Этим определяется актуальность данной работы, посвященной изучению трехзеркального объектива без экранирования.
Цель работы: исследовать свойства и возможности трехзеркального объектива без экранирования.
К задачам, решаемым в диссертационной работе, относятся:
1. Разработка методики расчета трехзеркального объектива без экранирования с телецентрическим ходом лучей в пространстве изображений.
2. Расчет конструктивных параметров системы при заданных значениях фокусного расстояния, диафрагменного числа и рабочего расстояния до изображения.
3. Определение размера рабочего поля системы.
4. Составление таблиц, позволяющих получить информацию о качестве и возможностях объектива, а также о его габаритах.
5. Рассмотрение возможности применения бинарной асферической поверхности в качестве формы поверхности третьего зеркала.
6. Оценка допусков на гиперболоидальное зеркало и влияния воздушного промежутка между зеркалами.
Научная новизна:
1. Получены формулы для габаритного расчета трехзеркального объектива без экранирования с телецентрическим ходом лучей в пространстве изображений.
2. Выполнены расчеты вариантов системы, позволяющие оценить, как меняется качество изображения в зависимости от изменения значений фокусного расстояния, диафрагменного числа и величины расстояния, от поверхности, третьего зеркала до изображения:
3. Предложены варианты объективов с бинарной асферикой, использование которой позволяет увеличить размер углового поля системы.
В диссертации на защиту выносятся:
1. Методика расчета трехзеркального объектива без экранирования^ с телецентрическим ходом лучей в пространстве изображений.
2. Результаты расчета системы по разработанной методике.
3. Системы с бинарной асферической поверхностью в качестве формы поверхности третьего зеркала.
4. Оценка допусков на гиперболоидальное зеркало и влияния воздушного промежутка между зеркалами.
Практическая ценность работы:
1. Методика расчета трехзеркального объектива без экранирования.
2. Результаты исследования трехзеркального объектива без экранирования представлены в виде таблиц, которые позволяют сделать вывод о качестве и возможностях системы с заданными характеристиками, а также о ее габаритах. Используя эти таблицы, можно сразу сделать вывод о соответствии объектива требованиям технического задания.
3. Предложено использование асферической поверхности, представляющей собой бинарную асферику, для увеличения углового поля системы.
4. Показано, что при замене асферической поверхности третьего зеркала (сплюснутый сфероид) поверхностью с бинарной асферикой можно обеспечить увеличение размера углового поля системы на 6−23%.
Основные результаты работы представлялись на XXXVIII научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2009), XXXIX научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2010), VII Межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2010), VIII Межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2011). i.
Основные результаты диссертации отражены в работах [7, 9, 31,34].
Выводы:
1. Определены допуски на конструктивные параметры гиперболоидальной поверхности (радиус кривизны при вершине поверхности и коэффициент асферики). Результаты исследования приведены в Приложении 4.
2. Влияние погрешности изготовления гиперболоидальной поверхности компенсируется при помощи воздушного промежутка.
3. Выяснено насколько необходимо изменить расстояние между зеркалами для того, чтобы устранить влияние погрешности изготовления первого зеркала.
4. Изменение воздушного промежутка для устранения влияния погрешности изготовления гиперболоидальной поверхности незначительно (1−3 мм), следовательно, можно говорить о технологичности системы. Что является очевидным ее достоинством.
5. Исследовано влияние воздушного промежутка между зеркалами с1 (мм) и определен диапазон его допустимых отклонений от номинальной величины.
6. Приведены значения аберраций, вызванных децентрировкой отдельных поверхностей в 5 возможных вариантах системы.
7. Компенсация децентрировок зеркал может быть осуществлена смещением или поворотом второго зеркала.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Диссертационная работа посвящена исследованию свойств и возможностей трехзеркального объектива без экранирования. В заключение отметим основные результаты:
1. Разработана методика и получены формулы для вычисления конструктивных параметров трехзеркального объектива без экранирования при заданных значениях фокусного расстояния, диафрагменного числа, удаления плоскости изображения от последней поверхности или от вершины выпуклого зеркала;
2. Исследованы свойства и возможности трехзеркального объектива без экранирования. Результаты исследования представлены в виде сводных таблиц (Приложение 1 и Приложение 2). Объектив удовлетворяет критерию оценки качества изображения при угловых полях 2а) диаг < 8° или 2сох < 19,4°.
3. При диафрагменных числах А>10 третье зеркало объектива может быть выполнено сферическим. Что позволит упростить изготовление и контроль системы, а также уменьшит ее стоимость.
4. Общим недостатком рассматриваемых систем" является превышение размеров первого и третьего зеркал по отношению к диаметру входного зрачка.
5. Предложено применение поверхности с бинарной асферикой в качестве формы, поверхности третьего зеркала, что привело к результатам, вполне подтверждающим правильность этого предложения и являющимися стимулом для дальнейших исследований. Было показано, что при замене асферической поверхности третьего зеркала (сплюснутый сфероид) поверхностью с бинарной асферикой происходит увеличение размера щелевого поля на 6−23%.
6. Доказано, что зеркало, имеющее форму поверхности с бинарной асферикой может быть изготовлено в рамках существующих технологий.
7. Определены допуски на конструктивные параметры гиперболоидальной поверхности первого зеркала (радиус кривизны при вершине поверхности и коэффициент асферики). Результаты исследования приведены в Приложении 4.
8. Исследовано влияние воздушного промежутка между зеркалами <Л (мм) и определен диапазон его допустимых отклонений от номинальной величины.
9. Приведены значения аберраций, вызванных децентрировкой отдельных поверхностей.
10. Сочетание большого поля изображения, простоты и технологичности конструкции позволяют утверждать, что исследуемый объектив может найти применение в качестве объектива телескопа и аэрокосмического объектива.
1. Везерелл В. Б., Шульте Д. Х., Уомбл Д. А. Новые оптические системы, широкоугольных телескопов / В' кн. Оптические и инфракрасные телескопы < 90-х годов. Под. ред. А. Хьюинт, пер. А. П. Ипатова, А. А. Токовинина! Под ред. П. В. Щеглова. М.: Мир, 1983. С.97−101.
2. Волосое Д. С. Фотографическая оптика. М.: Искусство, 1971. С. 336−337.
3. Вычислительная оптика: Справочник / М. М. Русинов, А. П. Грамматин и др. М.: Наука, 1982. С. 293.
4. Грамматин А. П. Свойства геометрических аберраций второго порядка// Оптический журнал. 1994. № 8.С.34−38.
5. Грамматин А. П., Грязное Г. М., Стариченкова В. Д. Трехзеркальная оптическая система без экранирования //Патент РФ № 2.327.194. 2006.
6. Грамматин А. П., Марчук С. М. Асферические оптические поверхности нового типа и их аберрационные свойства// Оптико-механическая промышленность. 1990. № 11.С.55−57.
7. Грамматин А. П., Сычева A.A. Трехзеркальный объектив телескопа без экранирования// Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 1.С.24−27.
8. Грамматин А. П., Файзиев A.C. Интерферометрический контроль вогнутых асферических поверхностей// Оптический журнал. 2001. Т. 68. № 8.С. 17−20.
9. Грамматин А. П., Харченко A.A. Трехзеркальный объектив без экранирования с бинарной асферикой // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 4.С.76−78.
10. Заказное Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1992. С. 378−381.
11 .Зверев В. А., Кривопустова Е. В. Оптотехника несферических поверхностей. Учебное пособие. СПб, ИТМО, 2006. С.34−35.
13. Кирилловский В. К., Гаврилов Е. В. Оптические измерения. Учебное пособие. Ч. 7. Инновационные методы контроля при изготовлении прецизионных асферических поверхностей. СПб, ИТМО, 2009. С. З, 10−14.
14. Коронкевич В. П., Полещук А. Г., Седухин А. Г., Ленкова Г. А. Лазерные интерферометрические и дифракционные системы// Компьютерная оптика. 2010. Т.34.№ 1.С. 16−17.
Ъ.Латыев С. М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. Л.:
Машиностроение, 1985. С. 7. 1 в. Латыев С. М. Конструирование точных (оптических) приборов. Учебное пособие. СПб, 2007. С. 452.
М.Лебедева Г. И., Гарбулъ A.A. Перспективные аэрокосмические зеркальные объективы // Оптический журнал. 1994. № 8.С.57−62.
18. Лысенко А. И., Маламед Е. Р., Сокольский М. Н., Пименов Ю. Д., Путилов И. Е. Оптические схемы объективов космических телескопов // Оптический журнал. 2002. № 9. С. 21.
19. Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения. Дифракционная теория и влияние когерентности света. М.: Издательство «Мир», 1964. С. 153−199.
20. Мыхелъсон H.H. Оптические телескопы. Теория и конструкция. М.: Наука, 1976.
21. Михелъсон H.H. Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета. М.: Издательская фирма «Физико-математическая литература», 1995. С. 236.
22. Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. Л.: Наука, 1979. С. 179.
23. Максутов Д. Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. М.: Наука, 1984.
24. Попов Г. М. Современная астрономическая оптика. М.: Наука, 1988. С. 140.
25. Пуряев Д. Т. Методы контроля оптических асферических поверхностей. М.: Машиностроение, 1976. С. 11.
26. Русинов ММ. Техническая оптика. Л.: Машиностроение (Ленингр. Отд-е), 1979. С. 237−238.
27. Русинов М. М. Несферические поверхности в оптике. Расчет. Изготовление. Контроль. М.: Недра, 1983. С. 47.
28. Русинов М. М. Об аберрациях второго порядка в центрированных оптических системах // Изв. ВУЗов, Приборостроение. 1987. № 5. С. 64−68.
29. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-е), 1975. С. 323.
30. Сокольский М. Н. Допуски и качество оптического изображения. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-е), 1989. С. 34−39.
31. Сычева A.A. Трехзеркальный объектив без экранирования зрачка со щелевым полем// Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. Выпуск 2. СПб. 2010. С.70−71.
32. Тихомирова Г. И. Трехзеркальные астрономические объективы // Изв. ВУЗов, Приборостроение. 1967. № 12. С. 70−75.
33. Фотоника: Словарь терминов / под ред. В. Н. Овсюка. Новосибирск: Издательство сибирского отделения РАН, 2004.
34. Харченко A.A. Трехзеркальный объектив без экранирования с бинарной асферикой// Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. Выпуск 2. СПб. 2011. С.34−35.
35. Чуриловский В. Н. О новом типе астрофотографического объектива с апохроматической, апланатической, анастигматической и ортоскопической коррекцией // Труды ЛИТМО. 1941. Т. 1, вып. 4. С. 3−4.
36. Шредер Г., ТрайберХ. Техническая оптика. М.: Техносфера, 2006. С. 88.
37. Cook. Three mirror anastigmatic optical system // Патент США № 4.265.510.1981. t.
38. Cook, Lacy G. Reflective optical triplet having a real entrance pupil // Патент США № 4.733.955. 1988.
39. KingslakeR. Optical system design. 1983. P. 479.
40. Warren J. Smith. Modern lens design. Genesee Optics Software, Inc. Rochester, New York. 1992. P. 40−41.
41. WetherellWilliam B., WombleDavid A. All-reflective three element objective // Патент США № 4.240.707.1980.
42. CAPO. Руководство пользователя.
