Войти
Дизайн оптических линз - это процесс проектирования линз для соответствовать ряду требований и ограничений производительности, включая ограничения по стоимости и производству. Параметры включают типы профиля поверхности (сферический, асферический, голографический, дифракционный и т. Д.), А также радиус кривизна, расстояние до следующей поверхности, тип материала и, возможно, наклон и децентрализация. Этот процесс требует больших вычислительных ресурсов, с использованием трассировки лучей или других методов для моделирования того, как линза влияет на проходящий через нее свет.
Производительность Требования могут включать:
Конструктивные ограничения может включать реалистичную толщину центра и краев линзы, минимальные и максимальные воздушные промежутки между линзами, максимальные ограничения на входные и выходные углы, физически реализуемые свойства стекла , показатель преломления и дисперсию.
Затраты на производство и графики поставок также являются важной частью оптического дизайна. Цена на заготовку из оптического стекла данных размеров может варьироваться в пятьдесят или более раз, в зависимости от размера, типа стекла, индекса однородности качества и наличия, обычно BK7 самый дешевый. Стоимость более крупных и / или толстых оптических заготовок из данного материала, более 100–150 мм, обычно увеличивается быстрее, чем физический объем, из-за увеличения времени отжига заготовки , необходимого для достижения приемлемой однородности показателя преломления и внутреннего уровни двойного лучепреломления при напряжении во всем пустом объеме. Доступность стеклянных заготовок зависит от того, как часто конкретный тип стекла изготавливается данным производителем, и может серьезно повлиять на стоимость и график производства.
Линзы сначала могут быть спроектированы с использованием параксиальной теории для позиционирования изображений и зрачков, затем вставлены реальные поверхности и оптимизирован. Параксиальную теорию можно пропустить в более простых случаях, а линзу напрямую оптимизировать с использованием реальных поверхностей. Линзы сначала конструируются с использованием среднего показателя преломления и дисперсии (см. число Аббе ), указанных в каталоге производителя стекла и хотя модель стекла расчеты. Однако свойства настоящих стеклянных заготовок будут отличаться от этого идеального; значения показателя преломления могут отличаться от значений по каталогу на 0,0003 и более, а дисперсия может незначительно отличаться. Этих изменений индекса и дисперсии иногда бывает достаточно, чтобы повлиять на расположение фокуса объектива и качество изображения в системах с высокой степенью коррекции.
Процесс изготовления заготовки линзы следующий:
Родословную стеклянной заготовки или «данные о плавлении» можно определить для данной партии стекла, сделав призмы с небольшой точностью из различных мест в партии и измерив их показатель преломления на спектрометр, обычно на пяти или более длинах волн. В программах проектирования линз есть процедуры подбора кривой , которые позволяют подогнать данные плавления к выбранной кривой дисперсии , по которой можно рассчитать показатель преломления на любой длине волны в пределах подобранного диапазона длин волн. Затем можно выполнить повторную оптимизацию, или «повторную компоновку расплава», для конструкции линзы, используя измеренные данные показателя преломления, если они доступны. При изготовлении результирующие характеристики линзы будут более точно соответствовать желаемым требованиям, чем если бы были приняты средние значения показателя преломления стекла по каталогу.
На график поставок влияют наличие заготовок для стекла и зеркал и сроки их приобретения, количество инструментов, которые мастерская должна изготовить перед запуском проекта, производственные допуски на детали (более жесткие допуски означают более длительное время изготовления)), сложность любых оптических покрытий, которые должны быть нанесены на готовые детали, дополнительные сложности при установке или приклеивании элементов линз в ячейки и в общей сборке системы линз, а также любое выравнивание после сборки и контроль качества требуется тестирование и инструменты. Затраты на оснастку и сроки поставки могут быть сокращены за счет использования существующей оснастки в любом конкретном цехе, где это возможно, и за счет максимального увеличения производственных допусков, насколько это возможно.
Простая двухэлементная линза с воздушным зазором имеет девять переменных (четыре радиуса кривизны, две толщины, одна толщина воздушного пространства и два типа стекла). Многоконфигурационный объектив с коррекцией в широком спектральном диапазоне и поле зрения в диапазоне фокусных расстояний и в реалистичном диапазоне температур может иметь сложный конструктивный объем, имеющий более ста измерений.
Методы оптимизации линз, которые могут перемещаться в этом многомерном пространстве и переходить к локальным минимумам, изучаются с 1940-х годов, начиная с ранних работ Джеймса Дж. Бейкера, а затем Федером, Винном, Глатзелем, Греем и другими. До разработки цифровых компьютеров оптимизация линз выполнялась вручную с использованием таблиц тригонометрических и логарифмических для построения двухмерных разрезов в многомерных пространство. Компьютеризированная трассировка лучей позволяет быстро смоделировать характеристики объектива, что позволяет быстро исследовать пространство дизайна. Это позволяет быстро уточнять концепции дизайна. В большинстве случаев разработчик должен сначала выбрать жизнеспособную конструкцию оптической системы, а затем использовать численное моделирование для ее уточнения. Разработчик гарантирует, что проекты, оптимизированные на компьютере, соответствуют всем требованиям, и вносит изменения или перезапускает процесс, когда они этого не делают.
