CC BY
52
ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ ЖИДКОЛИНЗОВАЯ СИСТЕМА ИЗМЕНЕНИЯ УВЕЛИЧЕНИЯ
Андрей Вячеславович Голицын
Новосибирский филиал Института физики полупроводников СО РАН «Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники», 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Николаева, д. 8, заведующий отделом моделирования оптико-электронных приборов, тел. (383) 333-17-01, e-mail: [email protected]
Виктор Сергеевич Ефремов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, д. 10, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383) 343-91-11, e-mail: [email protected]
Татьяна Владимировна Колмыкова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, д. 10, ,бакалавр кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383) 343-91-11, e-mail: [email protected]
Обсуждаются возможности использования новых компонентов на основе оптических жидкостей, обеспечивающих возможность управляемого изменения фокусного расстояния оптических систем. Приводятся результаты расчета двухкомпонентной жидколинзовой системы изменения увеличения.
Ключевые слова: жидкая линза, линзовая система изменения увеличения, оптическая система, переменное фокусное расстояние.
ZOOM LENS DESIGN WITH TWO LIQUID FILLED COMPONENTS
Andrey V. Golitsyn
Novosibirsk Branch of the Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, «Technological Design Institute of Applied Microelectronics», 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Lavrentiev avenue, tel. (383) 333-17-01, e-mail: [email protected]
Victor S. Efremov
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA), 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Candidate of Technical Science, Associate Professor, Associate Professor of Nanosystems and optical devices department, tel. (383) 343-91-11, e-mail: [email protected]
Tatyana V. Kolmykova
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA), 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, bachelor, of Nanosystems and optical devices department, tel. (383) 343-91-11,
e-mail: [email protected]
Opportunities of use of new components are discussed on the basis of the optical liquids providing an opportunity of controlled change of a focal length of optical systems. Results of calculation two-componental liquid lenses ZOOM systems are resulted.
Key words: liquid lens, ZOOM lens systems, optical system, variable focal length.
Системы изменения увеличения являются важной составной частью вариообъективов и трансфокаторов. Существующие методы разработки оптиче-
ских систем с переменными характеристиками исходят из предположения, что оптические компоненты, образующие систему, имеют постоянные оптические силы во всем диапазоне изменения увеличения [1].
Известны два типа оптических систем изменения увеличения: с механическим способом компенсации смещения плоскости изображения и с оптическим способом компенсации смещения плоскости изображения. Первые системы имеют два подвижных компонента, а вторые - многокомпонентные (три и более компонентов). Переменное увеличение обеспечивается за счет осевого перемещения оптических компонентов. В механическом способе компенсации смещения плоскости изображения один из компонентов перемещается по линейному закону (с помощью винтового механизма), а второй - по нелинейному закону (с помощью кулачкового механизма). В оптическом способе компенсации смещения плоскости изображения все компоненты перемещаются по линейному закону. В итоге линейное увеличение системы - в = F(a1} d, а2"), а l, Ф1 и Ф2 - постоянные величины (l - расстояние между плоскостями предметов и изображений, Ф1 и Ф2 - оптические силы первого и второго компонентов системы изменения увеличения).
В последнее время повысился интерес к жидким (или жидкостным) линзам (ЖЛ), которые в отличие от обычных твердотельных линз, позволяют при определенных условиях изменять в значительных пределах свое фокусное расстояние.
Для ЖЛ, имеющих возможность изменять оптические силы Ф2 и Ф3 компонентов, ранее определенные законы изменения увеличения (фокусного расстояния) перемещением компонентов не подходят. В этих системах должны выполняться другие условия, например, в = F^b Ф2) при l, а^, d и а'2 - постоянных. Поэтому разработка нового типа оптической системы вариообъектива требует создание новой методики расчета закона изменения в от комбинации оптических сил (Ф1 и Ф2) компонентов, входящих в систему изменения увеличения.
Традиционная схема компоновки вариообъектива в тонких компонентах (в виде главных плоскостей), представлена на рис. 1. По данной принципиальной схеме может быть разработан вариообъектив с жидколинзовой системой изменения увеличения.
Для построения компактной оптической схемы системы изменения увеличения введем некоторую нормировку: а1, d, а'2, l = const.
Зададим численные значения: ai = 100, d =50, а'2 = 50, l = 0.
В табл. приведены параметры жидколинзовой системы изменения увеличения для различных комбинаций фокусных расстояний при совмещенных плоскостях предметов (1111) и изображений (ПИ), т.е. l = 0.
Рис. 1 . Компоновка схемы вариообъектива в тонких компонентах
Таблица
Параметры жидколинзовой системы изменения увеличения
Комбинации фокусных расстояний Фокусные расстояния компонентов, мм Размер предмета у, мм Размер изображения у', мм Линейное увеличение в
л /2
1 -25,0 31,2 10 1,995 0,1999
2 -35,0 33,0 10 2,598 0,2600
3 -50,0 37,3 10 3,305 0,3050
4 -75,0 44,0 10 4,314 0,4314
5 -100,0 49,8 10 4,976 0,4976
6 -150,0 62,6 10 6,010 0,6010
7 -200,0 74,6 10 6,643 0,6643
8 -250,0 87,3 10 7,135 0,7135
На рис. 2 приведены схемы компоновки жидколинзовой системы изменения увеличения (в тонких компонентах при l = 0) для трех комбинаций фокусных расстояний 2, 5, 8.
Результаты проведенных исследований показали принципиальную возможность разработки жидколинзовой системы изменения увеличения с перепадом увеличений не менее 3,6 крат. К особенностям жидколинзовой системы изменения увеличения следует отнести, что при обеспечении основного условия а\, d, a'2, l = const фокусные расстояния оптических компонентов уменьшаются по абсолютной величине, а это приведет к увеличению их относительных отверстий и усложнению конструкции компонентов.
Рис. 2. Схема компоновки жидколинзовой системы изменения увеличения (в тонких компонентах): а) - в = 0.2598, б) - в = 0.4976, в) - в = 0.7135,
----- ход реальных лучей,---------ход мнимых лучей
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Русинов М.М. Вычислительная оптика [Текст]: Справочник. Изд. 2. / А.П. Грамматин, П.Д. Иванов, Л.Н. Андреев, Н.А. Агальцова, Г.Г. Ишанин, ский, С.А.Родионов. - СПб. : Политехника, 2008. - 424 с.
© А.В. Голицын, В.С. Ефремов, Т.В. Колмыкова, 2013
О .
.. Н М.
