Введение к работе
Актуальность работы.
В публикациях, посвященных методам расчёта оптических систем переменного увеличения, в качестве исходной принимается оптическая схема системы в целом, при этом выбор схемы определяется либо предполагаемым методом расчёта, либо предидущим опытом и, как правило, не обсуждается. Публикации, посвященные этому вопросу весьма скромно представлены в печати. Однако, именно выбор оптической схемы нередко предопределяет конечный успех всего процесса проектирования системы. Именно этим определяется актуальность настоящей диссертационной работы, посвященной одному из вопросов решения проблемы проектирования оптических систем переменного увеличения: разработке теории обоснованного выбора принципиальной схемы оптической системы, наилучшим образом решающей поставленную задачу.
Цель работы
Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ синтеза и композиции оптических систем с переменными оптическими характеристиками, а также исследование влияния остаточной расфокусировки изображения, образованного системой на его качество.
Задачи исследования
-
Исследование свойств базовой однокомпонентной схемы оптической системы переменного увеличения с непрерывной (механической) и дискретной (оптической) компенсацией расфокусировки изображения, а также однокомпонентной системы дискретного изменения увеличения.
-
Преобразование базовой однокомпонентной схемы в базовую двухкомпонентную схему оптической системы переменного увеличения. Исследование свойств двухкомпонентной схемы при непрерывной и дискретной компенсации расфокусировки изображения.
-
Преобразование базовой двухкомпонентной схемы в базовую трёхкомпонентную схему оптической системы переменного увеличения типа «коллектив» и исследование её свойств.
-
Исследование свойств базовой трёхкомпонентной схемы оборачивающей оптической системы переменного увеличения.
-
Исследование влияния остаточной расфокусировки изображения на его качество.
Методы исследования
-
Аналитические методы параксиальной оптики.
-
Методы дифракционной теории образования изображения.
-
Методы оценки качества изображения.
Научная новизна диссертации
-
Разработаны основы теории композиции принципиальных схем оптических систем переменного увеличения.
-
Впервые введено поїитие базовой принципиальной схемы, что позволило распространить идеи синтеза и композиции на построение принципиальных схем оптических систем переменного увеличения. Разработана теория структурного преобразования базовых схем.
-
Выполнен анализ взаимосвязи неизменного при предельном смещении одиночного оптического компонента положения дух пар оптически сопряжённых точек с возможным вариантом композиции оптической системы переменного увеличения.
-
Выполнен анализ взаимосвязи перемещений компонентов в двухкомпонентной схеме оптической системы переменного увеличения при непрерывной и дискретной компенсации расфокусировки изображения.
-
Выполнен анализ параметров трёхкомионентной схемы оптической системы переменного увеличения типа «коллектив», в результате которого обнаружены четыре возможных варианта схемного решения такой системы.
-
Выполнен анализ параметров трёхкомионентной схемы оборачивающей оптической системы переменного увеличения, в результате которого обнаружены восемь возможных типов схемного решения такой системы.
-
Получен общий вид выражений, определяющих зависимость остаточной величины остаточной расфокусировки изображения от величины смещения крайних компонентов в трёхкомионентной схеме как оптической системы типа «коллектив», так и оборачивающей оптической системы переменного увеличения.
Основные результаты выносимые иа защиту
-
Понятие базовых принципиальных схем оптических систем переменного увеличения и теория их структурных преобразований (развития).
-
Соотношения, определяющие положение двух пар оптически сопряжённых точек, не меняющих своего положения при предельных смещениях подвижных оптических компонентов в базовой схеме каждого уровня. Выполнен анализ и установлена взаимосвязь положения этих точек с возможными вариантами композиции оптической системы переменного увеличения, основанной на применении однокомпонентной базовой схемы.
-
Выражения, определяющие в общем случае взаимосвязь перемещений компонентов в двухкомпонентной базовой схеме оптической системы переменного увеличения при непрерывной и дискретной компенсации остаточной расфокусировки изображения.
