Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (01.2023) : Технология создания светосильного четырехзеркального объектива с асферическими зеркалами

Технология создания светосильного четырехзеркального объектива с асферическими зеркалами

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-01-26-36

УДК 681.7.028, 681.7.067.283

Владимир Иванович Вензель1, Игорь Юрьевич Дмитриев2, Елена Станиславовна Муравьева3*, Андрей Александрович Семёнов4

Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения, г. Сосновый Бор Ленинградской обл., Россия

1venzelvi@niioep.ru                       https://orcid.org/0000-0003-2740-3160

2dmitrieviy@niioep.ru       https://orcid.org/0000-0003-4426-8191

3muravyevaes@niioep.ru https://orcid.org/0000-0002-4544-4110

4semenovaa@niioep.ru     https://orcid.org/0000-0002-2240-6031

Аннотация

Предмет исследования. Методы оптимизации конструкции, сборки и юстировки светосильного широкоугольного четырехзеркального осесимметричного объектива. Цель работы. Создание высокотехнологичной конструкции объектива, учитывающей соотношение расчетных допусков на децентрировку зеркал с технологическими возможностями их изготовления, сборки и юстировки. Метод включает в себя выбор критерия качества изображения и расчет его допустимого падения, распределение погрешностей изготовления между погрешностью децентрировки и погрешностью формы поверхностей, расчет допусков на основании полученных соотношений. Более того, приведено обоснование выбора конструкции объектива с минимальным количеством юстировочных подвижек за счет оптимизации расчетных допустимых децентрировок с учетом технологических допусков на позиционирование оптических элементов, исследованы возможности схемы с целью компенсации остаточных аберраций, вызванных изготовлением и позиционированием зеркал. На заключительном этапе использован метод уменьшения оценочной функции для окончательной юстировки оптических элементов в объективе. Основные результаты. Рассмотрены конструкторские и технологические решения, позволяющие оптимизировать требования к допускам на отклонение формы поверхности зеркал от их расчетного профиля и децентрировку оптических элементов с учетом технологических возможностей производства. Сформулированы критерии при распределении допусков на допустимые отклонения параметров оптической системы, влияющих на качество изображения. С использованием предложенных методов показана возможность создания высокотехнологичной насыпной конструкции светосильного четырехзеркального объектива, включающей корпус из двух блоков и содержащей единственную линейную юстировочную подвижку второго зеркала для компенсации остаточных аберраций. Практическая значимость. Предлагаемые технические решения были апробированы при создании высокоразрешающего объектива, состоящего из четырех асферических зеркал. Полученные положительные результаты изготовления объектива с высокими характеристиками светосилы и разрешения позволяют использовать предложенные решения при создании многозеркальных осесимметричных объективов.

Ключевые слова: зеркальный объектив, расчетный допуск, технологическая децентрировка, сборка, юстировка, компенсация аберраций

Ссылка для цитирования: Вензель В.И., Дмитриев И.Ю., Муравьева Е.С., Семёнов А.А. Технология создания светосильного четырехзеркального объектива с асферическими зеркалами // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 1. С. 26–36. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-01-26-36

Коды OCIS: 220.0220, 080.1005, 080.4228 

The technology of developing a high aperture four-mirror lens with aspherical mirrors

Vladimir I. Venzel’1, Igor Yu. Dmitriev2, Elena S. Muravyeva3*, Andrey A. Semenov4

Scientific Research Institute for Optoelectronic Instrument Engineering, Sosnovy Bor, Leningrad region, Russia

1venzelvi@niioep.ru                       https://orcid.org/0000-0003-2740-3160

2dmitrieviy@niioep.ru       https://orcid.org/0000-0003-4426-8191

3muravyevaes@niioep.ru https://orcid.org/0000-0002-4544-4110

4semenovaa@niioep.ru     https://orcid.org/0000-0002-2240-6031

Abstract

Subject of study. Techniques for optimizing the design, assembly and alignment of a high aperture wide-angle four-mirror axisymmetric lens. Aim of study. Development of a high-tech lens design with due regard for relation between the calculated tolerances for the decentering of mirrors and the technological capabilities of their manufacture, assembly and alignment. Technique. It includes the selection of an image quality criterion and the calculation of its permissible drop, the distribution of manufacturing errors between decentering errors and surface shape errors, the calculation of tolerances based on the obtained ratios. Moreover, the rationale for choosing a lens design with a minimum number of adjusting units through optimizing the calculated permissible decentering with due regard to the technological tolerances for positioning optical elements is given, the possibilities of the scheme to compensate for residual aberrations caused by the manufacture and positioning of mirrors are studied. At the final stage, the method of the evaluation function reduction for the final adjustment of the optical elements in the lens is used. Main results. Design and technological solutions that allow the requirements for tolerances for deviation of the surface shape of mirrors from their calculated profile and decentering of optical elements to be optimized with allowance for the technological capabilities of production are considered. Criteria are formulated for the distribution of tolerances for permissible deviations of optical system parameters affecting image quality. Using the proposed techniques, the possibility of creating a high-tech drop-in structure of a high aperture four-mirror lens, including a body of two blocks and containing a single linear adjusting unit of the second mirror to compensate for residual aberrations, is shown. Practical relevance. The proposed technical solutions have been tested when creating a high-resolution lens consisting of four aspherical mirrors. The obtained positive results of manufacturing a lens with high characteristics of aperture and resolution allow the proposed solutions to be used for multi-mirror axisymmetric lenses design.

