close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Формулы параксиальной оптики для двухкомпонентных жидкостных систем переменного увеличения..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 681.7.013.624
ФОРМУЛЫ ПАРАКСИАЛЬНОЙ ОПТИКИ
ДЛЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ
ПЕРЕМЕННОГО УВЕЛИЧЕНИЯ
Виктор Сергеевич Ефремов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры наносистем и
оптотехники, тел. (383)344-29-29, e-mail: ews49@mail.ru
Диана Георгиевна Макарова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383)344-29-29,
e-mail: Diana_ssga@mail.ru
Виктор Брунович Шлишевский
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск,
ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры наносистем и
оптотехники, тел. (383)343-91-11, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
Определены формулы параксиальной оптики для построения двухкомпонентных
жидкостных систем переменного увеличения с преломляющими и отражающими
поверхностями.
Ключевые слова: двухкомпонентная
переменное фокусное расстояние, увеличение.
оптическая
система,
жидкая
линза,
FORMULAS OF PARAXIAL OPTICS FOR TWO-FLUID SYSTEMS
WITH VARIABLE MAGNIFICATION
Victor S. Efremov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Candidate
of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Nanosystems and Optical
Devices Department, tel. (383) 344-29-29, e-mail: ews49@mail.ru
Diana G. Makarova
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Postgraduate student of Nanosystems and Optical Devices Department, tel. (383)344-29-29, e-mail:
Diana_ssga@mail.ru
Viktor B. Shlishevsky
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Doctor of Technical
Science, Professor, Professor of Nanosystems and Optical Devices Department, tel. (383)343-9111,
e-mail: kaf.nio@ssga.ru
The formulas of paraxial optics to construct three-fluid systems with variable
magnification of refracting and reflecting surfaces are defined.
Key words: two-component optical system, liquid lens, variable focal length,
magnification.
1
Системы изменения увеличения являются важной составной частью
вариообъективов и трансфокаторов. Существующие методы разработки
оптических систем с переменными характеристиками исходят из
предположения, что оптические компоненты, образующие систему, имеют
постоянные оптические силы во всем диапазоне изменения увеличения [1].
Переменное увеличение обеспечивается за счет осевого перемещения
оптических компонентов. В системах с механическим способом компенсации
смещения плоскости изображения перемещаются два компонента, причем
один из компонентов перемещается по линейному закону (с помощью
винтового механизма), а второй – по нелинейному закону (с помощью
кулачкового механизма). В системах с оптическим способом компенсации
смещения плоскости изображения перемещаются не менее трех
компонентов, и все они перемещаются по линейному закону (с помощью
высокоточных электромеханических приводов).
На рисунке в тонких компонентах представлены традиционные схемы
построения
вариообъективов: входной положительный компонент
проецирует изображение удаленного объекта в плоскость предметов (ПП)
системы изменения увеличения, первый и второй компоненты которой (с
оптическими силами Φ1 и Φ2) изменяют масштаб изображения в плоскости
изображений (ПИ). Плоскости предметов и изображений могут быть
разнесены на некоторое расстояние l или совпадать [1]. Линейное увеличение
системы V при заданных (фиксированных) фокусных расстояниях
компонентов f1 , f 2 и отрезка l = –a1 + d + a2 здесь является функцией трех
переменных – отрезков a1, a2 и расстояния между компонентами d: V = F(a1,
a2 , d).
а)
б)
Рис. Принципиальные схемы вариообъективов в тонких компонентах:
а) в общем случае (l ≠ 0); б) с совмещенными плоскостями предметов
2
и изображений (l = 0)
В последнее время повысился интерес к жидким (жидкостным)
компонентам (как линзам [2 – 4], так и зеркалам [5, 6]), которые, в отличие от
обычных твердотельных линз и зеркал, позволяют при определенных
условиях в значительных пределах изменять свое фокусное расстояние. В
оптических системах с такими элементами законы изменения увеличения
путем перемещения компонентов утрачивают свою силу, и в них начинают
действовать другие закономерности, связанные с вариациями f1 и f 2 при
постоянных a1, a2 , d и l.
