихроматическое разрешение объектива по всему угловому полю при контрасте 0,5 составляет 98 мм-1, а контрасте 0,78 не опускается ниже 50 мм-1. Фокусное расстояние этого объектива =3,71 мм, а относительное отверстие 1:2,4.

Замена склеенного дублета проекционного объектива оптического тракта RPTV на трехлинзовый дифракционно-рефракционный корректор (рис. 8) позволила не только апохроматизировать объектив, но и уменьшить поперечный хроматизм при одновременном снижении уровня остаточных монохроматических аберраций, что, в конечном счете, привело к удвоению полихроматического разрешения (заявка на патент № 2006118187, Российская Федерация).

Заключительная часть главы посвящена коррекции сферохроматизма оптической системы комбинированного устройства записи и чтения цифровых дисков двух форматов. Задача усложнена тем, что объектив устройства должен иметь значительную апертуру, а при переходе с формата на формат скачкообразно изменяется не только рабочая длина волны, но и толщина плоскопараллельного слоя над информационной поверхностью диска. Кроме того, необходимо, чтобы система объектив-диск была свободна от всех аберраций, ограничивающих качество фокусировки не только на оси, но и вблизи нее. И, наконец, желательно, чтобы на обеих длинах волн объектив работал с бесконечно удаленной предметной точкой.

Рис. 8. Типичная схема оптического тракта RPTV и предложенный вариант модификации проекционного объектива: 1 - DMD-чип; 2 - осветитель; 3 - светоделитель; 4 - однодно-линзовая часть проекци-онного объектива; 5 - асферическое зеркало проекционного объектива; 6 - просветный экран; 7 - заменяемый компонент; 8 - дифракционно-рефракционный корректор.

Поиск минимальной конфигурации, позволяющей удовлетворить все вышеперечисленные требования, выполненный в соответствии с концепцией компоновки исходных схем и определения конструктивных параметров оптических систем, изложенной в главе 1 и развитой в данной главе, привел к дублету, в котором ОРЛ с двумя асферическими поверхностями размещена между ДЛ и диском (см. рис. 9). В процессе поиска, ориентированного на CD и DVD форматы, шесть коэффициентов асферических добавок кольцевой микроструктуры ДЛ и поверхностей ОРЛ использовались для устранения, путем решения соответствующих компенсационных уравнений, аберраций широких пучков.

Рис. 9. CD/DVD система объектив - цифровой диск: 1 - ДЛ; 2 - однородная ОРЛ с двумя асферическими поверхностями; 3 - CD диск; 4 - DVD диск.

При этом сферическая аберрация третьего и пятого порядков устранялась на обеих длинах волн ( мкм для CD формата и для DVD формата), а кома третьего и круговая кома пятого порядков для длины волны DVD формата, требующего наибольшую числовую апертуру системы. В результате, одна из полученных схем, при фокусных расстояниях мм, мм и минимальном воздушном промежутке между ОРЛ и подложкой диска 0,5 мм, обеспечивает на длине волны при числовой апертуре , а также на длине волны при апертуре дифракционно-ограниченную фокусировку в пределах углового поля . Максимальный световой диаметр линз объектива =3,03 мм. Волновая аберрация в пределах выходного зрачка на краю поля и распределение интенсивности в сфокусированном пятне в режиме DVD приведены на рис. 10. Максимальное значение волновой аберрации на краю зрачка составляет 0,07. Интенсивность Штреля в изображении =0,98, а относительная энергия в пределах радиуса диска Эйри . Перенос в представленном выше объективе дифракционной структуры с плоскопараллельной подложки на переднюю асферическую поверхность ОРЛ, позволили упростить конструкцию и снизить массу объектива, не ухудшая качество фокусировки.

Рис. 10. Распределение волновой аберрации в плоскости выходного зрачка (а) и распределение интенсивности в дифракционном изображении точки (б).

В связи с тем, что ДЛ объектива системы чтения/записи работает на двух, существенно отличающихся длинах волн, глава завершается анализом зависимости дифракционной эффективности рельефно-фазовой микроструктуры, имеющей ступенчатый профиль штриха, от длины волны. Показано, что в пределах спектрального диапазона, ограниченного рабочими длинами волн CD и DVD форматов, снижение дифракционной эффективности, обусловленное переходом с расчетной длины волны на рабочие, практически не зависит от числа ступеней, если их больше пяти и в любом случае не превышает 3%.

Четвертая и пятая главы посвящены поиску путей и разработке методов совершенствования уже достаточно широко используемых оптических систем, включающих стержневые градиентные элементы: сверхтонких жестких эндоскопов с визуальным трактом, состоящим из объектива и градиентного транслятора.

В четвертой главе анализируются базовые схемы визуального тракта, состоящего из градиентного или однородно-линзового объектива и градиентного транслятора, формирующего действительное изображение вблизи своего заднего торца. Это изображение является предметом для окуляра.

Исходя из того, что эндоскоп предназначен для работы с полихроматическим излучением, даны рекомендации по подбору материалов градан-объектива и градан-транслятора. Для характеристики дисперсионных свойств радиально-градиентных материалов вводится эффективный коэффициент дисперсии

.

Здесь и коэффициенты дисперсии для базового показателя преломления и первого коэффициента радиального градиента , соответственно; и ; , и как и ранее центральная, минимальная и максимальная длины волн заданного спектрального диапазона.

Хроматизм положения визуального тракта удается снизить, выбрав материал транслятора с максимально возможным по модулю эффективным коэффициентом дисперсии, а материал градан-объектива, длина которого существенно меньше длины транслятора, - со значением противоположным по знаку и минимально возможным по модулю. Значения эффективного коэффициента дисперсии, серийно выпускаемых неоднородных материалов, подходящих по апертуре для изготовления трансляторов, лежат в диапазоне , а соответствующие значения материалов объективов - в диапазоне . Учитывая, что длины градиентных объектива и транслятора отличаются почти на два порядка, даже рациональный подбор градиентных материалов не позволяет снизить хроматизм, ограничивающий разрешение системы, до приемлемого уровня. Например, базовая система с фокусным расстоянием мм, состоящая из градан-объектива (стекло SLW-1.0) и градан-транслятора (стекло ARS20) с диаметром 1,5 мм, обеспечивающим числовую апертуру в пространстве изображений , имеет разрешение на краю поля (угловое поле в пространстве предметов , линейное поле в пространстве изображений 1,1 мм), не превышающее 64 мм-1, при контрасте 0,2. Ахроматизацию вышерассмотренной базовой оптической системы можно выполнить путем введения в нее дополнительного корректора, устанавливаемого вблизи заднего торца градан-транслятора. Эффективность корректора будет максимальна при работе в параллельном ходе лучей, для чего длина транслятора должна быть изменена на величину, равную четверти периода параксиальной траектории луча. В рассматриваемом случае, когда изображение формируется вблизи заднего торца транслятора, в качестве корректора достаточно использовать одну плосковыпуклую ОРЛ, приклеенную к заднему торцу транслятора. Конструктивные параметры плосковыпуклой ОРЛ, дисперсия ее стекла и варьируемая в пределах нескольких миллиметров составляющая общей длины транслятора могут быть получены путем решения системы уравнений, обеспечивающих требуемое фокусное расстояние иглообразной части визуального тракта эндоскопа, устранение хроматизма положения и увеличения. Поясним, что незначительное в процентном отношении изменение длины транслятора существенно влияет на хроматизм увеличения благодаря изменению положений плоскости изображения и выходного зрачка. Недостатком плосковыпуклого корректора, является то, что при малом радиусе его преломляющей поверхности, существенно возрастают остаточные монохроматические аберрации, и, прежде всего, аберрации тонких пучков, значительно снижающие разрешение системы. Уменьшить эти аберрации при устраненном продольном и поперечном хроматизме для двух крайних длин волн выбранного спектрального диапазона удается, как показано в данной главе, заменой ОРЛ на радиально-градиентную линзу Вуда.

Дальнейшая минимизация аберраций тонких пучков без нарушения коррекции хроматизма возможна путем введения в систему дополнительной ОРЛ. В главе изложена методика получения исходных схем и конструктивных параметров двухлинзовых (однородного и однородно-градиентного) корректоров хроматизма и превалирующих монохроматических аберраций (см. рис. 11).

Рис. 11. Оптические схемы иглообразной части визуального тракта жесткого эндоскопа, включающие однородно-линзовый (а) или гибридный (б) корректор аберраций. 1 - градан-объектив, 2 - градан-транслятор, 3 - однородно-линзовый корректор, 4 - гибридный корректор.

В соответствии с ней конструктивные параметры дополнительной ОРЛ и толщину воздушного промежутка между ней и элементом, приклеенным к торцу транслятора, в первом приближении, можно получить, потребовав, чтобы ее поверхности вносили небольшой астигматизм нужного знака, а их вклад в сумму Петцваля соответствовал вкладу отрицательной ОРЛ. В этом случае дополнительная ОРЛ приобретает форму мениска, небольшая положительная оптическая сила которого обеспечивается за счет его толщины. Доводка системы в целом осуществляется оптимизацией. Показано, что корректоры, рассчитанные по этой методике, действительно позволяют полностью устранить для двух длин волн продольный и поперечный хроматизм при существенном снижении уровня остаточных монохроматических аберраций визуального тракта эндоскопа и обеспечить ощутимый рост его полихроматического разрешения.

В качестве примера ниже приведены характеристики визуального тракта эндоскопа с гибридным двухлинзовым корректором, градиентная часть которого выполнена из стекла SLS2.0 (см. рис. 11б). По модулю все коэффициенты аберраций тонких пучков третьего и пятого порядков, а также сумма Петцваля этой системы меньше соответствующих коэффициентов базовой системы, а разрешение превышает базовое, более чем в 1,6 раза, достигая на краю поля 106 мм-1. На рис. 12 и 13 приведены кривые остаточных монохроматических и хроматических аберраций оптической системы с гибридным корректором. Ее монохроматические аберрации вычислялись на центральной длине волны , а хроматические в спектральном диапазоне, ограниченном F и Cлиниями. На рис. 14 представлена полихроматическая ЧКХ этой системы.

Рис. 12. Кривые монохроматических аберраций визуального тракта с гибридным корректором: а) - астигматизм и кривизна поля, б) - дисторсия.

Рис. 13. Кривые хроматических аберраций визуального тракта с гибридным корректором: а) - хроматизм положения, б) - хроматизм увеличения.

Рис. 14. ЧКХ визуального тракта с гибридным корректором: 1 - при 0; 2 и 3 - при 30 для меридиональной и сагиттальной плоскостей, соответственно.

Наряду с зарубежными градиентными материалами, для изготовления трансляторов визуальных трактов жестких эндоскопов в нашей стране используются отечественные градиентные стержни, производимые на протяжении ряда лет компанией ЗАО «ГРИНЕКСТ» (г. Санкт-Петербург). В частности ООО "НТЦ "ВНИИМП-ОПТИМЕД-1". (Москва) серийно выпускает сверхтонкие жесткие эндоскопы, комплектуемые объективами, выполненными из однородных микролинз и градан-трансляторами ЗАО «ГРИНЕКСТ».

В силу несоизмеримости хроматизма объектива и транслятора суммарный продольный хроматизм такой гибридной системы значительно превышает хроматизм рассмотренной выше базовой схемы с градиентным объективом. Исследования показали, что и в этом случае использование корректора аберраций, включающего плосковыпуклую ОРЛ и мениск и рассчитанного по вышеописанной методике, позволяет полностью устранить хроматизм положения и увеличения и снизить уровень превалирующих аберраций тонких пучков. В частности, разрешение визуального тракта со световым диаметром 1,5 мм и углом поля зрения в пространстве предметов увеличилось с 47 мм-1 (как на оси, так и на краю поля зрения) у базовой схемы до 170 мм-1 на оси и 90 мм-1 на краю поля у схемы с двухлинзовым корректором.

В пятой главе рассмотрены вопросы сопряжения визуального тракта эндоскопа, состоящего из объектива и градиентного транслятора с цветной видеокамерой. Установлено, что при масштабе изображения, формируемого таким визуальным трактом, соответствующем размеру ПЗС-матрицы, остаточные хроматические и монохроматические аберрации не позволяют использовать разрешение современных матриц в полном объеме. С помощью же корректирующей одиночной плосковыпуклой ОРЛ, приклеиваемую к заднему торцу транслятора, в зависимости от марки его градиентного стекла можно выполнить полную или частичную ахроматическую коррекцию, однако в любом случае она приводит лишь к незначительному увеличению разрешения. В то же время корректоры, состоящие из двух ОРЛ и рассчитываемые по методике, изложенной в 4 главе, позволяют параллельно с ахроматизацией снизить уровень аберраций тонких пучков, подняв разрешение до значений, ограниченных вторичным спектром.