Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Многоспектральные оптико-электронные системы - 9
1.1 Области применения многоспектральных оптических систем - 9
1.2 Особенности оптических систем ИК диапазона - 15
1.3 Типы построения многоспектральных оптических систем - 19
1.4 Методы расчета оптических систем - 28
1.5 Принципы построения многоспектральных оптических систем - 31
1.6 Техническое задание на расчет оптической системы - 32
Выводы по главе: - 33
Глава 2. Расчет инфракрасных оптических систем с действительным выходным зрачком - 35
2.1 Проблемы расчета оптических систем, работающих совместно с охлаждаемыми приемниками инфракрасного излучения - 35
2.2 Габаритный расчет оптических систем с действительными входным и выходным зрачками - 39
2.3 Аберрационный расчет первого компонента - 46
2.4 Расчет двухлинзовых несклеенных апланатов - 47
2.5 Расчет однолинзовых гибридных апланатов - 53
Выводы по главе: - 58
Глава 3. Исследование и расчет объективов, работающих в двух спектральных диапазонах - 60
3.1 Расчет линзовых двухспектральных объективов - 60
3.2 Исследование гибридных двухспектральных объективов - 78
Выводы по главе: - 85 - з
Глава 4. Методика расчета трехлинзовых инфракрасных объективов с действительным выходным зрачком - 87
4.1 Габаритный расчет - 87
4.2 Аберрационный расчет - 94
Выводы по главе: - 108
Глава 5. Трехканальная многоспектральная оптическая система - 109
5.1 Схема построения системы - 109
5.2 Расчет входного компонента - 111
5.3 Расчет компенсатора/преобразователя фокусного расстояния - 114
5.4 Расчет коллектива - 118
5.5 Расчет телескопической системы - 120
5.6 Расчет формирующих объективов - 122
5.7 Объединение компонентов в единую систему - 124
5.8 Анализ пропускания многоспектральной оптической системы - 127
Выводы по главе: - 128
Заключение - 130
Список литературы
- Особенности оптических систем ИК диапазона
- Габаритный расчет оптических систем с действительными входным и выходным зрачками
- Исследование гибридных двухспектральных объективов
- Расчет компенсатора/преобразователя фокусного расстояния
Введение к работе
Актуальность работы
В последнее время широкое распространение получают оптико-электронные системы, работающие в нескольких спектральных диапазонах -многоспектральные оптико-электронные системы (МОЭС). Работа в нескольких спектральных диапазонах открывает широкие возможности получения, обработки и анализа информации. Такие системы могут применяться в различных областях человеческой деятельности: медицина, военное дело, космический и экологический мониторинг, охранная техника, промышленный и технический контроль.
Особую роль МОЭС играют в приборах специального назначения, где важнейшими задачами являются круглосуточность и всепогодность наблюдения (обнаружения, распознавания, сопровождения) объекта. Для их решения большинство оптико-электронных приборов этого класса комплектуются оптическими системами как видимого, так и инфракрасного (РЖ) диапазонов. Применение ИК канала обеспечивает работу оптико-электронного прибора при низком уровне освещенности и низкой прозрачности атмосферы. Также они позволяют получать излучение от объекта через непрозрачные для видимого диапазона среды (пыль, дым и др.).
Вопросы классификации, построения, и применения МОЭС, а также особенности оптических приборов и систем, работающих в ИК диапазонах спектра, подробно рассмотрены в работах В.В. Тарасова и Ю.Г. Якушенкова. Разработке оптических систем посвящены работы В.Н. Чуриловского, М.М. Русинова, В.А. Зверева, А.П. Грамматина, Г.И. Цукановой, Л.Н. Андреева и др. Однако, построение оптических систем для МОЭС до сих пор остается сложной задачей оптического приборостроения, поскольку не выработаны принципы проектирования систем такого типа. Особо актуальной является задача разработки методики расчета и проектирования оптических систем для МОЭС с одновременной работой всех каналов.
Цель работы
Целью диссертационной работы является разработка методики расчета многоспектральных оптических систем с одновременной работой каналов.
Задачи исследования
-
Анализ существующих схем построения многоспектральных оптических систем и их элементной базы.
-
Разработка принципиальной схемы построения многоспектральной оптической системы с одновременной работой каналов.
-
Разработка теоретических основ композиции оптических систем инфракрасных объективов с вынесенным выходным зрачком.
-
Разработка методики расчета объективов, работающих в двух спектральных диапазонах.
5. Разработка методики габаритного и оберрационного расчета трехлинзовых объективов с действительным выходным зрачком.
Методы исследования
-
Аналитические методы, основанные на применении теории параксиальной оптики и теории аберраций третьего порядка.
-
Методы компьютерного моделирования при вычислении числовых значений аберраций оптических систем.
-
Методы автоматизированной коррекции и оптимизации конструктивных параметров оптических систем по критериям качества изображения.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту
-
При проектировании многоспектральных оптических систем с одновременной работой каналов, каждый канал необходимо рассматривать и как отдельную оптическую систему, и как зависимую и влияющую часть общей системы.
-
Принципы построения многоспектральных оптических систем с базовым единым компонентом и делением на каналы при помощи спектроделителей.
-
Многоспектральная оптическая система, содержащая три одновременно действующих спектральных канала.
-
Систематизация схемных решений объективов с действительными входным и выходным зрачками. Соотношения габаритного расчета для рассмотренных схем.
-
Методика габаритного и аберрационного расчета трехлинзовых объективов с действительным выходным зрачком.
-
Методика расчета и принципы выбора оптимального варианта композиции объективов, работающих в двух спектральных диапазонах.
Научная новизна
-
Разработана методика габаритного и аберрационного расчета многоспектральной оптической системы с одновременной работой каналов.
-
Разработана методика габаритного и аберрационного расчета трехлинзовых объективов с действительным выходным зрачком.
-
Разработана методика расчета и выбора композиций линзовых объективов, работающих в двух спектральных диапазонах.
Практическая ценность
1. Полученные конструктивные параметры двухлинзовых апланатов
могут быть использованы при модульном проектировании новых оптических
систем.
2. Методика габаритного и аберрационного расчета трехлинзовых
объективов с действительным выходным зрачком может быть использована
при разработке объективов ПК оптико-электронных приборов и комплексов.
3. Рассчитана оптическая схема крупногабаритной многоспектральной трехканальной оптической системы с дифракционным качеством изображения по всему полю.
Практическая ценность и новизна подтверждается полученными патентами РФ на полезные модели на оптические системы, рассчитанные при помощи разработанной диссертантом методики:
-RU 136198 «Трёхканальная зеркально-линзовая оптическая система»;
- RU 150182 «Теплопеленгатор-дальномер».
Достоверность полученных результатов
Результаты аналитических исследований и компьютерного моделирования подтверждены примерами оптических систем, расчет которых выполнен с помощью различного программного обеспечения (Zemax, OPAL, CAPO). Математические расчеты и моделирование осуществлялись при помощи пакета прикладных программ MathCad.
Апробация результатов исследования
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 11 конференциях и профильных семинарах, 5 из которых международные: SPIE Optical Systems Design (г. Йена, Германия, 2015), Международный оптический семинар OS-2013, 2014, 2015 (г. Санкт-Петербург, 2013-2015 гг.), XI Международная конференция «Прикладная оптика-2014» (г. Санкт-Петербург, 2014), XLIII, XLIV, XLV научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО (г. Санкт-Петербург, 2014-2016 гг.), III, IV, V Всероссийский конгресс молодых ученых (г. Санкт-Петербург, 2014-2016 гг.).
Выступления были отмечены дипломами:
Победитель конкурса Международного Оптического Семинара 2013;
Диплом «За лучший доклад на секции» (ВКМУ, 2014);
Диплом «За лучший научно-исследовательский доклад» (КМУ, 2016).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 11 печатных, из которых 5 статей в изданиях из перечня ВАК, 4 статьи в изданиях, включенных в системы цитирования Scopus и Web of Science, 2 патента РФ на полезные модели и 2 труда в электронных изданиях материалов конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 116 наименований и шести приложений; содержит 150 страниц машинописного текста, 65 рисунков и 40 таблиц.
