CC BY
58
УДК 681.7 Е.В. Лаптев СГГА, Новосибирск
РАЗРАБОТКА МНОГОСПЕКТРАЛЬНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ДВУМЯ ЗЕРКАЛАМИ МАНЖЕНА
В данной работе рассматривается разработка оптической системы с двумя зеркалами Манжена с минимальным хроматизмом увеличения, работающей в нескольких спектральных диапазонах
E.V. Laptev
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo UI., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
DEVELOPMENT OF MULTISPECTRAL OPTICAL SYSTEM WITH TWO MANGIN MIRROS
In the given work development of optical system with two mirrors Mangin with the minimal chromatism of the increase, working in several spectral ranges is considered.
На данный момент современные устройства наблюдения и регистрации данных (телескопы, тепловизионные приборы, видеокамеры) нуждаются в качественной и надёжной оптике, способной концентрировать излучение без искажений и в нескольких диапазонах спектра излучения. Оптические системы такого типа актуально располагать в приборах, установленных на беспилотных летательных аппаратах.
Основной задачей данной работы является минимизация величины хроматических аберраций в многоспектральной оптической системе.
Предполагаемая оптическая система пропускает излучение в диапазоне длин волн от 0,3 мкм до 11,9 мкм. Такую область пропускания обеспечивают оптические элементы, выполненные из материала PbF2 (фторида свинца).
На рис. 1 показана оптическая схема объектива, включающая такие элементы как: линза (1), зеркало Манжена с мениском (2), второе зеркало Манжена (3), линза Пиацци - Смита (4). Элементы подобраны таким образом, что становится возможным максимально минимизировать хроматизм увеличения.
Рис. 1. Принципиальная оптическая схема объектива
В работе [1] было исследовано влияние коррекционных свойств зеркала Манжена на хроматические аберрации для двух диапазонов спектра: визуального и тепловизионного. Из результатов работы видно, что коррекционные возможности зеркала Манжена использованы полностью. Увеличение спектральных диапазонов оптической системы до трёх и более возможно при условии повышения числа коррекционных параметров.
Данное повышение возможно за счёт замены второго зеркала объектива на зеркало Манжена. Для выяснения возможности создания оптической системы из двух зеркал Манжена, было проведено исследование. Для рассмотрения влияния изменения оптических сил компонентов на хроматизм увеличения (5пхр) использованы обозначения принятые в работе [1].
В процессе исследования получены численные результаты расчёта для четырёх спектральных диапазонов при К = К2, приведённые в табл. 1. При построении графиков зависимости хроматизма увеличения (5'цхр) от коэффициентов Кь К2 выяснилось, что в интервале значений коэффициентов Кь К2 от 0,1 до 0,5 имеется значительное количество разрывов функции, поэтому было решено исследовать область значений 5'11хр лежащей в диапазоне коэффициентов К!, К2 от 0,5 до 0,9.
Таблица 1. Влияние коэффициентов К1 и К2 на SIIх
Кі = =К2 )5пхр по компонентам (по четырём диапазонам спектра)
Линза Зеркало Манжена + мениск
0,3-0,486 мкм 0,5-0,9 мкм 3-5 мкм 8-11,9 мкм 0,3-0,486 мкм 0,5-0,9 мкм 3-5 мкм 8-11,9 мкм
0,5 -0.0422 -0.0275 -0.0635 -0.1788 -0.0031 -0.0032 -0.0094 -0.0377
0,6 -0.0303 -0.0196 -0.0454 -0.1272 -0.0042 -0.0036 -0.0096 -0.0349
0,7 -0.0205 -0.0133 -0.0306 -0.0858 -0.0033 -0.0028 -0.0074 -0.0268
0,8 -0.0123 -0.0079 -0.0184 -0.0518 -0.0015 -0.0015 -0.0042 -0.0168
0,9 -0.0053 -0.0035 -0.0081 -0.0233 0.0005 -0.00006 -0.0008 -0.0064
Окончание табл. 1
К1 = =К2 )5пхр по компонентам (по четырём диапазонам спектра)
Зеркало Манжена 2 Линза Пиацци-Смита
0,3-0,486 мкм 0,5-0,9 мкм 3-5 мкм 8-11,9 мкм 0,3-0,486 мкм 0,5-0,9 мкм 3-5 мкм 8-11,9 мкм
0,5 -0.0146 -0.0101 -0.0243 -0.0744 -0.3303 -0.1981 -0.4341 -1.0792
0,6 -0.0171 -0.0117 -0.0280 -0.0846 -0.2271 -0.1359 -0.2976 -0.7378
0,7 -0.0191 -0.0130 -0.0310 -0.0928 -0.1468 -0.0878 -0.1921 -0.4754
0,8 -0.0209 -0.0141 -0.0335 -0.0996 -0.0820 -0.0491 -0.1076 -0.2664
0,9 -0.0224 -0.0151 -0.0357 -0.1054 -0.0283 -0.0168 -0.0381 -0.0955
Характер изменений второй суммы Зейделя (8цх) относительно коэффициентов К1 и К2 для всех диапазонов спектра примерно одинаков. Однако, наиболее ярко это видно в диапазоне длин волн от 8 мкм до 11,9 мкм, который представлен на графике 2.
Рис. 2. Графики зависимости 8цхр от коэффициентов К1, К2 в диапазоне длин
волн от 8 мкм до 11,9 мкм
Из этого графика видно, что вторая хроматическая сумма 8Пхр для всех элементов оптической системы, кроме линзы Пиацци - Смита лежит в узком диапазоне от 0 до -0,2. Основное увеличение во вторую хроматическую сумму вносит линза Пиацци - Смита от -0,35 в ультрафиолетовом диапазоне спектра
до -1 в тепловизионном. Исключить из схемы линзу Пиацци - Смита невозможно, поскольку она корректирует полевые аберрации. Поэтому хроматизм вносимый данной линзой может быть компенсирован вторым зеркалом Манжена при коэффициентах Кь К2 близких к 0,9 во всех четырёх диапазонах спектра.
Данное положение было реализовано при расчёте объектива по схеме (рисунок 1), выполненного из материала фторида свинца (РЬБ2). Результаты моделирования объектива представлены на рис. 3-6.
Рис. 3. Вид экрана монитора. Графики концентрации энергии в аберрационном
пятне для АХ = 0,3 - 0,486 мкм
FRACTION OF ENCLOSED ENERGY У FRACTION OF ENCLOSED ENERGY
RADIUS FROM CENTROID IN //m
. 4. Вид экрана монитора. Графики концентрации энергии в аберрационном
пятне для АХ = 0,5 - 0,9 мкм
2.5000. 0.0000 DEG
RADIUS FROM CENTROID IN (iin
Рис. 5. Вид экрана монитора. Графики концентрации энергии в аберрационном
пятне для АХ = 3 - 5 мкм
Рис. 6. Вид экрана монитора. Графики концентрации энергии в аберрационном
пятне для АХ = 8 - 11,9 мкм
Результаты расчёта оптической системы показали принципиальную возможность разработки объектива для работы в четырёх диапазонах спектра с минимальной величиной хроматизма увеличения, преломляющие элементы которого выполнены из одного материала.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чуриловский, В.Н. Теория хроматизма и аберраций третьего порядка [Текст] / В.Н. Чуриловский. - Л. : Машиностроение, 1966 г.- 312 с.
2. Егоренко, М.П., Хроматические свойства зеркала Манжена в нескольких диапазонах спектра [Текст] / М.П. Егоренко, В.С. Ефремов // Изв. Вузов. Приборостроение. - 2009.-№6.-С.53-57.
© Е.В. Лаптев, 2011
