Компьютерный синтез оптических систем. Часть 1

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ
ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В двух частях
Часть 1

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по образованию в области
приборостроения и оптотехники для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по направлению
подготовки 200200 «Оптотехника» и специальности
200203 «Оптико-электронные приборы и системы»

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2010

УДК 535.317.2(075.8)
ББК 22.34
К63

К63

Рецензенты: В.М. Кахновский, А.Ф. Ширанков

Компьютерный синтез оптических систем : учеб. пособие : в 2 ч. — ч. 1 / А.В. Крюков, В.Г. Поспехов, Т.С. Ровенская,
А.Л. Сушков. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. –
37, [3] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-3326-1
Изложены теоретические основы синтеза оптических систем. Даны описание основных блоков программы OSS и порядок работы с
программой.
Для специалистов и магистров, обучающихся по направлению
«Оптотехника» и специальности «Оптико-электронные приборы и
системы» при изучении учебных дисциплин «Основы проектирования оптических систем», «Проектирование оптических систем»,
«Автоматизация проектирования оптических систем».

УДК 535.317.2(075.8)
ББК 22.34
Учебное издание

Крюков Александр Владимирович
Поспехов Вячеслав Георгиевич
Ровенская Тамара Сергеевна
Сушков Александр Леонидович

КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Часть 1

Редактор О.М. Королева
Корректор
В.С. Буравлева
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 25.03.2010. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 2,33. Тираж 100 экз. Изд. № 40.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

ISBN 978-5-7038-3326-1
c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время при проектировании изображающей оптической системы широко применяются многочисленные программные продукты, позволяющие определять конструктивные параметры оптической системы с заданным качеством создаваемого ею
изображения путем использования лучевой и дифракционной математических моделей оптической системы. В монографии проф.
С.А. Родионова [1] этап синтеза определен как параметрический
синтез оптической системы, который реализуется в результате решения задачи оптимизации математической модели оптической системы при выбранных исходных параметрах оптической системы.
Исходная оптическая система описывается через набор ее конструктивных параметров, которые являются начальными условиями при решении сформулированной задачи. Результат оптимизации существенным образом зависит от выбора исходной оптической системы.
Получить конструктивные параметры исходной оптической
системы можно несколькими путями: 1) выбором оптической
системы-аналога из баз данных; 2) набором оптической системы по определенному алгоритму из оптических поверхностей и
оптических элементов с известными аберрационными свойствами
(композиционные методы проф. М.М. Русинова описаны в [2]);
3) методом расчета оптической системы, удовлетворяющей определенным условиям аберрационной коррекции в области первичных аберраций (монохроматических аберраций третьего порядка
и хроматических аберраций первого порядка), в том числе с использованием теории первичных аберраций тонкого оптического
компонента и оптических систем, построенных из тонких компонентов (алгебраический метод).

3

Настоящее учебное пособие посвящено изучению специализированной программы OSS (от англ. Optical Systems Synthesis — cинтез оптических систем), разработанной проф. М.А. Ганом в ГОИ
им. С.И. Вавилова, обеспечивающей автоматизированное определение параметров исходной оптической системы с использованием
алгебраического метода синтеза. В качестве математической базы
программы использована теория аберрационных и основных аберрационных параметров, изложенная в монографии проф. Г.Г. Слюсарева [3] применительно к осесимметричным оптическим элементам, ограниченным сферическими и асферическими поверхностями, и развитая позднее в работах М.А. Гана [4] для оптических
элементов с голографическими поверхностями.
Программа позволяет находить конструктивные параметры
оптических компонентов определенных типов, вводить в оптические элементы толщины, задаваемые из конструктивных условий,
а также проводить оптимизацию системы с использованием в
качестве оптимизируемых функций монохроматических аберраций третьего порядка (геометрических и волновых) и хроматических аберраций первого порядка. Полученное решение можно
далее использовать в качестве исходной оптической системы и
обрабатывать (проводить анализ и оптимизацию в области реальных аберраций) с помощью известных универсальных программ
(OPAL, Zemax, Code V, OSLO и др.).
Синтез оптических систем представляет собой довольно трудоемкий процесс, особенно при разработке оптических панкратических систем, так как в последнем случае определенные аберрационные требования формируются минимум для двух значений
фокусного расстояния (состояний или конфигураций оптической
системы). Применение программы OSS облегчает определение
оптимального варианта исходной оптической системы.