Синтез оптических систем

Эта глава посвящена различным подходам к одной из наиболее престижных целей электронной и ионной оптики синтезу оптических систем с заранее заданными свойствами первого порядка и минимальными аберрациями. Мы начали с обсуждения возможности существования безаберрационной оптики. После короткого обсуждения первых попыток синтеза было представлено вариационное исчисление, как математически удовлетворительный, но скорее громоздкий подход к оптимизации линз. Теоретические нижние пределы коэффициентов сферической и хроматической аберраций даны в виде уравнений (9.13) и [c.555]

Книга посвящена следующим вопросам, связанным с разработкой оптических приборов с повышенными оптическими характеристиками геометрическая широкоугольная оптика ограничение световых пучков при больших полях зрения учение об аберрациях синтез оптических систем. [c.2]

ЧАСТЬ IV СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ [c.166]

Анализ и, синтез оптических систем [c.137]

Методы расчёта электронно- и ионно-оптических систем, позволяющие проводить всесторонний анализ параметров спроектированных приборов и установок, достигли такого уровня, что с нх помощью, с привлечением вычислит, средств и программного обеспечения, становится возможным решение проблемы синтеза создаваемых устройств—т. е. нахождения их конфигурации, др. данных, обеспечивающих реализацию заданных параметров при выполнении всех ограничит, условий (предельных габаритов, максимально допустимых напряжений, токов и т. п.). Переход от развития методов анализа электронно-и ионно-оптических систем к их синтезу станет одним из перспективных направлений развития и ИО в обозримом будущем. [c.549]

Книга посвящена основам теории цифрового представления волновых полей, их преобразованиям, алгоритмам вычисления этих преобра,зований, синтезу и записи голограмм, пространственным фильтрам для оптических систем обработки данных, визуализации информации, методам цифрового восстановления голограмм и интерферограмм, цифровому моделированию голографических процессов. Показано применение методов в оптике, акустике, измерительной технике, при неразрушающем контроле. [c.2]

Поскольку выяснилось, что матричный формализм позволяет, в числе прочего, записать в весьма простой форме выражение для точечного эйконала, эти два способа оказались органически взаимосвязанными. Р1х синтез приводит к полезнейшим интегральным соотношениям типа (1.12). Систематическое применение подобных соотношений позволило автору в его предьщущей монографии [16] сформулировать целый ряд положений теории оптических резонаторов в более общем виде, чем в соответствующих оригинальных статьях. Эти соотношения, являющиеся, в сущности, обобщением принципа Гюйгенса — Френеля на случай оптических систем весьма широкого класса, широко используются и в настоящей книге. [c.8]

Из сравнения (7.1.4) и (7.1.5) с (7.1.2) и (7.1.1) легко видеть, что импульсная и передаточная характеристики рассматриваемой двухлинзовой оптической системы пространственной фильтрации тождественно равны импульсной и модуляционной характеристикам пространственного фильтра, т. е. H(v, Vy)—T vx, Vy) и h(u, у) = =t u, v). Это обстоятельство существенно облегчает синтез когерентных оптических систем с импульсными и передаточными характеристиками произвольного вида, поскольку задача сводится к синтезу пространственного фильтра с характеристикой амплитудного пропускания, равной передаточной характеристике синтезируемой оптической системы. [c.227]

СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКИХ Часть J СИСТЕМ [c.379]

Как будет видно в гл. 9, внутренне присущие погрешности имеют и положительную сторону. Тот факт, что совершенно различные электроды могут создавать почти одинаковые аксиальные распределения потенциала, поможет при синтезе электронных и ионных оптических систем. [c.143]

Компенсировать аберрации можно, используя дополнительные заряды, неоднородности поля, переменные поля или различные типы симметрии. Этот подход обсуждался в разд. 5.6. Поскольку компенсация приводит к чрезмерному усложнению систем, наш взгляд на эту проблему заключается в том, что необходима не компенсация, а поиск таких оптических элементов и систем, которые сами будут обеспечивать требуемые свойства при минимальных аберрациях. Синтез таких систем и является предметом настоящей главы. [c.507]

Рассмотрим схему оптического томографа, который может быть применен в указанном случае [130]. В оптической схеме данного устройства реализуется алгоритм фурье-синтеза. На рис. 4.17 представлена схема оптического аналогового томографа. Излучение от лазера 1, попав на светоделительную пластинку, разделяется на две части, одна из которых проходит систему формирования опорного пучка 2 и попадает на регистратор 7, а другая проходит оптическую систему, формирующую световой нож 3, и падает на исследуемый объект 4, который описывается пространственным распределением показателя поглощения К(х,у,г). Ориентация координат указана на рис. 4.17. Цилиндрическая линза 5, образующая которой параллельна оси г, выполняет над падающим излучением (проекцией К(р,ц>)) одномерное преобра- [c.145]

Под синтезом (обратная задача) будем понимать первоначальное формирование конструкционной модели, т. е. определение значений параметров х, обеспечивающих заданные значения характеристик f (рис. 1.1). Синтез в большинстве случаев является эвристической и сугубо объектно-ориентированной операцией. Его содержание определяется конкретным типом синтезируемой системы. В настоящее время поддаются алгоритмизации только некоторые виды синтеза поиск конструкции из существующих вариантов при помощи информационно-поисковой системы (ИПС), синтез простейших типов оптических систем, набор систем из элементов с известными свойствами по методике М. М. Руси-нова [27], сборка оптической системы из нескольких узлов или компонентов, а также операции перестроения системы (оборачивание, изменение в масштабе, удаление и добавление элементов). [c.10]

Программное обеспечение автоматизации проектирования в оптике. Из сказанного выше в гл. 1 нетрудно придти к заключению, что программное обеспечение автоматизированной системы проектирования оптических систем должно состоять из двух основных частей — системной и проблемной. Системная часть включает в себя диспетчер, организующий взаимодействие САПР с пользователями и выполнение их заказов в пакетном или диалоговом режимах путем вызова соответствующих проблемных программ, и банк данных, через который производится обмен информацией между пользователями и системой, а также между отдельными проблемными программами. Проблемная часть программного обеспечения состоит из библиотеки унифицированным образом организованных программ, выполняющих отдельные операции проектирования, рассмотренные выше, так называемых функции опальных блоков. Сюда входят, например, блоки трансляции с входного языка, блоки синтеза, анализа, оптимизации, отображения результатов и др. В свою очередь, функциональные блоки состоят из отдельных подпрограмм, решающих элементарные задачи как общематематического характера, т. е. проблемно-независимые (например, задачи линейной алгебры, численного интегрирования, оптимизации и другие), так и оптического характера — объектно-ориентированные (например, расчет луча через одну поверх- [c.15]

Автоматизированное проектирование оптических систем, как было показано в гл. 1, состоит из многократно повторяемых операций синтеза, анализа и оптимизации. Однако, когда говорят об автоматическом расчете оптических систем, часто имеют в виду только программы синтеза и оптимизации. [c.196]

Синтез является эвристической операцией. Его алгоритмы разработаны лишь для простейших типов оптических систем и сугубо объектно-ориентированы, т. е. специфичны для каждого синтезируемого типа, поэтому программы синтеза в литературе по оптике, например в работах [19, 301, часто называют специализированными программами автоматического расчета оптических систем. В процессе синтеза редко удается получить окончательную конструкцию. Синтезированные системы удовлетворяют только небольшому количеству основных требований, поэтому почти всегда необходима последующая оптимизация. [c.196]

Синтез простейших типов оптических систем. Одним из наиболее простых и в то же время распространенных является двухлинзовый склеенный объектив дублет), обладающий хорошими коррекционными возможностями и удовлетворительным качеством изображения при размерах углового поля в пространстве предметов до 15° и относительных отверстиях до 1 4. До применения ЭВМ расчет склеенного дублета выполнялся по методике Г. Г. Слюсарева [30] с помощью специальных таблиц и номограмм. Автоматизация синтеза дублета позволила значительно расширить диапазон характеристик и получить более совершенные конструкции. Рассмотрим некоторые варианты программ синтеза дублетов. [c.248]

На рассмотренных примерах мы видим, что в процессе синтеза часто используется математический аппарат и методы оптимизации. С другой стороны, результат синтеза почти всегда требует последующей доводки универсальными программами оптимизации. Таким образом, процессы синтеза и оптимизации при проектировании оптических систем весьма тесно связаны. Особенностями оптимизации в процессе синтеза являются специфические параметры оптимизации, связанные с типом синтеза небольшое количество оптимизируемых функций (две—пять аберраций), но значительное количество ограничений (условий прохождения лучей, построения системы, конструктивных ограничений) аналитическая проба и проба производных, специфические для данного типа, как, например, при синтезе дублетов. Все это позволяет быстро просматривать множество вариантов, а также в широких пределах менять конструкцию для получения результата синтеза, удовлетворяющего небольшому количеству основных требований и пригодному для последующей оптимизации. [c.253]

Гусев С. А., Платонов Ю. Я- Исследование поверхностного рельефа подложек и его влияние на оптические свойства зеркал в диапазоне длин волн 10— 100 А//Тез. Всесоюзного семинара Методы синтеза и применения многослойных интерференционных систем . — М. Изд-во МГУ, 1984. — С. 97. [c.244]

На современном этапе разработки и конструирования одного из узловых приборов квантовой электроники, газового лазера можно говорить только о возможностях создания систем САПР. Система проектирования может быть реализована, в принципе, по той же схеме, которая приведена в п. 2.3 (рис. 2.6). Однако для создания реальной системы необходимо дальнейшее совершенствование всех звеньев этой схемы. Прежде всего это будет относиться к блоку Анализ , поскольку для построения реальной САПР газовых лазеров в нем должна осуществляться разработка и систематизация стандартной элементной базы, характерной для любого газового лазера, более глубокое изучение элементарных процессов и энергетического баланса в электрическом разряде, возможности изготовления сложных оптических элементов. Все это вместе взятое позволит уже на этапе анализа сводить к хорошо изученным модельным представлениям практически любую задачу синтеза в САПР газовых лазеров. В качестве примера решения на уровне САПР можно привести задачу синтеза газовых лазеров с заданными характеристиками, рассмотренную в п. 2.6. [c.125]

Основными методами анализа и синтеза когерентных оптических процессоров являются методы волновой оптики (в том числе и голографии) и методы теории связи. Основу этих методов составляет аппарат двумерного преобразования Фурье и теории линейных систем. [c.199]

Рассмотрим одновременную компенсацию комы и астигматизма. Приравняв нулю соответствующие коэффициенты в соотношениях (2.40), получим систему уравнений с двумя решениями l/s = l/rg — п/[ п — 1)/], / =/"г и 1/ 2 = = 1/ 2 — /[( —1)/]. Легко показать, что в первом случае линза представляет собой совокупность нетривиальной аплана-тической и изопланатической поверхностей, а во втором — поверхности тех же типов расположены в обратном порядке. Таким образом, решение общей задачи для тонкой линзы привело к сочетанию поверхностей с известными свойствами. Практический вывод, который можно отсюда сделать, заключается в том, что при синтезе оптических систем целесообразнее идти не от отдельных тонких (или приближающихся к тонким) линз, как это часто делается [41], а от отдельных преломляющих поверхностей. [c.79]

В предыдущих главах мы ограничивались в основном анализом и синтезом оптических систем, работающих с некогерентным излучением. Только при рассмотрении некоторых специальных случаев мы переходили к системам, в которых линейно от точки к точке складываются комплексные амплитуды. Несомненно, между этими крайними случаями не должно быть резкого перехода, и, действительно, существует переходная область, известная под названием области частичной когерентности. Совершенное излончение вопросов частичной когерентности вместе с исключительно ценным историческим обзором дается в превосходной книге Борна и Вольфа [1] ). [c.181]

Методика изготовления амплитудных ПФ на фотоматериале с помощью аналоговых оптических систем рассмотрена в [137]. Аналоговые оптические методы изготовления полутоновых амплитудных ПФ не обеспечивают в ряде случаев необходимой точности соответствия требуемому закону изменения пропускания. Лучшие результаты получаются, если для синтеза подобных фильтров использовать ЦЭВМ, сопряженные со специальными выводными устройствами. [c.229]

В заключение отметим, что можно получить рабочие характеристики оптических дискриминаторов, превосходящие характеристики двулучепреломляющего дискриминатора, если взять более слол<ную систему поляризаторов и двулучепреломляющих кристаллов. Это стало возможным в связи с разработкой метода синтеза оптических цепей, содержащих двулучепреломляющие кристаллы [82]. [c.509]

