Двухлинзовые склеенные объективы с асферической поверхностью второго порядка

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 535. 317
ДВУХЛИНЗОВЫЕ СКЛЕЕННЫЕ ОБЪЕКТИВЫ С АСФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ВТОРОГО ПОРЯДКА Л. Н. Андреев, В.В. Ежова
Рассмотрена методика расчета двухлинзовых склеенных объективов с асферической поверхностью второго порядка. Приведена принципиальная оптическая схема и результаты аберрационных расчетов светосильного двухлинзового объектива.
Ключевые слова: объектив, асферика, аберрации.
Двухлинзовые склеенные объективы находят широкое применение в различных областях приборостроения благодаря простой оптической схеме и оптимальным коррекционным возможностям.
Большой вклад в решение этой проблемы внес Г. Г. Слюсарев, предложивший методику расчета объективов на основе теории аберраций третьего порядка [1]. В дальнейшем в развитие этой методики были разработаны различные вспомогательные таблицы для оптимизации расчетов [1−3]. Однако рассчитанные двухлинзовые склеенные объективы со сферическими поверхностями имеют относительное отверстие, не превышающее Б /'- = 1: 5- 1: 4, что в ряде случаев является недостаточным. Целью работы являлись разработка методики проектирования и расчет двухлинзовых склеенных объективов с асферической поверхностью второго порядка с увеличенным относительным отверстием до Б/ /'- = 1: 2,5- 1:2.
У двухлинзовых объективов, как правило, исправлению подлежат сферическая аберрация, кома и хроматизм положения. Сущность предлагаемой методики заключается в следующем.
В качестве исходной оптической схемы выбирается плоско-выпуклая линза, склеенная из двояковыпуклой и плоско-вогнутой линз из «хроматической» пары стекол, например ТК14-Ф1 или СТК9-ТФ4. Это объясняется тем, что у плоско-выпуклой линзы из стекол с показателем преломления п =1,6−1,75, обращенной выпуклой поверхностью к плоскости предмета, величина Ш, определяющая кому (п), близка к нулю, а величина Р, определяющая сферическую аберрацию (Ду'-), близка к минимуму [5−6]. В дальнейшем, вводя асферизацию выпуклой сферической поверхности, добиваемся необходимой коррекции сферической аберрации. В случае необходимости путем прогиба компонента добиваемся исправления комы. Хроматические аберрации исправляются за счет введения хроматической поверхности склейки [7].
ф, ф 2
Из условия ахроматизации Ф1 +Ф2 = 1- -М-- = 0, где Ф^, Ф2 — оптические силы линз, опреде-
V! У2
ляем радиус хроматической поверхности:
гхр =- ^1(п-1) /0 ,
V
где v1 и V2 — коэффициенты средней дисперсии- п — показатель преломления для средней длины волны стекол- /0 — фокусное расстояние объектива. Следует отметить, что хроматическая поверхность не влияет на коррекцию монохроматических аберраций, в том числе и высшего порядка, благодаря чему и удается существенно повысить относительное отверстие объектива [6].
В отличие от классических двухлинзовых склеенных объективов, объективы, рассчитанные по предложенной методике, обладают следующими отличиями:
1. для линз использована хроматическая пара стекол-
2. первая выпуклая поверхность выполнена асферической с уравнением поверхности у2 = 2г0г -^1 — е22, где г0 — радиус кривизны при вершине поверхности- е2 — квадрат эксцентриситета поверхности- у, г — координаты асферической поверхности.
Для иллюстрации методики расчета приведены конструктивные элементы и остаточные аберрации объектива со следующими характеристиками: /'- = 100 мм- Б/'- =1: 2,5- 2ю = 6°. Первая поверхность
рассчитанного объектива выполнена асферической с е2 =0,53. Оптическая схема рассчитанного объектива представлена на рисунке, конструктивные параметры — в табл. 1. Аберрации для точки на оси и главного луча рассчитанного объектива представлены в табл. 2, 3. Обозначения величин в табл. 1−3 соответствуют приведенным в [4].
Таким образом, введение в оптическую схему двухлинзового объектива с асферической поверхностью второго порядка (эллипсоидальной) и использование хроматической пары стекол позволили увеличить его относительное отверстие до Б//'- = 1: 2,5- 1:2. Следует отметить достаточно высокую степень коррекции сферической аберрации и комы.
Коррекция кривизны поверхности, астигматизма и вторичного спектра у объективов с асферической поверхностью идентична коррекции классических двухлинзовых объективов с относительным отверстием Б//'- = 1:5.
Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 1 (71)
е2 =0,53
Рисунок. Оптическая схема рассчитанного объектива
Номер поверхности Радиусы, мм Осевые расстояния, мм Марки стекол Показатель преломления Коэффициенты средней дисперсии
Воздух 1,0000
1 68,24 15 СТК9 1,7460 50,00
2 -59,61 5 ТФ4 1,7462 28,00
3 800 Воздух 1,0000
Таблица 1. Конструктивные параметры объектива
h AS'-, мм Ay'-, мм П, % S'-f '- - S'-c'-, мм tga '- х 102
20,00 0,003 0,001 0,02 0,19 20,65
17,32 0,006 0,001 0,01 0,09 17,79
14,14 0,006 0,001 0 0 14,45
10,00 0,004 0 0 -0,08 10,16
0 0 0 0 -0,16 0
Таблица 2. Аберрации точки на оси объектива
? y'-, ммm 4 t t zs — zm, % y'- У F '- - У С, мм
3° 5,181 -0,46 -0,20 0,25 -0,007 0,003
2°07 '- 3,663 -0,23 -0,10 0,13 -0,003 0,002
Таблица 3. Аберрации главного луча объектива
1. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. — Л.: Машиностроение, 1975. — 639 с.
2. Трубко С. В. Расчет двухлинзовых склеенных объективов. Справочник. — Л.: Машиностроение, 1984. — 142 с.
3. Русинов М. М. Габаритные расчеты оптических систем. — М.: Госгеологтехиздат, 1979. — 400 с.
4. Вычислительная оптика. Справочник / Под общ. ред. М. М. Русинова. — Л.: Машиностроение, 1984. -423 с.
5. Андреев Л. Н., Громов А. В., Тарасова Л. Г., Олейникова Н. А. Аберрационные свойства тонких линз с асферическими поверхностями второго порядка // Изв. вузов. Приборостроение. — 2005. — Т. 48. -№ 5. — С. 55−58.
6. Андреев Л. Н., Стреляева Л. Г. Свойства оптических систем из одинаковых тонких компонентов // Оптический журнал. — 2001. — Т. 68. — № 7. — С. 27−28.
7. Андреев Л. Н. Прикладная теория аберраций: Учебное пособие. — СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2002. -100 с.
Андреев Лев Николаевич — Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, доктор технических наук, профессор.
Ежова Василиса Викторовна — Санкт-Петербургский государственный университет информационных
технологий, механики и оптики, студент, evv_foist@mail. ru
Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 1 (71)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой