Навигация
Загальні зведення про методи абераційного розрахунку оптичних систем
27043
знака
1
таблица
1
изображение
3. Загальні зведення про методи абераційного розрахунку оптичних систем
Проектування оптичних систем по необхідних технічних умовах включає чотири основних етапи: 1) габаритний розрахунок; 2) вибір вихідного варіанта; 3) абераційний аналіз вихідного варіанта і корекція аберацій; 4) оцінка якості зображення.
На першому етапі проектування улаштовується вибір принципової оптичної схеми приладу, установлюється взаємне розташування компонентів, а також визначаються фокусні відстані, відносні отвори, відносні діаметри і поля компонентів. Передбачається, що оптична система ідеальна, а компоненти нескінченно тонкі. На другому етапі здійснюється вибір принципових конструкцій (числа лінз, їхнього взаємного розташування) компонентів оптичної системи. Цей вибір визначається характеристиками компонентів. Деякі компоненти можуть бути обрані з каталогів.
Третій етап закінчується визначенням конструктивних параметрів оптичних компонентів системи, що забезпечують необхідну якість зображення чи необхідну структуру вихідних пучків променів. Успішне виконання абераційного розрахунку залежить від кваліфікації оптика-конструктора, раціонального вибору вихідного варіанта і від правильно обраного методу розрахунку.
При абераційному розрахунку найчастіше використовують метод проб, комбінований метод і методи автоматизованого розрахунку.
Метод проб
Послідовно змінюючи значення окремих параметрів вихідної системи, розраховують на ЕОМ хід променів, по яких визначають аберації, і порівнюють їх з абераціями вихідної системи, тобто установлюється вплив зміни конструктивних параметрів на аберації, а при необхідності і на інші величини, що характеризують властивості оптичної системи. Потім шляхом інтерполяції чи екстраполяції знаходять варіант оптичної системи, що задовольняє технічному завданню.
Комбінований метод
На початку розрахунку за цим методом припускають, що в оптичній системі присутні лише аберації третього порядку, і розрахунок виконують на підставі теорії аберацій третього порядку. Після знаходження конструктивних параметрів оптичної системи, що має задані значення аберацій третього порядку, виконують перевірочний абераційний розрахунок. У результаті цього розрахунку встановлюють точні значення аберацій (
, 
, 
). Якщо дійсні значення аберацій близькі до необхідних, то на цьому розрахунок можна закінчити. У противному випадку необхідно визначити аберації вищих порядків (
, 
, 
). як різниці
,
,
,
де 
, 
, 
– аберації третього порядку. Після цього розрахунок повторюється вже з урахуванням аберацій вищого порядку.
Застосування ЕОМ значно скорочує час абераційної корекції оптичних систем. При автоматизованій корекції за допомогою ЕОМ знаходять числові значення параметрів обраної розроблювачем оптичної системи, при яких характеристики системи (
, 2w (2у), А, b, …) мають задані значення, а аберації або мінімальні, або також мають задані значення.
Найбільш розповсюдженими методами, що використовуються при автоматизованій корекції, є:
– універсальні методи, основані на різних способах поступових наближень;
– методи, основані на розв’язанні систем рівнянь, у яких установлений зв'язок між конструктивними параметрами оптичної системи й абераціями.
Методи поступових наближень можна застосовувати в системах будь-якого типу і будь-якого ступеня складності. Скласти рівняння, що зв'язують конструктивні параметри з абераціями, можна тільки для області третіх порядків і для більш простих типів систем (наприклад, дволінзових, три лінзових склеєних конструкцій чи двохкомпонентних конструкцій, що утворені одиночними чи склеєними тонкими лінзами).
В даний час у практиці абераційного розрахунку оптичних систем широко використовуються програми автоматизованої корекції аберацій, розроблені А.П. Грамматіним, С.А. Родіоновим і Н.В. Цено. Застосування цих програм основана на творчій участі розроблювача, тому що він має правильно вибрати вихідну систему, призначити кориговані функції, установити їхні необхідні значення і призначити допуски на них, визначити параметри, що можуть служити колекційними, а також задати обмеження на їхні значення.