Keywords: mirror lens, design tolerance, technological decentering, assembly, alignment, aberration compensation

For citation: Venzel’ V.I., Dmitriev I.Yu., Muravyeva E.S., Semenov A.A. The technology of developing a high aperture four-mirror lens with aspherical mirrors [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 1. P. 26–36. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-01-26-36

OCIS codes: 220.0220, 080.1005, 080.4228

 

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ 

1.    Kim S., Yang H.-S., Lee Y.-W., Kim S.-W. Merit function regression method for efficient alignment control of two-mirror optical system // Opt. Exp. 2007. V. 15. № 8. Р. 5059–5068. https://doi.org/10.1364/OE.15.005059

2.   Kim Y., Yang H.-S., Lee Y.-W., Kim S.-W. Alignment of off-axis optical system with multi mirrors using derivative of Zernike polynomial coefficient // Proc. SPIE. 2009. V. 7433. https://doi.org/10.1117/12.825826

3.   Mahler A.-B., Chipman R. Tolerancing and alignment of a three-mirror off-axis telescope // Proc. SPIE. 2007. V. 6676. https://doi.org/10.1117/12.734958

4.   Gong D., Wang H., Tian T.-Y. Computer-aided alignment of off-axis three-mirror imaging spectrometer system // Proc. SPIE. 2013. V. 8910. https://doi.org/10.1117/12.2033021

5.   Артюхина Н.К. Состояние и перспективы развития четырехзеркальных анастигматов // Вестник НТУУ КПИ. Приборостроение. 2009. № 37. С. 14–22.

6.   Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1992. 448 с.

7.    Вензель В.И., Данилов М.Ф., Савельева А.А., Семёнов А.А., Синельников М.И. Границы применимости методов сборки и юстировки осесимметричных двухзеркальных объективов с асферическими зеркалами // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 4. C. 22–31. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-04-22-31

8.   Михайлов В.В., Парака А.В., Чекаль В.Н., Чудаков Ю.И., Чухнин А.Я., Шевцов С.Е. Технология автоматизированного формообразования для производства оптических элементов // Оптический журнал. 2009. T. 76. № 9. C. 82–86.

9.   Вензель В.И., Семёнов А.А. Интерферометрическое устройство для центрировки асферических оптических элементов в оправах // Патент РФ № 186481. 2018.

10. Крынин Л.И. Проектирование конструкций объективов: учеб. пособ. СПб: СПбГУ ИТМО, 2018. 219 c.

11.  Вензель В.И., Горелов А.В., Гридин А.С. Интерферометрический способ юстировки двухзеркального объектива с асферическими элементами // Патент РФ № 2561018. 2014.

12.  Полещук А., Маточкин А. Лазерные методы контроля асферической оптики // Фотоника. 2011. № 2. C. 38–44.

13.  Руководство пользователя пакетом программ ZEMAX. 14 апреля 2010. Москва. 986 с.

14.       ГОСТ Р 58566-2019. Оптика и фотоника. Объективы для оптико-электронных систем. Введ. 01.09.2020. М.: Стандартинформ, 2019. 28 с.

 

REFERENCES

1.    Kim S., Yang H.-S., Lee Y.-W., Kim S.-W. Merit function regression method for efficient alignment control of two-mirror optical system // Opt. Exp. 2007. V. 15. № 8. Р. 5059–5068. https://doi.org/10.1364/OE.15.005059

2.   Kim Y., Yang H.-S., Lee Y.-W., Kim S.-W. Alignment of off-axis optical system with multi mirrors using derivative of Zernike polynomial coefficient // Proc. SPIE. 2009. V. 7433. https://doi.org/10.1117/12.825826

3.   Mahler A.-B., Chipman R. Tolerancing and alignment of a three-mirror off-axis telescope // Proc. SPIE. 2007. V. 6676. https://doi.org/10.1117/12.734958

4.   Gong D., Wang H., Tian T.-Y. Computer-aided alignment of off-axis three-mirror imaging spectrometer system // Proc. SPIE. 2013. V. 8910. https://doi.org/10.1117/12.2033021

5.   Artuhina N.K. Status and prospects of development of four mirror anastigmates [in Russian] // Herald of NTUU KPI. Instrumentation. 2009. № 37. P. 14–22.

6.   Zakaznov N.P. Optical system theory. M.: Mechanical Engineering, 1992. 448 p. [in Russian]

7.    Venzel’ V.I., Danilov M.F., Savil’eva A.A., Semenov A.A., Sinel’nikov M.I. Applicability limits of methods for assembling and adjusting axisymmetric two-mirror objectives with aspheric mirrors // J. Opt. Technol. 2019. V. 86. № 4. P. 213–221. https://doi.org/10.1364/JOT.86.000213

8.   Mikhailov V.V., Paraka A.V., Chekal’ V.N., Chudakov Yu.I., Chuknin A.Ya., Shevtsov S.E. Automatic shaping process for producing optical elements // J. Opt. Technol. 2009. V. 76. № 9. P. 586–589. https://doi.org/10.1364/JOT.76.000586

9.   Venzel’ V.I., Semenov A.A. Interferometric device for centering optical elements with aspherical surfaces in frames // Patent RU № 186481. 2018.

10. Krynin L.I. Design of lens structures: study guide [in Russian]. SPb: University ITMO, 2018. 219 p.

11.  Venzel’ V.I., Gorelov A.V., Gridin A.S. Interferometric method of adjusting two-mirrors lens with aspherical elements // Patent RU № 2561018. 2014.

12.  Poleshchuk A., Matochkin A. Laser methods of aspherical optics control [in Russian] // Photonics. 2011. № 2. Р. 38–44.

13.  ZEMAX User manual. April 14, 2010. Moscow. 986 p.

14.       GOST R 58566-2019. Optics and photonics. Lenses for optical electronic systems. Intro. 01.09.2020. M.: Standartinform, 2019. 28 p.