Особенности оптических систем ИК диапазона
Расчет оптических систем, подразумевающий определение их конструктивных параметров (радиусов кривизны поверхностей, осевых расстояний, материалов элементов и т.д.) для заданных характеристик, является нетривиальной задачей, решение которой реализуется различными методами. Простейшим является метод проб [45], для использования которого необходима исходная оптическая система (взятая из патентов, архивов, литературных источников), обладающая близкими к требуемым характеристикам. Масштабированием, последовательной оптимизацией, увеличением или уменьшением количества компонентов, разделением склеек\склеиванием отдельных линз добиваются требуемых характеристик качества изображения. Расчет методом проб обычно требует интуиции и опыта расчетчика, занимает много времени и не всегда приводит к необходимому результату. Основным фактором успеха является правильный выбор исходной системы. Данный метод не позволяет рассчитывать новые оптические системы, не имеющие аналога.
Наиболее широкое распространение при проектировании изображающих оптических систем получил алгебраический метод расчета[46], основанный на применении теории аберраций третьего порядка. При использовании алгебраического метода производится синтез оптической системы из тонких компонентов путем решения алгебраических уравнений зависимостей коэффициентов аберраций третьего порядка от параметров системы. При больших значениях относительного отверстия и углового поля точность расчета уменьшается, вследствие увеличения влияния аберраций высших порядков [45].
Однако в ИК диапазоне большие значения длин волн позволяют применять данный метод для расчета светосильных и широкоугольных систем.
Метод композиции оптических систем, разработанный М.М.Русиновым [47], предполагает синтез системы из поверхностей и элементов с известными свойствами (величинами аберраций третьего порядка). По своей роли в оптической системе элементы разделяются на силовые, коррекционно-силовые и коррекционные. Данный метод первоначально использовался для расчета широкоугольных симметричных объективов, работающих в видимом диапазоне спектра. Коррекция хроматических аберраций предполагается за счет замены одиночных линз на склейки из разных марок оптического стекла с ахроматическим радиусом. Использование данного метода для расчета систем, работающих в ИК области спектра, осложнено отсутствиемоптических клеев, прозрачных в данном диапазоне.
Необходимо отметить, что и алгебраический метод и метод композиции на данный момент являются комбинированными. Первый этап расчета заключается в получении стартовой системы, свободной от аберраций третьего порядка. На втором этапе производится оптимизация и автоматизированная коррекция аберраций системы [48, 49].
При расчете сложных оптических систем, состоящих из нескольких разнесенных групп компонентов, наиболее целесообразно воспользоваться методом расчета по частям[50, 51], применяемым, например, при расчете микроскопов и зрительных труб. При этом оптическая система разделяется на отдельные части, каждая из которых рассчитывается отдельно (с применением описанных выше методов расчета). При таком подходе могут быть существенно упрощены процессы сборки и юстировки системы, поскольку отдельные компоненты системы могут быть отъюстированы и проконтролированы независимо друг от друга. Модульный принцип проектирования, предложенный профессором Л.Н. Андреевым, является развитием композиционного метода и предполагает синтез оптической системы из оптических модулей с известными коррекционными свойствами [52]. В качестве модулей используются линзыc асферическими поверхностями [53, 54], апланатические мениски и гиперхроматические линзы[55, 50].
МОС с одновременной работой каналов ввиду сложности оптической схемы, требуют нового метода расчета. Предлагаемый в данной работе метод является развитием модульного принципа, при этом построение системы производится не из отдельных оптических элементов, а из частей сложной оптической системы. На этапе габаритного расчета производится определение оптических сил блоков и расстояний между ними, с учетом взаимного влияния.Аберрационный расчет при этом разбивается на два этапа. На первом этапе модули рассматриваются как отдельные независимые оптические системы, а их аберрационный расчет производится при помощи рассмотренных выше методов. Выбор метода зависит от особенностей оптических характеристик и типа оптического модуля. На втором этапе происходит последовательная сборка рассчитанных модулей в единую систему. При таком подходе могут быть существенно упрощены процессы сборки и юстировки системы, поскольку отдельные блоки могут быть отъюстированы и проконтролированы независимо друг от друга.
Важной особенностью расчета МОС является необходимость моделирования и оптимизации отдельных оптических блоков одновременно в нескольких каналах и спектральных диапазонах. Для этого необходимо использовать программные пакеты оптического проектирования, содержащие режимы мультиконфигурации (Zemax, CodeV и т.д.).
Габаритный расчет оптических систем с действительными входным и выходным зрачками
Данные таблицы 3.5 подтверждают выводы, сделанные по рисункам 3.5 и 3.6. Как было показано ранее, большие значения относительных оптических сил компонентов приводят к увеличению аберраций высших порядков по мере увеличения относительного отверстия объектива. В п.2.3 также отмечалось, что инфракрасные оптические системы часто требуют высоких значений относительного отверстия из-за сильного влияния дифракции на качество изображения. При относительном отверстии объектива 1:2, компонент из ИКС28 в комбинации материалов №2 должен обладать относительным отверстием 1:0.317. При такой светосиле будет нарушаться закон синусов, т.е. устранение комы данного компонента будет невозможно. Также крутые радиусы потребуют значительной толщины линзы и приведут к сложностям при изготовлении и большим влияниям отклонения от номинального значения на аберрации компонента, а значит, и всего объектива. Исходя из вышесказанного, необходимо установить критерии отбора комбинаций по величинам оптических сил компонентам. Опираясь на свойства используемых материалов (величины показателей преломления), наиболее часто используемые значения относительных отверстий, параметры технологичности оптических деталей и прочие конструктивные соображения, были введены следующие критерии отбора комбинаций: максимальное значение относительной оптической силы компонента в комбинации не должно превышать 4 (по модулю); значения относительные сил остальных компонентов в комбинации не должны превышать 2 (также по модулю).
При необходимости расчёта объектива с высоким относительным отверстием наиболее сильный компонент может быть разбит на два, при этом остальные могут быть реализованы в виде одиночной линзы.
Коэффициент кривизны изображения тонкой оптической системы зависит только от величин оптических сил ее компонентов и показателей преломления материалов. Поэтому целесообразно уже на этапе габаритного расчета оценить величину коэффициента кривизны изображения полученных комбинаций. Значение коэффициента кривизны изображения третьего порядка в тонком трехкомпонентном объективе определяется выражением:
Другим критерием сравнения комбинаций для двухспектрального объектива может являться значение коэффициента термооптической аберрации положения[81], для тонкого объектива зависящее только от величин оптических сил компонентов и термооптических постоянных материалов. Величина коэффициента термооптической аберрации положения в тонком трехкомпонентном объективе определяется выражением: где Vi, V2, Уз - термооптические постоянные материалов. В таблице 3.7 приведены значения коэффициента S4 и 7} полученных комбинаций материалов для двухспектральных объективов.
При поиске комбинации для самостоятельной оптической системы, оптимальным выбором будет сочетание материалов с наименьшим значением коэффициента S4. Однако рассчитываемый объектив может являться частью более сложной оптической системы. В этом случае существует возможность компенсации кривизны изображения, вносимой объективом, остальной системой или ее частями. В этом случае комбинация материалов с высоким значением коэффициента S4 может оказаться наиболее оптимальной. Особенно просто такая компенсация может быть использована совместно с зеркальными системами, коэффициент кривизны которых зависит только от оптических сил зеркал. Приведенные соображения также относятся к величинам коэффициента TI, с той разницей, что при расчете атермализованных систем необходимо учитывать коэффициент линейного расширения конструкционных материалов корпусов, оправ и промежуточных колец (а для зеркальных систем и коэффициентов линейного расширения материалов зеркал).
Наиболее важными критериями выбора комбинации является доступность и освоенность производством материалов. Большинство рассматриваемых материалов являются ядовитыми и вредными при обработке. К ним относятся материалы марок ИКС, содержащие серу, селен, теллурий, а также КРС5 – бромистый и йодистый таллий. Токсичность этих материалов ограничивает их применение в оптических системах. Так, халькогенидные стекла в основном применяются для создания атермализованных объективов[83]. КРС5 чаще находит применение в спектроскопии, лазерной технике и фотонике[84].
