Применение ограниченной номенклатуры марок стекол при проектировании оптических систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИМЕНЕНИЕ ОГРАНИЧЕННОЙ НОМЕНКЛАТУРЫ МАРОК СТЁКОЛ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

А.А. Малькин

ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла»

В настоящей работе представлены результаты применения программы по автоматической замене марок бесцветного оптического стекла на марки из заранее определённого ограниченного перечня. Представлены характеристики некоторых оптических систем разработанных с применением указанного метода.

Создание и использование минимизированного каталога бесцветного оптического стекла отечественного производства, достаточного для создания современных образцов оптических и оптико-электронных приборов специального назначения, является важной задачей, решение которой необходимо не только для уменьшения издержек производства оптических материалов, но и для повышения качественных характеристик оптических систем.

Проведённые исследования [1, 2] показали, что при современном развитии компьютерных технологий проектирования оптических систем, можно добиться получения высоких качественных характеристик оптических систем с применением ограниченной (более чем в два раза!) номенклатуры марок бесцветного оптического стекла.

В результате проделанной работы [2] разработан ограниченный перечень отечественных марок стёкол и выявлено выражение, позволяющее учитывать «эффективную область стекла»:

, (1)

оптическое стекло

где Дх - разница между коэффициентом дисперсии стекол из исследуемого каталога; Дn - разница между показателями преломления стекол из исследуемого каталога; ДP_л1,л2 - разница между отклонениями относительных частных дисперсий от «нормальной линии» стёкол из рассматриваемого каталога.

Представленное выражение обеспечило возможность программной реализации методики автоматизированной замены марок стёкол (без ухудшения основных качественных характеристик исходной системы), в исследуемых оптических системах, на марки из разработанного ограниченного перечня [2].

Суть алгоритма автоматизированной замены оптических материалов, на стёкла из ограниченного перечня заключается в том, что программа последовательно сравнивает каждый оптический материал в исследуемой системе со стёклами из «машинного» каталога. Если величина R_max, определённая по выражению (1), между оптическим материалом в исследуемой системе и стеклом из ограниченного перечня не превышает 0,041, то происходит замена оптического материала в рассматриваемой системе на стекло из ограниченного перечня.

В алгоритм программы по автоматической замене стёкол в оптических системах (ПАЗСОС) заложена оптимизация рассматриваемой оптической системы с параметрами заданными пользователем при помощи стандартных средств программного комплекса ZEMAX.

После завершения работы, программа представляет отчёт, показанный на рисунке 1.

Рисунок 1 - Отчёт ПАЗСОС

Результатом работы макроса по автоматической замене стёкол в оптических системах является оптическая система с заменёнными марками стёкол, отчёт, в котором представлены возможные варианты замены марок стёкол, и величина R, определённая по выражению (1).

В предоставляемом отчёте также показаны исходная величина оценочной функции и значение оценочной функции после замены стёкол.

На базе представленных алгоритмов замены марок стёкол была разработана гамма светосильных объективов для телевизионных камер и приборов ночного видения, которые впоследствии были изготовлены на ОАО ЛЗОС.

В частности, был модернизирован объектив [3], разработанный специалистами ОАО ЛЗОС. В указанном объективе была повышена технологичность сборки и юстировки отдельных компонентов и объектива в целом при сохранении технических характеристик, качества получаемого изображения, конструктивных параметров большинства оптических элементов.

Результатом работы стал объектив (рисунок 2) [4], имеющий следующие характеристики:

- фокусное расстояние объектива f'=20,4мм;

- относительное отверстие - 1:1,3;

- угловое поле в пространстве предметов - 48⁰.

Рисунок 2 - Оптическая схема объектива с f'=20,4мм, где АД - апертурная диафрагма

Представленный объектив предназначен для работы в приборах ночного видения с электронно-оптическими преобразователями (ЭОП). Объектив c f'=20,4мм рассчитан совместно с защитной плоскопараллельной пластиной ЭОП, выполняющей также роль светофильтра в области спектра от 0,55 до 0,95мкм и расположенной около фокальной плоскости объектива.

Разработан светосильный объектив (для цветных и чёрно-белых телевизионных камер с матричными приёмниками форматом 1/2 дюйма) [5], имеющий следующие характеристики:

- фокусное расстояние объектива f'=5,58мм;

- относительное отверстие - 1:1,4;

- угловое поле в пространстве предметов - 88⁰.

Оптическая схема светосильного объектива с f'=5,58мм показана на рисунке 3.

Рисунок 3 - Оптическая схема объектива с f'=5,58мм, где АД - апертурная диафрагма

Представленный объектив имеет хорошие качественные характеристики получаемого изображения в спектральном диапазоне от 400 до 1000нм (рисунок 4).

Рисунок 4 - Частотно-контрастная характеристика объектива с f'=5,58мм в спектральном диапазоне от 400 до 1000нм

Среди разработанных оптических систем, с применением алгоритмов [2], следует отметить объектив для цветных и чёрно-белых телевизионных камер с матричными приёмниками (форматом 1/2 дюйма), имеющий следующие характеристики:

- фокусное расстояние объектива f'=8,45мм;

- относительное отверстие - 1:1,4;

- угловое поле в пространстве предметов - 58⁰.

Представленный объектив имеет высокое качество получаемого изображения, как в видимой части спектрального диапазона, так и в ближней инфракрасной области спектрального диапазона.

Оптическая схема светосильного объектива с f'=8,45мм показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Оптическая схема объектива с f'=8,45мм

На рисунке 6 показана частотно-контрастная характеристика объектива с f'=8,45мм.

Рисунок 6 - Частотно-контрастная характеристика объектива с f'=8,45мм в спектральном диапазоне от 535 до 1000нм

В заключении следует отметить, что разработанный минимизированный каталог оптического бесцветного стекла позволяет проводить расчёты, как новых оптических систем, так и оптимизацию систем разработанных ранее. В частности, на базе формулы (1) разработаны алгоритмы, позволяющие проводить замену стёкол из общего перечня [6] (или каталогов зарубежных фирм) на стёкла из разработанного минимизированного каталога, без существенного изменения качественных характеристик оптической системы.

На базе разработанных алгоритмов замены марок стёкол была разработана гамма светосильных объективов для телевизионных камер, которые впоследствии были изготовлены на ОАО «Лыткаринском заводе оптического стекла» (ОАО ЛЗОС).

Литература

1. Малькин А.А. Методы минимизации номенклатуры бесцветного оптического стекла// СПб., Сборник трудов VIII Международной конференции молодых учёных и специалистов «Оптика - 2013», 2013. - с.354-357

2. Малькин А.А. Алгоритмы расчёта оптических систем с использованием ограниченного перечня марок стёкол/ Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, вып.4, 2014. - с. 113-119

3. Пат. 2384869 Российская федерация, МПК⁷ G02B 9/60. Светосильный объектив/ Грудзино Ю.Б.; заявитель и патентообладатель ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла».-№2008146018/28; заявл. 24.11.2008; опубл. 20.03.2010, Бюл. №8. - 6с.: ил.

4. Заявка на изобретение Российская федерация,. МПК⁷ G02B 9/60, G02B 13/14. Светосильный объектив/ Малькин А.А., Грудзино Ю.Б.; заявитель и патентообладатель ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла». -№2014123180; заявл. 09.06.2014.

5. Заявка на изобретение Российская федерация,. МПК⁷ G02B 9/60, G02B 13/14. Светосильный объектив/ Малькин А.А.; заявитель и патентообладатель ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла». -№2013142872; заявл. 23.09.2013.

6. ГОСТ 3514-94. Стекло оптическое бесцветное. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1994. - 35с.

Размещено на Allbest.ru