Следует отметить, что наряду с большими ЭВМ оказалось весьма эффективным использование для проектирования оптических систем настольных клавишных ЭВМ с программным управле нием. Основным их преимуществом наряду с малыми габаритами, низкой стоимостью и простотой обслуживания является возможность работы на них самому конструктору в режиме непосредственного доступа, позволяющего просто и оперативно вносить изменения в исходные данные в ходе проектирования. Эти ЭКВМ выполняют действия над десятичными числами с плавающей запятой, с длиной мантиссы 12 десятичных разрядов (б < 10 ). Оперативная память таких ЭВМ составляет до 32 Кбайт (32 тыс. команд или 4000 чисел), имеется внешняя память на магнитной ленте или картах и развитая система команд. Естественно, что операции высших уровней анализа или оптимизации на ЭКВМ выполнять невозможно из-за низкого быстродействия и малого объема памяти, но операции низших уровней анализа, простейшие операции синтеза выполняются на них часто не менее эффективно, чем на больших ЭВМ. [c.14]

Пример синтеза оптической системы с последующей оптимизацией и анализом структуры изображения. В качестве иллюстрации приведем некоторые этапы автоматизированного проектирования широкоугольного гидрообъектива при помощи САПР оптических систем в диалоговом режиме на ЭВМ ЕС-1040 с комплексом алфавитно-цифровых дисплеев ЕС-7906. Угловое поле в пространстве предметов (в воде) объектива равно 2со = 90°, апертура Л о = 0,14 (относительное отверстие 1 3,6). Сначала была синтезирована половинка объектива с помощью набора из поверхностей с заданными свойствами в следующей последовательности [c.253]

Наиболее трудно даже теоретически синтезировать оптическую систему с заданной передаточной функцией (пространственно-частотной характеристикой), а в ряде случаев это и вообще невозможно. Например, невозможно получить оптическую передаточную функцию, дентрированную относительно достаточно высокой пространственной частоты, поскольку оптические системы являются фильтрами нижних частот. Как правило, из-за технологических трудностей, а также из-за сложности и многообразия порой противоречивых задач, которые должны быть решены приемником излучения, создать приемник с пространственно-частотной характеристикой, удовлетворяющей условию оптимизации всего ОЭП или. его системы первичной обработки информации, как правило, не удается. Поэтому в состав ОЭП приходится вводить специальные пространственные фильтры, которые большей частью представляют собой растры. (Некоторые распространенные типы растров были описаны в 1.3). Кроме них, пространственным фильтром может быть также мозаичный (многоплощадочный) приемник излучения. Некоторые аспекты синтеза оптимального пространственного фильтра путем использования такого приемника с заданным законом распределения чувствительности отдельных элементов рассмотрены в [143]. [c.84]

Синтезу оптимальных приемных устройств оптического диапазона и оценке их эффективности посвящен ряд работ. Так, в 141] Получен алгоритм действия оптического приемника при приеме дискретномодулированных по интенсивности сигналов найдено, что оптимальными сигналами с точки зрения максимума отношения сигнал/шум являются сигналы с активной и пассивной паузой. В (44] с некоторыми модификациями решались те же вопросы, что и в [41]. В [21] рассматривался вопрос оптимального разрешения некогерентных сигналов оптического диапазона эта работа тесно связана с обнаружением точечных источников на фоне местности. Недостатком указанных работ является то, что статистические распределения сигнальных и шумовых фотонов задаются априорно, без строгого обоснования. Этого недостатка лишены работы [65, 90], где с квантовых позиций осуществляется подход к решению задач обнаружения и приема сигналов этот подход позволяет определить потенциальные возможности обнаружения и выделения лазерных сигналов, осуществить синтез систем, реализующих эти возможности, найти предельную чувствительность и точность приборов. Методам оценки эффективности и оптимизации локационных систем посвящены работы [23, 24]. Анализ дискретных информационных систем оптического диапазона проводится в [42, 43, 45, 46, 47, 62, 67, 99, 101, 102, 103, 105, 106, 107], где также приведены оценки эффективности этих систем. Однако основополагающими работами в области статистической теории обнаружения и приема оптических сигналов следует считать работы К. Хелстрома [19, 20], где строго с квантовых позиций рассмотрен широкий круг интересных вопросов, введен оператор обнаружения и найден ряд аналитических выражений, позволяющих найти алгоритм обработки сигналов и произвести оценку эффективности систем. Отметим, что указанные работы носят характер журнальных статей и перечень их довольно скромен. Совершенно очевидно, что исследования в области создания статистической теории должны быть значительно расширены. [c.14]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...