Для установления требуемых зависимостей были использованы общие
соотношения из работы [7] для расчета взаимного расположения элементов
классических двухкомпонентных систем переменного увеличения с
подвижными вдоль оптической оси преломляющими и отражающими
компонентами. В результате их преобразований получено:
f1 
n2Va1d
n2Va1  n2 a2  n1Vd
и
f 2 
n3a2 d
,
n2 a2  n2Va1  n3d
(1)
где n1, n2 и n3 – показатели преломления сред до первого компонента, между
компонентами и после второго компонента соответственно. При этом
контроль постоянства величины l удобно вести непосредственно через
переменные фокусные расстояния компонентов по формуле
l  a12
f1
f 2
 2a2
.
1  f1
1  a2 f 2
Если обозначить f1 f2 = p, то, очевидно,
n2Va1  n2 a2  n3d
n a
V  3 2 p.
n2 a1
 n1d  n2a1 V  n2a2
(2)
При заданных n1, n2, n3 и a1, a2 , d формула (2) выражает закон изменения
увеличения V в зависимости от соотношения p между фокусными
расстояниями компонентов.
Для наиболее типичной ситуации, когда все компоненты разделены
воздушными промежутками, в параксиальной области имеем:
a1V  a2  d
a
V 2p
a1
 d  a1 V  a2
– для линзовых систем (n1 = n2 = n3 = 1);
3
a2  a1V  d
a
V 2p
a1
 d  a1 V  a2
– для линзово-зеркальных систем (n1 = n2 = –n3 = 1);
a1V  a2  d
a
V 2p
a2   d  a1 V
a1
– для зеркально-линзовых систем (–n1 = n2 = n3 = 1);
a2  a1V  d
a
V 2p
a1
 d  a1 V  a2
– для зеркальных систем (n1 = –n2 = n3 = 1).
Соответствующие частные формулы для фокусных расстояний f1 и f 2
компонентов в зависимости от текущего значения увеличения V согласно (1)
приведены в таблице.
Таблица
Фокусные расстояния компонентов
двухкомпонентных жидкостных систем переменного увеличения
f'
f1
f 2
Варианты систем
линзовая
линзово-зеркальная зеркально-линзовая
зеркальная
a1Vd
a1Vd
a1V  a2  Vd
a1V  a2  Vd
a2 d
a2  a1V  d
a2 d
a1V  a2  d
a2 d
a2  a1V  d
a2 d
a1V  a2  d
Найденные взаимосвязи позволяют выбрать значения a1, a2 , d и l,
определив оптимальную комбинацию фокусных расстояний f1 и f 2 при
заданных значениях V.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Слюсарев Г. Г. Расчет оптических систем. Л.: Машиностроение, 1975. – 640 с.
2. Pat. 8238033 US. Liquid Lens Device and Manufacturing Method Therefor / Y. Takai,
T. Yoshida, M. Shimase, H. Ishiguro. Publication Date: 08.07.2012.
3. Жидкие линзы – новая элементная база оптических и оптико-электронных
приборов / А. В. Голицын, В. С. Ефремов, И. О. Михайлов, Н. В. Оревкова, Б. В. Федоров,
В. Б. Шлишевский // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IХ Междунар. науч. конгр. :
Междунар. науч. конф. «СибОптика-2013» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 1526
апреля 2013 г.).  Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1.  С. 7–11.
4. Ефремов В. С., Михайлов И. О., Шлишевский В. Б. Жидколинзовый конденсор //
Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IХ Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф.
4
«СибОптика-2013» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 1526 апреля 2013 г.). 
Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1.  С. 12–15.
5. Пат. 2073268 РФ. Способ управления кривизной адаптивного зеркала и
адаптивное зеркало для его осуществления / В. А. Алексеев, З. И. Ашурлы, С. В.
Науменко, С. С. Науменко, С. А. Филин. Опубл. 10.02.1997.
6. Pat. 7525722 US. Liquid Mirror / P. R. Colodner, T. N. Krupenkin, O. Sydorenko, J.
Taylor. Publication Date: 04.28. 2009.
7. Ефремов В. С. Расчет в параксиальной области двухкомпонентных
панкратических систем, содержащих зеркальные компоненты // Оптико-механическая
промышленность. 1978. – № 8. – С. 24–26.
© В. С. Ефремов, Д. Г. Макарова, В. Б. Шлишевский, 2014
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
373 Кб
Теги
увеличение, формула, двухкомпонентной, система, pdf, оптика, жидкостные, параксиальное, переменного
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа