Дипломная работа: Проектирование круглосуточной оптико-телевизионной системы
Для расширения коррекционных возможностей рассмотренной системы используют различные линзовые компенсаторы или деформируют поверхности зеркал, делая их несферическими.
Компенсация сферической аберрации. Определение коррекционных параметров
Линза поз. 1 (см. оптическую схему принципиальную) имеет отрицательную сферическую аберрацию, так же как и главное зеркало поз. 2, если его изготовить с наружной отражающей поверхностью ("собирающие элементы"). Известно [6], что отрицательная линза имеет положительную сферическую аберрацию. Поэтому комбинация положительной линзы, имеющей отрицательную сферическую аберрацию, с отрицательной линзой позволяет получить систему с исправленной сферической аберрацией. К сожалению, устранить сферическую аберрацию можно только для некоторых лучей, но нельзя ее полностью исправить в пределах всего входного зрачка.
Исходя из вышесказанного, выполним главное зеркало в виде зеркала с внутренней отражающей поверхностью (т.н. зеркало Манжена). Тогда преломляющая поверхность и ее отражение в развертке хода лучей образуют отрицательную линзу. Это обеспечит нам один корректирующий параметр (при фиксированной толщине) – радиус преломляющей поверхности зеркала.
Компенсация комы. Определение коррекционных параметров
Рассмотрим компенсатор, состоящей из линзы, расположенной в сходящихся пучках лучей (линза поз. 4 на оптической схеме).
При фиксированной оптической силе и толщине компенсатор имеет один свободный параметр (радиус одной из поверхностей). При определении конструктивных параметров компенсатора следует иметь ввиду, что его коррекционные возможности зависят от положения компенсатора относительно плоскости малого зеркала. Если компенсатор располагать ближе к малому зеркалу, то он сильнее будет влиять на сферическую аберрацию системы, если компенсатор приближать к задней фокальной плоскости, то возрастает его влияние на полевые аберрации.
Применение компенсатора целесообразно при относительных отверстиях до 1 : 5, что соответствует данному случаю.
Расчет конструктивных параметров
Рассчитаем конструктивные параметры оптической системы методом проб[6].Метод проб состоит в исследовании и использовании зависимостей между изменениями отдельных параметров оптической схемы с известной конструкциейи вызываемыми ими изменениями значений аберраций.
Первоначально из каталогов, архивных данных или патентов выбирают наиболее подходящую оптическую систему, которую пересчитывают, если это необходимо, на требуемое фокусное расстояние или увеличение и принимают за исходную. Последовательно изменяя значения отдельных параметров исходной системы, получают конечный ряд вариантов оптической системы. Рассчитывают ход ряда лучей осевого и наклонного пучков через оптическую систему каждого из полученных вариантов, вычисляют аберрации и, сравнивая их с аберрациями исходной системы, находят указанные выше зависимости. Результаты исследований анализируют по таблицам или графикам, иллюстрирующим влияние изменений параметров на аберрации и другие величины, характеризующие свойства оптической системы. Путем интерполяции или экстраполяции по таблицам или графикам находят вариант оптической системы, который удовлетворяет техническому заданию. В качестве изменяемых параметров могут быть взяты конструктивные параметры (r, d, n). Очевидно, что метод проб достаточно трудоемок по времени, так как требуется проводить большое количество расчетов хода лучей через систему. Однако интенсивное развитие ЭВМ в последние годы позволяет сделать это в автоматическом режиме.
Исходная система:
Исходной системой является объектив, разработанный на ОАО "НПО Геофизика-НВ". Он не удовлетворяет требованиям к качеству изображения и результатам габаритного расчета. Имеет следующие характеристики:
· Заднее фокусное расстояние 270 мм.
· Диаметр входного зрачка 200 мм, диаметр экранированной части 100 мм.
· Угловое поле 5,3°.
Рис. 9. Оптическая схема исходного объектива.
Конструктивные параметры объектива:
|
Номер поверхности (по ходу лучей) | Радиус, мм | Толщина по оси, мм | Материал |
| 1 | 656,10 | ||
| 21 | К8 | ||
| 2 | ∞ | ||
| 146,01 | воздух | ||
| 3 | -364,13 | ||
| 18 | К8 | ||
| 4 | -570,2 | Зеркало | |
| -18 | К8 | ||
| 5 | -364,13 | ||
| -146,01 | воздух | ||
| 6 | ∞ | Зеркало | |
| 90,23 | воздух | ||
| 7 | 88,92 | ||
| 5 | ТФ5 | ||
| 8 | 69,02 | ||
| 13,4 | ТК14 | ||
| 9 | 625,2 |
Опишем поэтапно расчет конструктивных параметров при помощи САПР Zemax (в диалоговом режиме).
1) Моделирование исходной оптической системы.
2) Масштабирование всей системы с целью получения искомого фокусного расстояния (1307 мм).
3) Задание искомого диаметра входного зрачка (250 мм).
4) Задание искомого размера изображения (18 мм).
5) Приведение коррекционных элементов к виду, описанному в п. 2.3.1, 2.3.2.
6) Задание оптимизационных требований и ограничений:
o Минимизация размера усредненного (по зрачку и по длинам волн) кружка рассеяния, содержащего 70% энергии.