Часть 3. Проектирование строенной линзы и сравнение ее со сдвоенной и одинарной линзами.

Задание: спроектировать 3 линзы: одинарную, сдвоенную и строенную; с параметрами: фокусное расстояние F = 800 мм, и апертура – 80 мм для видимого диапазона длин волн. Толщина одинарной линзы – 8 мм, радиусы кривизны: R1 = 477,13 мм, R2 = 3157,96 мм. Радиусы кривизны сдвоенной линзы R1 = 2540.856 мм, cтекло BK7; R2 = 239.760 мм, cтекло SF1; R3 = 381.913мм; толщина каждой линзы 8 мм. Радиусы кривизны строенной линзы R1 = 1301.95 мм cтекло BK7; R2 = 215.25 мм cтекло SF1; R3 = 313.84 мм стекло BK7; R4 = 451.85 мм, толщина каждой линзы – 8 мм.

Рис 3.1 Одинарная линза с фокусным расстоянием F = 800 мм

Выведем на экран график лучевых аберраций (Analysis->Fans->Ray Abberation) Рис 2.2.

Рис 3.2 График лучевых аберраций одинарной линзы

Максимальные отклонения от плоскости изображения:

R – 279,3 мкм

G – 86,43 мкм

B – 341,8 мкм

Рис 3.3 Распределение оптической разницы хода для одинарной линзы

Максимальная оптическая разность хода:

R – 12,78 λ

G – 6,11 λ

B – 14,68 λ

Рис 3.4 Диаграмма пятная рассеяния для одинарной линзы

Геометрический радиус пятна рассеяния 339,560 мкм

Проектирование сдвоенной линзы

Рис 3.5 Сдвоенная линза

Рис 3.6 График лучевых аберраций сдвоенной линзы

Максимальные отклонения от плоскости изображения:

R – 136.6 мкм

G – 146.4 мкм

B – 100.6 мкм

Рис 3.7 Распределение оптической разницы хода для сдвоенной линзы

Максимальная оптическая разность хода:

R – 0.82 λ

G – 1.278 λ

B – 1.69 λ

Рис 3.8 Диаграмма пятна рассеяния для сдвоенной линзы

Геометрический радиус пятна рассеяния уменьшился в 2 раза по сравнению с диаграммой для одинарной линзы (339,560 мкм).

Проектирование строенной линзы

Рис 3.9 Строенная линза

Рис 3.10. График лучевых аберраций строенной линзы

Максимальные отклонения от плоскости изображения:

R – 6.446 мкм

G – 13,000 мкм

B – 9.715 мкм

Рис 3.11. Распределение оптической разницы хода для строенной линзы

Максимальная оптическая разность хода:

R – 0.4224 λ

G – 0.4961 λ

B – 0.1331 λ

Рис 3.12. Диаграмма пятная рассеяния для строенной линзы

Геометрический радиус пятна рассеяния строенной линзы 12.956 мкм.

Вывод: Спроектированы 3 оптические системы: одинарная, сдвоенная и строенная линзы; с параметрами: фокусное расстояние F = 800 мм, и апертура – 80 мм для видимого диапазона длин волн. Толщина одинарной линзы – 8 мм, радиусы кривизны: R1 = 477,13 мм, R2 = 3157,96 мм. Радиусы кривизны сдвоенной линзы R1 = 2540.856 мм, cтекло BK7; R2 = 239.760 мм, cтекло SF1; R3 = 381.913мм; толщина каждой линзы 8 мм. Радиусы кривизны строенной линзы R1 = 1301.95 мм cтекло BK7; R2 = 215.25 мм cтекло SF1; R3 = 313.84 мм стекло BK7; R4 = 451.85 мм, толщина каждой линзы – 8 мм.

Эти оптические системы сравниваются по следующим параметрам: лучевые аберрации, оптическая разность хода и геометрический радиус пятна рассеяния.

Лучевые аберрации, мкм

	Одинарная линза	Сдвоенная линза	Строенная линза
R (λ = 0.656 мкм)	279.3	136.6	6.446
G (λ = 0.588 мкм)	86.43	146.4	13,000
B (λ = 0.486 мкм)	341.8	100.6	9.715

По сравнению со сдоенной в строенной линзе по красной (λ = 0.656 мкм) и синей (λ = 0.486 мкм) длине волны заметно улучшение на 2 порядка. Для зеленой (λ = 0.588 мкм) длины волны лучевые аберрации уменьшились на порядок.

По сравнению с одинарной в строенной линзе по красной (λ = 0.656 мкм) и синей (λ = 0.486 мкм) длине волны заметно улучшение на 2 порядка. Для зеленой (λ = 0.588 мкм) длины волны лучевые аберрации уменьшились примерно в 8 раз.

Оптическая разность хода на краях линз, λ

	Одинарная линза	Сдвоенная линза	Строенная линза
R (λ = 0.656 мкм)	12.78	0.820	0.4224
G (λ = 0.588 мкм)	6.11	1.278	0.4961
B (λ = 0.486 мкм)	14.68	1.690	0.1331

Вид графиков распределения оптической разности хода менялся, что объясняется неоднородностью используемых материалов.

По сравнению со сдоенной в строенной линзе по зеленой (λ = 0.588 мкм) и синей (λ = 0.486 мкм) длине волны заметно улучшение на порядок. Для красной (λ = 0.656 мкм) длины волны оптическая разность хода уменьшилась вдовое.

По сравнению с одинарной в строенной линзе по красной (λ = 0.656 мкм) и синей (λ = 0.486 мкм) длине волны заметно улучшение на 2 порядка. Для зеленой (λ = 0.588 мкм) длины волны оптическая разность хода уменьшилась на порядок.

Геометрический радиус пятна рассеяния, мкм

	Одинарная линза	Сдвоенная линза	Строенная линза
R	339.560	146.445	12.956

Геометрический радиус пятна рассеяния уменьшился на порядок по сравнению с системой со сдвоенной линзой: 146.445 мкм. И на 2 порядка по сравнению с одинарной линзой: 339,560 мкм.