-
Соотношения, определяющие оптические силы компонентов в трёхкомпонентной базовой схеме типа «коллектив», когда, при симметричном положении относительно среднего компонента и при предельных смещениях крайних компонентов положение двух пар оптически сопряжённых точек не изменяется. В результате анализа полученных соотношений обнаружены четыре интервала значений линейного увеличения К0 изображения, образованного первым компонентом системы, в каждом из которых сочетание знаков оптических сил компонентов ф0; <рк и расстояния La между осевыми точками предмета и изображения, образованного системой в целом, определяет соответствующий тип схемного решения.
-
Соотношения, определяющие оптические силы компонентов в трёхкомпонентной базовой схеме оборачивающей оптической системы, при которых при симметричном положении относительно среднего компонента и при предельных смещениях крайних компонентов положение двух пар оптически сопряжённых точек не изменяется. В результате анализа полученных соотношений обнаружены восемь интервалов значений линейного увеличения К0 изображения, образованного первым компонентом системы, в каждом из которых сочетание знаков оптических сил компонентов ^0; <рк, увеличения К0 и
расстояния Z0 между осевыми точками предмета и изображения, образованного системой в целом, определяет соответствующий тип схемного решения.
-
Общий вид выражений, определяющих зависимость величины остаточной расфокусировки 6L изображения от величины смещения крайних компонентов трёхкомпонентной схемы оптической системы типа «коллектив» и оборачивающей оптической системы соответственно.
-
Аналитические соотношения и результаты числового анализа, определяющие требования к точности фокусировки изображения.
Практическая ценность работы
-
Аналитические соотношения, соответствующие структурным преобразованиям базовых схем оптических систем переменного увеличения и описывающие их свойства, определяют теоретическую базу синтеза й композиции принципиальных схем оптических систем с переменными оптическими характеристиками.
-
Полученные результаты анализа свойств базовых схем образуют систему реальных знаний, определяющих возможность обоснованного выбора базовой принципиальной схемы соответствующего уровня при композиции схемы оптической системы переменного увеличения конкретного функционального назначения.
-
Аналитические соотношения, определяющие взаимосвязь параметров базовых принципиальных схем, определяют возможность математического моделирования их функционирования.
-
Полученные аналитические соотношения, определяющие влияние расфокусировки изображения на геометрически и дифракционно ограниченное его качество, а также результаты числового анализа позволяют установить обоснованные требования к параметрам компонентов и к точности перемещения подвижных компонентов в схеме.
-
Идея композиции принципиальных схем оптических систем переменного увеличения, реализованная через введение понятия базовой схемы, позволила установить логически увязанную последовательность преобразования базовых схем и изучения их свойств, что определяет возможность при формальной переработке диссертационной работы представить её в виде учебного пособия по соответствующему разделу курса теории расчёта оптических систем.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на симпозиуме «Прикладная оптика - 94» (15-18 ноября 1994 г., Санкт-Петербург), на конференции «Zoom Lenses» (Международный симпозиум «Optical Sience, Engineering and Instrumentation», 11-12 июля 1995 г., Сан-Диего, Калифорния, США), на Международной научно-практической конференции «Оптика, Стекло, Лазер-95 (1-3 ноября 1995 г., Санкт-Петербург), на конференции «Space Telescopes and Instrument II» (Международный симпозиум «Optical Sience, Engineering and Instrumentation», 6-7 августа 1996 г., Денвер, Колорадо, США), на Международных конференциях «Прикладная оптика- 96» (17-20 сентября 1996 г., Санкт-Петербург) и «Прикладная оптика- 98» (16-18 декабря 1998 года, Санкт-Петербург), на XXVIII (31 января-2 февраля 1995 г.) и XXIX (29-30 января 1997 г.) научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СП6ТИТМО (ТУ), на научной конференции (1997 г.) и на семинаре «Проблемы современной оптики» (март 1998 г.) в Доме Учёных РАН, Санкт-Петербург.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 56 наименований, изложена на 175 страницах текста, содержит 30 рисунков и 13 таблиц.
