Может так произойдёт, что кому-то пригодится вычислить простенький фотообъектив для собственных коварных замыслов потребностей. А так как я по долгу и образованию профессии — инженер-оптик (начинающий :-), то решил поделиться маленькой инструкцией по расчету несложного однолинзового фотообъектива.
Смотрите кроме этого: Lomography x Zenit New Petzval Art Lens: объектив Петцваля доступен для заказа

Достаточно массивная оптика для аналоговых и цифровых фото камерNikon и Canon предназначена для фотографий с резким изображением в центре в сочетании с неповторимым эффектом боке по краям кадра.

Постановка задачи и исходные данныеПредположим, что отечественный будущий объектив будет пребывать на геостационарной орбите на высоте 35 786 км. Угловое поле объектива должно быть таким, дабы в него попадала вся Почва. Ни больше, ни меньше. Приемником будет помогать фотодиод с размерами 10мм х 10мм = 100мм2.

Диаметр входного зрачка (в этом случае это диаметр первой поверхности первого и единственного оптического элемента) образовывает 20 мм.Оптическая схемаДля построения оптической схемы нам необходимо выяснить требуемое угловое фокусное расстояние и поле системы.Угловое поле системыНам известно расстояние от поверхности Почвы до входного зрачка отечественной совокупности и средний диаметр Почвы. Из этих разрешённых можно рассчитать угловое поле совокупности.Среднее значение диаметра Почвы D = 12 742 км (R=6 371 км)Расстояние от поверхности почвы до объектива = 35 786 кмУгловое поле отечественной совокупности образовывает 17,2 градуса.Сейчас нужно вычислить требуемое фокусное расстояние совокупности:Фокусное расстояние из данной формулы составит F’ = 33,2 мм.Рис.

Принципиальная схемаОтлично! Больше половины работы уже сделано.Сбор дополнительных параметров для расчетаДля начала нужно проверить имеющиеся эти.Мы знаем: — количество кривых поверхностей совокупности, — диаметр входного зрачка совокупности, — требуемый фокус совокупности.Мы пока не знаем: — толщину оптического компонента, — марку стекла оптического компонента, — протяженность волны, на которой будет трудиться оптическая совокупность.Возможно выбрать эти сведенья самостоятельно.

Но представим, что мы трудимся на каком-то передовом предприятии, которое осваивает космос :-)Толщина оптического компонентаМеня учили в университете, что минимальная толщина оптического компонента по оси должна быть равна минимум 10% от величины диаметра. В случае если рассчитывать оптический компонент с маленьким отрицательным фокусов (вероятнее это двояковогнутая линза), то толщины по оси в 10% от диаметра в полной мере хватит.

В нашем случае мы имеем собирающую линзу формирующую настоящее изображение ( в рассеивающей линзе изображение мнимое) с хорошим фокусом. Соотвественно, нужно выбрать толщину линзы с учетом стрелок прогиба поверхностей, каковые будут увеличивать толщину компонента по оси. Для первого приближения заберём 20% от диаметра.

В нашем случае толщина компонента для расчетов составит:Толщина линзы = 20мм х 20% = 4ммВыбор марки стеклаПредположим, что эксперт по радиационной стойкости советовал применять радиационностойкое стекло. А эксперт-тепловик советовал применять материал стекла с мельчайшим показателем теплового расширения, поскольку оправа для линзы будет из титаного сплава либо суперинвара.

Вообщем, они еще не определились.Взяв советы, было решено, что кварцевое стекло марки КУ-1 превосходно подойдет. Сообщено — сделано!Выбор длины волныВроде бы практически все сведенья ест. Карамба!

А как же информацию о спектральном диапазоне работы совокупности?! Мы проявляем инициативу и сами идем к разработчикам и приобретаем нужную информацию. Затем выжидаем несколько дней и занимаемся вторыми нужными делами. На третий сутки приходит разработчик и говорит, что решили поменять главную длину волны для объектива. Сообщено-сделано!

Рабочая протяженность волны = 0,644 мкм. Сейчас возможно продолжать отечественный оптический расчет.Расчет совокупности посредством ZemaxПрограммное обеспечение Zemax здорово упрощает жизнь расчетчикам оптических совокупностей. Это не означает, что ПО сама спроектирует за вас крутую оптическую совокупность.

Но при проектировании оптических совокупностей, в то время, когда нужно проанализировать достаточное количество вариантов, Zemax оказывает помощь существенно сократить время в разработке. Считаю, что программа для расчетчиков незаменимая.

Конечно же, с одним условием, что у вас приобретена уникальная лицензия ;-)на данный момент не буду вдаваться в подробности описания всех красот программы, а сходу покажу ее в деле.При загрузке программы прежде всего нужно ознакомится с окном Lens Data Editor: Данное окно содержит данные о текущей оптической совокупности. Комплект данных похож на формат оптического выпуска, с которым, Я, познакомился еще в университете :-)Из имеющихся данных на данный момент мы тут можем указать пока только количество поверхностей для трассировки лучей, толщины и марку стекла.

В качестве марки стекла выберем представление данных в виде модели, в которой нужно задать коэффициент преломления для выбранной длины волны для отечественного стекла. Так как марка выбранного стекла КУ-1 у нас из отечественного ГОСТа, то эти нужно искать как раз в нем ( в нашем случае ГОСТ 15130-86 «Стекло кварцевое оптическое» ).Показатель преломления для стекла КУ-1 для длины волны 0,644 мкм образовывает 1,4567. Необходимо подчеркнуть, что это при температуре +20 градусов по шкале Цельсия.

А у нас именно на борту обогрев до +20 градусов :-)Итого, сейчас имеем:В окне General во вкладке Aperture показываем диаметр входного зрачка 20мм:Показываем угловое поле совокупности:Настройка автоматической оптимизацииПри расчете совокупности мы воспользуемся Optimization, которая встроена в Zemax.Во-первых, показываем параметры, каковые у нас смогут изменяться на протяжении оптимизация. В нашем случае такими являются радиусы кривизны поверхностей линзы:Во-вторых, нужно организовать оценочную функцию текущей совокупности (Default Merit Function).

Организуем оценочную функцию на базе RMS. Тут этот параметр показывает среднеквадратичное отклонение лучей волнового фронта при трассировке лучей.При оптимизации мы укажем единственный параметр, к которому будем стремиться — требуемое фокусное расстояние.

Для этого добавляем параметр EFFL и показываем следующие настройки:Сейчас, в то время, когда все параметры заданы, возможно применять функцию оптимизации.В данном окне возможно вручную руководить числом итераций при подборке самоё лучшего варианта. Или возможно применять непроизвольный расчет для нахождения лучшего варианта.Оптимизируем.

Жмем Exit.Сейчас возможно взглянуть что оказалось.Помой-му хорошо :-)Но итоговый фокус совокупности равен 33,67 мм, что мало отличается от заданного — 33,2 мм.Как взять требуемый фокус?Чем выше будет значение Weight в параметре EFFL, тем выше будет приоритет этого параметра при расчете.У меня при параметре Weight = 100 000 оптимизированный фокус оказался 33,21 мм. Не привожу последовательность, поскольку она подобна указанной выше.ИтогПоставленные требования выполняются. Ура! :-)P.S.

Я еще не успел освоить целый функционал программы. Да и оптических совокупностей я не очень большое количество вычислил за все время, исходя из этого прощайте в случае если что не так. Комментарии и замечания приветствуются :-)P.P.S.

Это мой первый пост, исходя из этого не знал в какой топик лучше разместить. Если не прав, то посоветуйте куда перенести. Благодарю.

Случайная статья:

• Современные конструкторы lego education: от простого к сложному
• Kingston mobilelite wireless — обзор чудо-гибрида

Наблюдатель дальнего космоса. Инженерные идеи

Похожие статьи:

• Sony qx-10 или объектив с вайфаем

  Сейчас, наровне с классическим «все делается лучше с bluetooth» начинает набирать силы «все делается лучше с wifi». Добавляем к чайнику Wifi —…

• Использование старых ручных объективов на современных камерах

  Мне «по наследству» достался фотоаппарат «PRAKTICA» и два объектива c резьбовым соединением «M42». Данный тип крепления употреблялся на многихкамерахв…

• Как сделать хендгам — простейший пример неньютоновской жидкости

  У автора кризис в жизни. Он в очередной раз заподозрил о бренности всего сущего, невнятности смысла жизни и о том, что пора что-то поменять. Исходя из…