傅里叶变换光学系统及体全息存储傅里叶变换光学系统技术方案

一种傅里叶变换光学系统，其从输入面到频谱面，依次包括一具有正光焦度的第一透镜组，一具有正光焦度的第二透镜组和一具有负光焦度的第三透镜组，其中，该第一透镜组包括凹面相对的一第一弯月型正透镜和一第一弯月型负透镜，该第一弯月型正透镜的凸面朝向输入面，该第一弯月型负透镜的凸面朝向频谱面；该第二透镜组包括至少一双凸透镜；该第三透镜组包括一第二弯月型正透镜和一双凹负透镜，该第二弯月型正透镜的凸面朝向输入面。本发明专利技术还提供采用上述傅里叶变换光学系统的体全息存储傅里叶变换光学系统，其包括一前组傅里叶变换光学系统和一后组逆傅里叶变换光学系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种傅里叶变换光学系统，尤其涉及一种物光与参考光同光轴的傅里叶变换光学系统。
技术介绍
近年来，二维存储技术如磁存储、传统光盘存储和半导体存储等仍在不断地改进以满足对存储系统更大存储容量和更快存取速度等要求，然而这些存储手段正逐步接近其物理极限。目前，一种有别于传统存储方法的存储技术——三维存储技术，成为存储技术发展新的研究方向。作为三维存储技术的体全息存储，由于具有数据存储密度大、传输速率高和读出时间短等优点，已成为存储技术发展的重点。在体全息存储系统中，一般采用傅里叶变换(Fourier Transform，FT)光学系统存取数据。典型的体全息存储傅里叶变换光学系统包括一前组傅里叶变换镜头及一后组傅里叶变换镜头两个镜头系统。输入面，一般为空间光调制器(SpatialLight Modulator，SLM)，其置于前组傅里叶变换镜头的前焦面上，平行光入射到输入面，衍射光经前组傅里叶变换镜头成像在其后焦面上，后焦面也称为频谱面，为记录介质；频谱面置于后组逆傅里叶变换镜头的前焦面上，频谱面的频谱像经后组逆傅里叶变换镜头成像在其后焦面上，后焦面也称为输入面，输入面为一探测器阵列，一般为互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(ChargeCoupled Device，CCD)图像传感器。在体全息存储傅里叶变换光学系统中，前组傅里叶变换镜头与后组傅里叶变换镜头可采用不同的两个镜头系统，也可采用同一个镜头系统。采用同一个镜头系统时，该镜头系统的正向光路结构作为前组傅里叶变换镜头，逆向光路则作为后组傅里叶变换镜头，该逆向光路为其正向光路结构的翻转。傅里叶变换镜头对衍射光成像的特点，决定了镜头需满足以下设计要求(1)对二对物像共轭位置控制像差第一对物像共轭位置满足物在无穷远，光阑在前焦面，像在后焦面；第二对物像共轭位置满足物在前焦面，光阑在后焦面，像在无穷远；(2)平行于光轴出射的主光线满足正弦条件；(3)消除各种单色像差，达到衍射受限。为使系统结构紧凑及高密度信息存储，要求傅里叶变换镜头具有较短焦距；为提高存储密度，要求增大输入面并减小衍射光成像面大小，即要求傅里叶变换镜头的逆向光路具有较大视场角。然而，为满足较短焦距和较大视场角的要求，目前的傅里叶变换镜头一般采用非对称的5片以上球面透镜结构形式。为简化体全息存储光学系统结构，使物光与参考光同光轴，现有的傅里叶变换镜头在应用时进一步将二块散射板分别设置于输入面的二侧。这种参考光与物光同光轴的全息存储光学系统较参考光与物光不同光轴的常规全息存储光学系统，镜头的通光孔径增大了近一倍。虽然不用校正参考光的像差，但镜头通光孔径的增加，使得傅里叶变换镜头表面弯曲受到了限制，因而设计难度增大。因此，有必要提供一种傅里叶变换光学系统，其结构较紧凑，且在物光与参考光同光轴时具有像质较佳等优点。
技术实现思路
以下，将以若干实施例说明一种傅里叶变换光学系统，其结构较紧凑，且在物光与参考光同光轴时具有像质较佳等优点。为实现上述内容，提供一种傅里叶变换光学系统，其从输入面到频谱面，依次包括一具有正光焦度的第一透镜组，一具有正光焦度的第二透镜组和一具有负光焦度的第三透镜组，其中，该第一透镜组包括凹面相对的一第一弯月型正透镜和一第一弯月型负透镜，该第一弯月型正透镜的凸面朝向输入面，该第一弯月型负透镜的凸面朝向频谱面；该第二透镜组包括至少一双凸透镜；该第三透镜组包括一第二弯月型正透镜和一双凹负透镜，该第二弯月型正透镜的凸面朝向输入面。为确保系统合理的光焦度分配，同时有利于球差、正弦差及轴外像差的校正，该傅里叶变换光学系统满足约束条件(1)～(4)0.8＜f2/f＜1.4......(1)-1.3＜R12F/f＜-0.7......(2)0.35＜R31F/f＜0.75......(3)0.3＜R32R/f＜0.7......(4)式中，f傅里叶变换光学系统的焦距；f2第二透镜组的焦距；R12F第一透镜组中的第一弯月型负透镜的凹面曲率半径；R31F第三透镜组中的第二弯月型正透镜的凸面曲率半径；R32R第三透镜组中的双凹负透镜的朝向频谱面的凹面曲率半径。其中，第二透镜组的焦距f2大于条件(1)的上限，第二透镜组分担的正光焦度过小，逆向光路的轴外像差难以校正；当第二透镜组的焦距f2小于条件(1)的下限，第二透镜组分担的正光焦度过大，透镜表面弯曲过大，球差和正弦差难以校正。当R12F大于条件(2)的上限时，正向光路的球差、正弦差朝正方向过分增大，逆向光路的场曲朝负方向过分增大。当R12F小于条件(2)的下限时，正向光路的球差、正弦差朝负方向过分增大，逆向光路的场曲朝正方向过分增大。当R31F满足条件(3)时，第三透镜组中凸面朝向输入面的弯月型正透镜的凸面在正向光路和逆向光路对球差和正弦差的贡献都较小。当R31F大于条件(3)的上限时，正向光路的球差和正弦差朝正方向过分增大，逆向光路的球差和正弦差朝负方向过分增大，而正向光路和逆向光路的场曲朝正方向过分增大。当R31F小于条件(3)的下限时，正向光路的球差和正弦差朝负方向过分增大，逆向光路的球差和正弦差朝正方向过分增大，而正向光路和逆向光路的场曲朝负方向过分增大。当R32R满足条件(4)时，第三透镜组中双凹负透镜朝向频谱面的凹面在正向光路和逆向光路对球差和正弦差的贡献都较小；当R32R大于条件(4)的上限时，正向光路的球差和正弦差朝正方向过分增大；逆向光路的球差朝正方向过分增大，正弦差朝负方向过分增大；而正向光路和逆向光路的场曲均朝正方向过分增大。当R32R小于条件(4)的下限时，正向光路的球差和正弦差朝负方向过分增大；逆向光路的球差朝负方向过分增大，正弦差朝正方向过分增大；而正向光路和逆向光路的场曲均朝负方向过分增大。因此，该傅里叶变换光学系统满足约束条件(1)～(4)时，其正向光路具有较大数值孔经及较小视场角，其逆向光路具有较小数值孔径及较大视场角。优选的，为更好地校正场曲，该傅里叶变换光学系统还应满足以下约束条件n2＞1.7......(5)n2-n12＞0.13......(6)式中，n2为第二透镜组材料的折射率；n12为第一透镜组中的弯月型负透镜材料的折射率。其中，当第二透镜组材料折射率n2小于条件(5)的下限，并且与第一透镜组中凸面朝向频谱面的弯月型负透镜材料折射率n12之差小于条件(6)的下限时，逆向光路的场曲难以校正。当第二透镜组材料折射率n2大于条件(5)的下限，并且与第一透镜组中凸面朝向频谱面的弯月型负透镜材料折射率n12之差大于条件(6)的下限时，也有利于各种像差的校正。以及提供一种体全息存储傅里叶变换光学系统，包括一前组傅里叶变换光学系统和一后组逆傅里叶变换光学系统，该前组傅里叶变换光学系统从输入面到频谱面依次包括一具有正光焦度的第一透镜组，一具有正光焦度的第二透镜组和一具有负光焦度的第三透镜组，其中，该第一透镜组包括凹面相对的一第一弯月型正透镜和一第一弯月型负透镜，该第一弯月型正透镜的凸面朝向输入面，该第一弯月型负透镜的凸面朝向频谱面；该第二透镜组包括至少一双凸透镜；该第三透镜组包括一第二弯月型正透镜和一双凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种傅里叶变换光学系统，其从输入面到频谱面，依次包括一具有正光焦度的第一透镜组，一具有正光焦度的第二透镜组和一具有负光焦度的第三透镜组，其中，该第一透镜组包括凹面相对的一第一弯月型正透镜和一第一弯月型负透镜，该第一弯月型正透镜的凸面朝向输入面，该第一弯月型负透镜的凸面朝向频谱面；该第二透镜组包括至少一双凸透镜；该第三透镜组包括一第二弯月型正透镜和一双凹负透镜，该第二弯月型正透镜的凸面朝向输入面；该傅里叶变换光学系统满足约束条件（１）～（４）：０．８＜ｆ↓［２］／ｆ＜１ ．４……（１）－１．３＜Ｒ↓［１２Ｆ］／ｆ＜－０．７……（２）０．３５＜Ｒ↓［３１Ｆ］／ｆ＜０．７５……（３）０．３＜Ｒ↓［３２Ｒ］／ｆ＜０．７……（４）式中，ｆ：傅里叶变换光学系统的焦距；ｆ↓［２］ ：第二透镜组的焦距；Ｒ↓［１２Ｆ］：第一透镜组中的第一弯月型负透镜的凹面曲率半径；Ｒ↓［３１Ｆ］：第三透镜组中的第二弯月型正透镜的凸面曲率半径；Ｒ↓［３２Ｒ］：第三透镜组中的双凹负透镜的朝向频谱面的凹面曲率半径。

【技术特征摘要】
1.一种傅里叶变换光学系统，其从输入面到频谱面，依次包括一具有正光焦度的第一透镜组，一具有正光焦度的第二透镜组和一具有负光焦度的第三透镜组，其中，该第一透镜组包括凹面相对的一第一弯月型正透镜和一第一弯月型负透镜，该第一弯月型正透镜的凸面朝向输入面，该第一弯月型负透镜的凸面朝向频谱面；该第二透镜组包括至少一双凸透镜；该第三透镜组包括一第二弯月型正透镜和一双凹负透镜，该第二弯月型正透镜的凸面朝向输入面；该傅里叶变换光学系统满足约束条件(1)～(4)0.8＜f2/f＜1.4……(1)-1.3＜R12F/f＜-0.7……(2)0.35＜R31F/f＜0.75……(3)0.3＜R32R/f＜0.7……(4)式中，f傅里叶变换光学系统的焦距；f2第二透镜组的焦距；R12F第一透镜组中的第一弯月型负透镜的凹面曲率半径；R31F第三透镜组中的第二弯月型正透镜的凸面曲率半径；R32R第三透镜组中的双凹负透镜的朝向频谱面的凹面曲率半径。2.如权利要求1所述的傅里叶变换光学系统，其特征在于所述傅里叶变换光学系统满足约束条件(5)～(6)n2＞1.7……(5)n2-n12＞0.13……(6)式中，n2第二透镜组材料的折射率；n12第一透镜组中的第一弯月型负透镜材料的折射率。3.如权利要求1所述的傅里叶变换光学系统，其特征在于该第二透镜组包括一双凸正透镜。4.如权利要求1所述的傅里叶变换光学系统，其特征在于该第二透镜组包括两个双凸正透镜。5.如权利要求1所述的傅里叶变换光学系统，其特征在于该傅里叶变换光学系统用于前组傅里叶变换镜头时可进一步在第一透镜组前设置一分束器。6.一种体全息存储傅里叶变换光学系统，包括一前组傅里叶变换光学系统和一后组逆傅里叶变换光学系统，该前组傅里叶变换光学系统从输入面到频谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾吉勇，金国藩，王民强，严瑛白，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]