Среди материалов, прозрачных в спектральных диапазонах 3 – 5 и 8 – 12 мкм можно выделить три наиболее доступных, применяемых и освоенных производством материала: германий, селенид цинка и сульфид цинка. Таким образом, комбинация №6 из таблицы 3.6 представляется наиболее технологичной с точки зрения применяемых материалов. Также можно отметить, что она обладает достаточно умеренными величинами оптических сил компонентов, что будет способствовать технологичности объектива с точки зрения допусков изготовления и влияния отклонения конструктивных параметров на аберрации.
Как было упомянуто выше, при расчете двухспектральных объективов с высоким значением относительного отверстия, компонент с наибольшей оптической силой можно разбить на два, сумма оптических сил которых равна оптической силе первоначального компонента. В этом случае объектив будет состоять из 4 компонентов (линз), изготовленных из 3 оптических материалов. Таким образом, существует 12 различных вариантов реализации (композиций) данной комбинации двухспектрального объектива. В таблице 3.8 приведены возможные композиции двухспектрального объектива на основе комбинации германий – селенид цинка – сульфид цинка.
Исследование гибридных двухспектральных объективов
На рисунке 5.1 номером 4 обозначен компенсатор/преобразователь фокусного расстояния зеркального объектива, используемый для коррекции полевых аберраций и/или изменения фокусного расстояния объектива. Такое построение канала возможно при работе в УФ, видимом, либо ближнем ИК диапазонах, в тех случаях, когда нет требования действительного выходного зрачка, накладываемого конструкцией приемника. Компоненты системы 1,2,6 и 7 образуют телескопическую систему типа Кеплера. Объектив 7 работает в двух спектральных диапазонах и может быть рассчитан с использованием методики, описанной в главе 3. Коллектив 6 служит для согласования зрачков системы, а также для получения необходимой величины выноса выходного зрачка телескопической системы, достаточной для установки спектроделителя 8. Объективы 9 и 11, формирующие изображения на приемниках 10 и 12, имеют мнимое положение входного зрачка и действительное положение выходного зрачка и могут быть рассчитаны при помощи методики, описанной в главе 4. При этом спектроделитель 8 должен работать на пропускание в длинноволновом канале, поскольку в этом случае клиновидность плоскопараллельной пластины окажет меньшее влияние на качество изображения.
При расчете сложных и составных оптических систем необходимо предусматривать возможности контроля качества и юстировки системы целиком и отдельным частями (блоками). В данной схеме при использовании модульного построения оптической системы предусматривается возможность отельного контроля зеркального объектива 1-2, двухспектрального объектива 7, телескопической системы, содержащей компоненты 1,2,3,6,7, объектива 1-4 и объективов 9 и 11.
Принципы расчета двухзеркальных оптических систем подробно рассмотрены в работах В.Н. Чуриловского[58, 73], Г.Г. Слюсарева[46, 67], Д.Д.Максутова[97], Н.Н. Михельсона[98, 99], В.А. Зверева[100, 101], Л.Н. Андреева[102, 103] и др. Обобщенная методика состоит из габаритного расчета (при помощи расчета углов нулевых лучей) и аберрационного расчета с применением теории аберраций третьего порядка. При проектировании зеркальных систем широко используются асферические поверхности, при этом на первый план выходит вопрос технологичности системы, т.е. сложности/возможности изготовления зеркал и контроля качества их поверхностей. Подробное описание методов контроля асферических поверхностей дано в [104, 105].
Наиболее технологичным вариантом предфокальной двухзеркальной анаберрационной оптической системы является схема Кассегрена, в которой главное зеркало имеет форму параболоида, а вторичное – гиперболоида. При этом главное зеркало может быть проконтролировано методом анаберрационных точек при наличии полноапертурной контрольной плоскости. Контроль вторичного зеркала может быть проведен тем же методом при помощи аттестованного главного параболического зеркала.
Для оценки сложности изготовления асферической поверхности используются технологические характеристики[51]: крутизна, асферичность и градиент асферичности. Крутизна поверхности характеризуется максимальным углом между нормалью к поверхности и оптической осью. Асферичность определяется максимальным отклонением асферической поверхности от ближайшей сферы (либо плоскости, в случае планоидной асферической поверхности). Градиент асферичности это максимальное изменение асферичности поверхности на 1 мм дуги кривой профиля[106].
