close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Аберрации третьего порядка асферических отражающих поверхностей второго порядка.

код для вставкиСкачать
АБЕРРАЦИИ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА АСФЕРИЧЕСКИХ
ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА
Ю.А. Комарова
Научный руководитель – д.т.н., профессор Л.Н. Андреев
Рассмотрены коррекционные возможности в области Зейделя отражающих поверхностей второго порядка: параболы, гиперболы и эллипса. Из рассмотрения выражений коэффициентов аберраций третьего
порядка сформулирована теорема об аберрационных свойствах этих поверхностей.
Уравнения кривых второго порядка имеют вид [1, 2]
(1)
y 2 = 2r0 z − (1 − e 2 ) z 2 ,
где r0 – радиус в вершине кривой, е – эксцентриситет кривой второго порядка. Для окружности е2=0, для параболы е2=1, для эллипса 0<е2<1 и для гиперболы е2>1.
Исходя из фокальных свойств кривых второго порядка [9], установлено, что оба
фокуса являются сопряженными. Поэтому при расположении точки предмета в одном
из фокусов отражающих поверхностей изображение находится в другом, и при этом
гомоцентричность пучков лучей не нарушается, т.е. сферическая аберрация отсутствует. Ниже рассмотрены коэффициенты (SI …SV) и аберрации третьего порядка отражающих поверхностей второго порядка.
Коэффициенты аберрации третьего порядка, выраженные через параметры Р, W, π
[1], имеют вид:
S I = h ( P + ΔP);
S II = H ( P + ΔP) − IW ;
S III
S IV
H2
H
=
( P + ΔP) − 2 I W − I 2Φ;
h
h
1
Δ
= π = n = Φ;
r0
H3
H2
(2)
H
Φ,
h
h
h
где h и H – высоты пересечения 1-го и 2-го параксиальных лучей с асферической поSV =
2
( P + ΔP) − 3I
2
W − 2I 2
2
⎛
⎞
⎜ Δα ⎟
3
⎟ Δα 1 , W = Δα Δα 1 , Φ = α '−α , ΔP = −e 2 Δαn , e – эксценверхностью, P = ⎜
1
n
h
n
⎜ 1⎟
Δn 2
Δ
⎜Δ ⎟
n
⎝ n⎠
триситет, n=-n'=1. Для параболоида, раскрывая выражения для P ,W , ΔP при: α1=0;
α’=1; h1=f’=1; β1=1; I= –1, из (2) имеем
S I = 0;
S II = W = 0,5;
S III = − H − 1 = − s p − 1;
(3)
S IV = 1;
3
3 2
H + 2 H = s 2 p + 2s p
2
2
так как P = −0,25 , W = 0,50 , ΔP = 0,25 , s p – приведенное положение входного зрачка
относительно вершины поверхности (рис. 1).
SV =
58
Рис. 1. Параболическая отражающая поверхность
Для эллиптической (рис. 2) и гиперболической (рис. 3) отражающих поверхностей уравнения (2) при
r
1− e
α 1 = − β х ; h1 = sα = − sβ x ; s = 0 ; H = s p ; I = n1α 1l = −( s p − s )
1− e
1+ e
имеют вид:
⎫
⎪
(1 − e) ⎡
2e 2
2e 2 ⎤
= 0;⎪
+
SI = s
⎢−
3
3⎥
(1 + e) ⎣ (1 + e)
(1 + e) ⎦
⎪
⎪
2( s p − s)(1 − e)e
⎪
;
S II = −
(1 + e) 3
⎪
⎪
2
4( s p − s ) s p e 2( s p − s) (1 − e) ⎪
+
;⎬
S III =
(4)
s(1 + e) 2
s(1 + e) 2
⎪
⎪
1
Δ
⎪
n
⎪
= Φ;
S IV = π = −
r0
⎪
⎪
6 e ( s p − s ) s 2 p 4( s p − s ) 2 s p ⎪
+ 2
,
SV = −
⎪
(1 − e 2 ) s 2
s (1 + e 2 )
⎭
где s и sp – расстояние от предмета и входного зрачка до вершины поверхности.
Из рассмотрения (2), (3), (4) и (5) и фокальных свойств кривых второго порядка
вытекает следующая теорема.
У отражающих поверхностей второго порядка (парабоидальной, эллипсоидальной
и гипербоидальной):
1. при расположении предмета в одном из фокусов сферическая аберрация исправлена
(SI=0), при этом гомоцентричность пучка лучей не нарушается;
2. при выполнении п. 1. кома третьего порядка (η) не зависит от положения входного
зрачка (sp);
3. при выполнении п. 1. астигматизм третьего порядка (SIII) зависит от положения входного зрачка (sp) и при расположении предмета и входного зрачка в сопряженных фокусах F1 и F2 соответственно, он исправлен (SIII=0);
4. при выполнении п. 1. дисторсия третьего порядка зависит от положения входного
2r
зрачка (sp) и при sp=0 и s p = 0 исправлена (SV=0);
2+e
59
5. кривизна поверхности изображения, определяется (SIV), не зависит от положения
r
входного зрачка (sp) и эксцентриситета (е), так как S IV = Φ = .
r0
Рис. 2. Эллиптическая отражающая поверхность
Рис. 3. Гиперболическая отражающая поверхность
Для эллипсоида и гиперболоида:
r
r
(5)
s = 0 или s = 0 .
1− e
1+ e
В заключение следует отметить, что приведенные результаты исследования коррекционных свойств отражающих асферических поверхностей второго порядка в области Зейделя могут быть полезны при проектировании зеркальных и зеркальнолинзовых оптических систем.
Литература
1. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. – Л.: Машиностроение, 1989. –
379 с.
2. Русинов М.М. Композиция оптических систем. – Л.: Машиностроение, 1989. – 383 с.
3. Русинов М.М. Несферические поверхности в оптике. – М: Недра, 1965. – 195 с.
4. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов. – М.–Л.: Машиностроение. 1966. –
564 с.
5. Панов В.А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. – Л.: Машиностроение, 1976. – 432 с.
6. Зверев В.А. Основы геометрической оптики. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2002. – 218с.
60
7. Зверев В.А., Точилина Т.В. Оптотехника проектирования оптических приборов. –
СПб: СПбГУ ИТМО, 2002. – 457с.
8. Андреев Л.Н. Прикладная теория аберраций. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2002. – 96 с.
9. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. – М: Государственное
издательство технико-теоретической литературы. 1956. – 608 с.
10. Андреев Л.Н., Комарова Ю.А. Коррекция сферической аберрации в двухзеркальной
концентрической оптической системе.// Изв. вузов. Приборостроение. – 2008. –
Т.51. – №1.– С.71–74.
11. Андреев Л.Н., Голодкова И.О. Зеркально-линзовый светосильный объектив с плоским полем.// Изв. вузов. Приборостроение. – 2007. – Т.50.– №3. – С.59–61.
61
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
10
Размер файла
2 468 Кб
Теги
третьего, отражающих, аберрации, поверхности, порядке, асферической, второго
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа