Файл: Реферат по курсу оптические измерения. Вариант 1 Преподаватель Дружин В. В.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный технический университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника»

Кафедра «Лазерные и оптико-электронные системы»

Реферат по курсу:

«ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ».

Вариант №1


Преподаватель Дружин В.В.

Студент группы РЛ2-82Б Бобкова А.С.

2022 г.

Оглавление

Условие задания

Необходимо рассчитать конструктивные параметры объектива-монохромата, выполнить анализ качества полученного объектива, при неудовлетворительном качестве провести оптимизацию и описать использованные методы и параметры оптимизации. Исходные данные для расчета:

№	ФИО	λ, мкм	D:f’	Dвх зр., мм	S’f’, мм	Каталог
1	Бобкова Анна Сергеевна	0.436	1:4.5	-	7	ГОСТ

---

1. Расчет конструктивных параметров объектива-монохромата

1.1 Расчет бесконечно тонкого объектива с заданным значением фокусного расстояния

Дальнейшие расчеты производятся в соответствии с методическими указаниями [1]. Исходными данными для расчета являются фокусное расстояние объектива и показатели преломления линз . Для первой и второй линз соответственно выбраны марки стекол K8 и BF1





. Выбор этих марок обусловлен тем, что их показатели преломления близки к расчетным значениям и наиболее распространены внутри каталога.

Исходя из особенностей конструкции объектива-монохромата (рисунок 1), для расчетов понадобится только значение угла первого вспомогательного луча с оптической осью, поскольку (в дальнейшем ).



Рисунок 1 —Ход лучей в объективе-монохромате.

Таким образом, рассчитаем значение угла α по следующей формуле:

(1)

Приближенное значение угла α:



Радиусы кривизны поверхностей линз расcчитаем по следующей формуле:

(2)

где – высоты первого вспомогательного луча на к-ой поверхности (в бесконечно тонком объективе

---

),

– угол первого вспомогательного луча с оптической осью на к-ой поверхности.

Примем f’=S’f’=7 мм для бесконечно тонкого объектива.









Результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1 —Конструктивные параметры бесконечно тонкого объектива.

1.2 Расчет объектива с линзами конечной толщины

Следующим этапом расчета является определение толщин линз и воздушного промежутка между ними. Толщину линзы определим по формуле:

(3)

где – некоторая минимальная величина толщина, зависящая от диаметра и условий закрепления линзы (определяется по таблице 2 из [1]). В нашем случае

---

для первой линзы и для второй линзы,

– стрелки прогиба сферических поверхностей 1 и 3.

Пусть диаметры линз одинаковы и равны D=2 мм

Стрелка прогиба для первой и третьей поверхностей:





Тогда получим расчетное значение толщины первой
и второй линз .

Приведенную толщину воздушного промежутка определим как:

(5)

где









Таким образом, получим

Теперь необходимо рассчитать радиусы кривизны поверхностей с учетом конечных толщин. В формуле (2) использовалось приближение , поэтому рассчитаем конечные высоты лучей по следующим формулам:









Результаты расчета конструктивных параметров объектива с конечными толщинами линз представлены в таблице 2.

---

Таблица 2 — Конструктивные параметры объектива с конечными толщинами.

2. Анализ качества объектива-монохромата

2.1 Анализ качества объектива с рассчитанными параметрами

Анализ качества будем проводить в программе ZemaxOpticsStudio. Относительное отверстие задано 4.5 согласно условию, угловое поле . После задания расчетных параметров в Zemax было получено значение фокусного расстояния EFFL = 7.80 , диаметр входного.На рисунке 2 приведены расчетные конструктивные параметры объектива.



Рисунок 2 —Конструктивные параметры объектива-монохромата.

Значения фокусного расстояния и заднего фокального отрезка рассчитанной системы отличаются от требуемых, как видно из рисунка 3.

Графики поперечныхи волновых аберраций ОС приведены на рисунках 4 и 5.



Рисунок 4. Поперечный аберрации



Рисунок 5. Волновые аберрации

Масштаб поперечных аберраций ±2 мкм, масштаб волновых аберраций ±1 длина волны. Аберрации незначительные.



Рисунок 6. Диаграмма пятна рассеяния

Из диаграммы видно, что пятна рассеяния превышают диск Эйри. Радиус диска Эйри ≈ 2,35 мкм, среднеквадратическая величина радиального пятна рассеяния ≈ 8 мкм.



Рисунок 7. Концентрация энергии в пятне рассеяния

Из графика следует, что по уровню энергии 0,7 радиус пятна рассеяния ≈ 6 мкм.

Рисунок 8. Модуляционно передаточная функция

По графику МПФ можно оценить разрешающую способность системы. Для уровня контраста 0,3 передаваемая частота равна примерно 85 линии на мм.

---