Як правило, повна корекція оптичної системи на ЕОМ вимагає багаторазового використання програми автоматизованого розрахунку. А оскільки в основі методів автоматизованої корекції лежать ітераційні способи, то немає гарантії одержання розв’язання навіть у тих випадках, коли розв’язання існують. Це можна пояснити невдалим вибором значень параметрів вихідної системи, невдалим призначенням необхідних значень коригувальних функцій чи допусків на них, а також невдалим вибором корекцій них параметрів.
Вибираючи аберації, що підлягають корекції, насамперед потрібно враховувати призначення оптичної системи, а також її корекцій ні можливості. Наприклад, для більшості освітлювальних систем досить обмежитися корекцією сферичної аберації і коми. Дволінзовий склеєний компонент при заданій фокусній відстані має лише два колекційних параметри (кути 
і 
першого допоміжного променя в лінзах). Товщину лінз і константи скла як параметр використовувати не рекомендується. Тому така конструкція забезпечує одержання точних значень тільки двох аберацій. При розрахунку важливо установити необхідне і достатнє число коригувальних функцій. Практика розрахунку показує, що починати потрібно з мінімально необхідного числа. Звичайно на першій стадії розрахунку обмежуються корекцією аберацій для граничних значень апертури і поля, після чого потрібно установити, чи не перевищують аберації для проміжних значень припустимих величин. Якщо проміжні значення аберацій більше, то проводиться подальша корекція за рахунок збільшення числа коригувальних аберацій.
Іноді на першій стадії розрахунку задають велику чисельність коригувальних аберацій, і поява значних аберацій для проміжних значень w, т і М практично виключається. Цей підхід зажадає великих витрат машинного часу. Крім того, неможливо установити, які аберації не піддаються корекції.
Як колекційні параметри найчастіше використовують радіуси оптичних поверхонь. Товщину лінз, повітряні проміжки, показники переломлення для основної довжини хвилі, коефіцієнти дисперсії і коефіцієнти в рівняннях сферичних поверхонь також можна використовувати як колекційні параметри. Для того, щоб значення колекційних параметрів не виходили за границі необхідних інтервалів, у програмах автоматизованого розрахунку передбачається завдання обмежень:
,
де 
і 
– відповідно найменше і найбільше припустимі значення параметра. Ці значення встановлює розроблювач оптичної системи.
Похожие работы
... мембрани зводить гістерезисні явища в дзеркалі до мінімуму. В процесі управління потрібні порівняно низькі напруги. Дзеркало нескладно у виготовленні, економічно, надійно, міцно і несприйнятливо в дії атмосферних факторів. Адаптивні оптичні елементи, що використовують для модуляції фази електрооптичний ефект (електрооптичні адаптивні фазові коректори), найвдаліше поєднують в собі висока швидкодія ...
... Юнга з двома отворами. 2.4 Розв'язування задач з оптики, домашні досліди і спостереження Розв'язування задач з оптики сприяє формуванню фізичних понять, усвідомленню і закріпленню учнями матеріалу, зв'язків між фізичними величинами. Зокрема, розв'язуючи задачі з цього розділу, учні міцніше засвоюють основні закони геометричної оптики (прямолінійне поширення світла, незалежність світлових ...
... впровадження сучасних інформаційних технологій, що забезпечують подальше вдосконалення навчально-виховного процесу, доступність та ефективність освіти, підготовку молодого покоління до життєдіяльності в сучасному комп’ютеризованому суспільстві [41]. Упровадження сучасних інформаційних технологій навчання розкриває широкі можливості щодо суттєвого зменшення навчального навантаження і, водночас, і ...
... експериментально довели, що розсіяний рентгенівський фотон і електрон віддачі з'являються одночасно. Розділ 2 Вивчення фундаментальних дослідів з квантової оптики в профільних класах 2.1 Досліди, що послужили основою виникнення хвильової теорії світла Оптика є, ймовірно, тим розділом фізики, в якому вперше були проведені вимірювання. В III ст. до н.е. Евклід вже знав закони видбивання ...
0 комментариев