Компьютерный анализ и оптимизация оптических систем. Часть 1

Московский государственный технический университет
имени  Н.Э. Баумана
Л.Г. Бебчук, С.В. Бодров
 КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ
И ОПТИМИЗАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ
Ч а с т ь  1
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия
М о с к в а
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2 0 0 6

УДК 535
ББК  22.34
          Б35
Рецензенты:  В.М. Кахновский, А.Ф. Ширанков
Б35
Бебчук Л.Г., Бодров С.В.
Компьютерный анализ и оптимизация оптических систем:
Учеб. пособие. – Ч. 1. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2006. –  32 с.
ISBN 5-7038-2850-3
Рассмотрены формирование и анализ центрированных оптических
систем (в области геометрических аберраций), содержащих сферические и
асферические поверхности, а также киноформные элементы с помощью
системы ОПАЛ.
Для студентов старших курсов, обучающихся по специальности
«Оптико-электронные приборы и системы», выполняющих курсовые и
дипломные проекты.
Библиогр. 5 назв.
                                                                                                                          УДК 535
                                                                                                               ББК 22.34
ISBN 5-7038-2850-3                                                   © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006

ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия в связи с интенсивным развитием
систем обработки информации, видеотехники, цифровой фототехники и средств мобильной связи значительно возросли требования,
предъявляемые к современным оптическим системам. Причем эти
требования весьма противоречивы. Миниатюризация и снижение
массы технических устройств, с одной стороны,  требуют уменьшения числа компонентов оптических систем, а с другой – получения высоких значений основных оптических характеристик разрабатываемых систем и ужесточения требований к их качеству.
Все это вызывает потребность в широком использовании асферических поверхностей и другой современной элементной базы (градиентных сред, дифракционных оптических элементов) в оптических системах современных приборов.
Задачи синтеза, оптимизации и анализа оптических систем не
могут быть решены без широкого применения компьютерной техники [1]. Еще первые ЭВМ, появившиеся более полувека назад,
использовались для вычисления хода лучей через оптические системы. Как и другие области науки и техники, вычислительная оптика всегда находилась в постоянном развитии, при этом заметное
место отводилось совершенствованию программ расчета оптических систем на ЭВМ. Появление в последнее десятилетие относительно дешевых персональных компьютеров (ПК) способствовало
значительному расширению круга специалистов, непосредственно
занимающихся расчетом оптических систем. В связи с этим известные программные продукты были быстро адаптированы для
ПК, при этом не прекращались работы по созданию новых программ. В отличие от программ, разработанных  в 1970-х годах для
универсальных ЭВМ, программы расчета оптических систем на
ПК, ориентированные на пользователей, не знакомых с операционными системами, имеют удобный и понятный интерфейс [2].
К настоящему времени разработаны, успешно эксплуатируются и постоянно развиваются несколько программных продуктов: из
созданных за рубежом  наиболее известны ZEMAX, SINOPSIS,
CODE-V, из отечественных – DEMOS и ОПАЛ [2–4].
3

Система оптических алгоритмов (ОПАЛ), разработанная совместно сотрудниками Ленинградского института точной механики и оптики (ЛИТМО) и Ленинградского оптико-механического
объединения (ЛОМО) сначала для ЕС ЭВМ [5],  затем была адаптирована для работы на ПК. Система ОПАЛ нашла широкое применение в учебном процессе многих вузов, в том числе МГТУ им.
Н.Э. Баумана.
Предлагаемое учебное пособие посвящено особенностям расчета центрированных оптических систем с помощью системы
ОПАЛ и может быть рекомендовано для студентов специальности
«Оптико-электронные приборы и системы» (особенно специализации «Компьютерная оптика») при выполнении лабораторных работ, а также курсового и дипломного проектирования.
4