WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Основной проблемой при синтезе двухлинзового склеенного компонента является то, что его параметры P и W при заданном С заранее связаны между собой определенной зависимостью, что усложняет получение требуемого сочетания этих параметров. В работе реализован графо-аналитический метод выбора марок стекол, который при заданном C обеспечивает ближайшее к требуемому сочетание P и W, учитывая значение параметра . Для расчета необходимо задать требуемые основные параметры P, W, C и параметры одного из стекол. При подстановке этих данных в уравнение связи между P и W получено выражение, связывающее показатель преломления и коэффициент дисперсии Аббе для второго стекла вида:

, (3.1)

где;

– показатели преломления и коэффициенты Аббе соответственно первой и второй линз компонента.

Полученная функция (3.1) наносится на карту стекол (линии 1, рисунок 3.1). Чем ближе стекло (точка 3, рисунок 3.1) к графику функции, тем точнее оно обеспечивает требуемое сочетание P, W при заданном С. Также на карту стекол выводятся линии, соответствующие в заданном диапазоне (линии 2, рисунок 3.1), что позволяет учитывать этот параметр.

Рисунок 3.1. Схема, иллюстрирующая выбор марок стекол при синтезе двухлинзового склеенного компонента.

В отличие от склеенного, тонкий несклеенный компонент обладает дополнительным свободным параметром, что позволяет при заданных марках стекол и заданном С обеспечить требуемое сочетание параметров P, W в некотором диапазоне. В работе реализован метод выбора марок стекол двухлинзового несклеенного компонента, позволяющий, наряду с требуемыми P, W, С, обеспечить необходимое значение параметра и наименьшие по модулю оптические силы отдельных линз (с целью уменьшения аберраций высших порядков).

При заданных показателе преломления и дисперсии первого стекла и параметре С всего компонента, параметр однозначно определяется второй маркой стекла, то есть. Подставив в данную зависимость требуемое значение , имеем некоторую кривую, выражаемую зависимостью:

(3.2)

Стекла, лежащие на кривой (3.2), в некоторой области обеспечивают все требуемые параметры P, W, и С. Реализованная программа выводит кривые (3.2) для всех марок на карту стекол и выделяет участки этих кривых, где оптические силы находятся в заданных пределах (рисунок 3.2). Искомые пары стекол расположены на общих кривых, на выделенных участках (1 и 2, рисунок 3.2).

Рисунок 3.2. Схема, иллюстрирующая выбор марок стекол при синтезе двухлинзового несклеенного компонента.

Компонент типа «одиночная линза+склеенный компонент» обладает достаточным числом свободных параметров и позволяет при заданных марках стекол обеспечить требуемое сочетание P, W, и С. Основной задачей при синтезе такого компонента является уменьшение аберраций высших порядков. В работе реализован метод синтеза, позволяющий получить компонент, обладающий требуемыми значениями P, W, С, при минимальных аберрациях высших порядков. Критерием малости аберраций высших порядков была принята минимальность максимальной разности углов преломленного и падающего луча для всех пяти поверхностей. В основе реализованного метода лежат полученные выражения для нулевого луча, проходящего через компонент, где – относительные оптические силы одиночной линзы и склеенного компонента. Разработанная программа синтеза осуществляет перебор всех возможных комбинаций стекол для трех линз компонента из заранее заданного набора. При подстановке в выражения для углов параметров стекол и P, W, C, получаем зависимости. Варьируя значение от до 3 находим такое значение, при котором максимальная разность углов преломленного и падающего луча для всех пяти поверхностей минимальна. Для найденного соотношения определяем радиусы поверхностей, а также параметр .

На третьем этапе при помощи оптимизации методом штрафных функций в полученные тонкие компоненты были введены толщины. При этом минимизировались отклонения значений аберрационных характеристик компонентов конечной толщины от тонких компонентов.

Различные варианты решения, полученные для каждого компонента, анализировались с точки зрения соответствия заданным аберрационным свойствам, а также с точки зрения минимальных аберраций высших порядков, оптимизационных возможностей при дальнейшем наращивании полевых и апертурных характеристик системы до требуемых значений, а также с точки зрения простоты конструкции.

Полученные в результате и системы с компонентами конечной толщины, оптимизированные в области аберраций первого и третьего порядков для уменьшенных полей и апертур, являются стартовыми схемами для окончательной коррекции в области реальных аберраций, которая описывается в четвертой главе.

В четвертой главе приведены результаты автоматизированной коррекции аберраций и объективов с помощью специализированной программы «ZEMAX».

В третьей главе синтез панкратических объективов был осуществлен в области аберраций первых и третьих порядков. Поэтому полученные нами ранее реальные системы были использованы как стартовые схемы для оптимизации с целью получения требуемых относительных отверстий и полей зрения (глава 2), а также исправления аберраций высших порядков.

Для выполнения оптимизации были заданы исходные оптические системы, выбраны переменные параметры и определены оценочные функции.

Основные оптические характеристики полученных в результате оптимизации и панкратических объективов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Основные оптические характеристики объективов

Параметр

объектив

объектив

Фокусное расстояние, мм

Перепад фокусных расстояний,

Диафрагменное число

Угловое поле зрения

Длина системы, мм

По светосиле и угловому полю рассчитанные объективы не уступают аналогам из патентного обзора. Также по основным характеристикам они удовлетворяет приведенным в главе 1 требованиям к объективам для любительских видеокамер. Полученные системы являются более компактными и обладают большим перепадом фокусных расстояний. Оптические схемы и объективов изображены соответственно на рисунках 4.1 и 4.2.

Рисунок 4.1. Оптическая схема панкратического объектива

Рисунок 4.2. Оптическая схема панкратического объектива

Аберрации панкратических систем корригируются для нескольких положений подвижных компонентов. система исправлена для 5 положений, – для четырех. В большинстве положений для этих систем выполняются требования по дисторсии и хроматизму, указанные в первой главе. Функция передачи модуляции для объектива соответствует уровню объективов для любительских видеокамер стандартного качества (SDTV). Качество изображения, формируемого объективом, выше, поэтому он может быть использован как компактный объектив для видеокамер телевидения высокого качества (HDTV).

Заключение

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

  1. Разработана методика параксиального расчета панкратических систем, обеспечивающих механическую компенсацию смещения плоскости изображения. На основе аппарата матричной оптики и гауссовых скобок предложен метод для определения траекторий перемещения компонентов для основных типов оптических систем (объектив, окуляр, телескопическая система, проекционный объектив) и любого числа подвижных и неподвижных компонентов. Для двух наиболее распространенных схем получены законы перемещения компонентов в зависимости от их оптических сил и поперечных увеличений. Определены условия получения компактных систем, обладающих большим перепадом фокусных расстояний.
  2. Проведено исследование различных структурных схем для определения оптимальной оптической схемы компактного панкратического объектива. Для двух наиболее перспективных схем по разработанной методике произведен параксиальный расчет. Получены параксиальные параметры и объективов.
  3. Разработан и реализован алгоритм расчета основных параметров (P, W,, C) параксиальных компонентов посредством оптимизации в многомерном пространстве при условии минимизации аберраций первого и третьего порядков всего объектива для нескольких положений подвижных компонентов.
  4. Разработаны и реализованы методы синтеза тонких компонентов с требуемыми аберрационными характеристиками типа: двойной склеенный компонент, двойной несклеенный компонент, одиночная линза и двойной склеенный компонент.
  5. В полученные тонкие компоненты были введены толщины с помощью разработанного и реализованного алгоритма оптимизации методом штрафных функций при условии минимизации отклонения значений аберрационных характеристик от требуемых и с учетом аберраций высших порядков.
  6. Использование разработанных в работе методов и алгоритмов дало возможность рассчитать исходные схемы двух панкратических объективов. Окончательная оптимизация полученных систем с компонентами конечной толщины была осуществлена с помощью специализированного программного обеспечения. В результате представлены конструктивные параметры двух панкратических объективов, которые обеспечивают соответственно и перепад фокусных расстояний, а также обладают высоким качеством и компактными размерами.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

  1. Bezdidko S.N. Some approaches to description of system configuration and structuring optical system database / S.N.Bezdidko, M.V.Popov // Proceedings of SPIE, 2004. - vol. 5524. - P. 426-435.
  2. Бездидько С.Н. Некоторые подходы к описанию структуры оптических систем и структуризации базы данных оптических систем / С.Н.Бездидько, М.В.Попов // Сборник трудов общества им. Д.С. Рождественского «Прикладная оптика – 2004». - СПб, 2004. - T. 3. - С. 44-54.
  3. Крутман С.А. Особенности проектирования малогабаритных панкратических объективов для видеокамер / С.А.Крутман, В.Г.Поспехов, М.В.Попов // Сборник трудов 1-й научно-практической конференции «Young opticians meeting YOM-2005». - Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - С. 60-65.
  4. Объектив с переменным фокусным расстоянием. Попов М.В. Патент РФ по заявке № 2005140148, приоритет от 22.12.2005.
  5. Попов М.В. Аналитический метод расчета панкратических систем / М.В.Попов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2006. - № 5. - С. 142-153.
  6. Попов М.В. Особенности параксиального расчета панкратических объективов для видеокамер. / М.В.Попов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2007. - № 2. – принята к публикации.
Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»