В таблице 5.2 приведены технологические характеристики зеркал системы Кассегрена с диаметром апертуры 700 мм и равными величинами радиусов кривизны главного и вторичного
В системе Кассегрена устранена только сферическая аберрация, поэтому качество изображения на краю поля ограничено комой и астигматизмом (кривизна изображения отсутствует при равенстве радиусов кривизны зеркал). Апланатический вариант системы Кассегрена носит название система Ричи-Кретьена, оба зеркала являются гиперболоидами. В системе Ричи-Кретьена устранены сферическая аберрация и кома только третьего порядка. Поэтому при высоких относительных отверстиях качество изображения система страдает от больших аберраций высших порядков, устранить которые можно применением поверхностей вращения высших порядков. При этом контроль главного гиперболического зеркала потребует изготовления компенсатора (линзового, зеркального, либо голографического). В таблице 5.3 приведено сравнение технологических характеристик зеркал систем Кассегрена и Ричи-Кретьена с диаметром входного зрачка 700 мм и относительным отверстием 1:3,3333, при котором главное зеркало имеет относительное отверстие 1:2.
Таким образом, при расчете трехканальной МОС в качестве первого компонента был выбран двухзеркальный объектив типа Кассегрена с относительным отверстием 1:3,33 (относительное отверстие главного зеркала 1:2). Конструктивные параметры объектива приведены в таблице 5.4.
Разработке линзовых корректоров в сходящемся пучке для зеркальных систем посвящены работы Росса, Винне,Д.Д. Максутова, В.Н. Чуриловского, М.М. Русинова, Н.Н. Михельсона, Г.И. Цукановой [58, 97-99, 107-109] и др. Большинство корректоров такого типа являются афокальными и предназначены для устранения комы и астигматизма анаберрационных или Наибольшее распространение получили корректоры Росса, Винна и Чуриловского, разработанные для компенсации комы в системах Ньютона и Кассегрена. Корректоры Росса и Чуриловского относятся к классу двухлинзовых афокальных корректоров и различаются ориентацией линз относительно плоскости изображения. Обе линзы обычно изготавливаются из одного материала Классический корректор Винне состоит из трех линз, разделенных воздушными промежутками. Для ахроматизации корректора Винне необходимо использовать как минимум два сорта оптического стекла. На рисунке 5.2 показан внешний вид афокальных корректоров Росса, Чуриловского и Винне.
Расчет компенсатора/преобразователя фокусного расстояния
Как видно из таблицы 4.10, синтезированный объектив с асферической поверхностью имеет высокое качество изображения на оси, на краю поля основное влияние оказывают кома и астигматизм. Благодаря высокому уровню коррекции аберраций появляется возможность введения реальных толщин компонентов на этапе аберрационного расчета, что заметно упростит дальнейшую оптимизацию объектива.
Для перехода к системе с конечными толщинами удобно использовать метод, описанный профессором Г.Г.Слюсаревым [46], в основе которого лежит условие сохранения величин оптических сил компонентов и углов хода обоих вспомогательных лучей между ними. При этом значение увеличения системы, положения и величины диаметров зрачков остаются неизменными. Также сохраняются значения всех углов первого вспомогательного луча с оптической осью. После выбора толщин компонентов (исходя из значений полученных радиусов кривизны и конструктивных соображений), определяются уточненные величины расстояний между компонентами и высот первого вспомогательного луча. Значения высот первого вспомогательного луча на поверхностях компонента определяются из выражений: ]\ =h + dcc(a -na2)/ п(а -а) h2 = h + da (а - па2) / п(а - а), где h - высота первого вспомогательного луча для тонкого компонента, а и а — углы первого вспомогательного луча до и после компонента, (%2 - угол первого вспомогательного луча внутри компонента. Пересчет расстояний между компонентами по рассчитанным высотам h проводится с помощью выражения: dt =(h —h 1)/a 1 Радиусы кривизны всех поверхностей объектива с конечными толщинами компонентами рассчитываются с помощью выражения (2.14). Относительная толщина первого компонента была выбрана равной 0.12, второго и третьего компонентов равной 0.1. Аберрации синтезированного объектива с асферической - поверхностью и конечными толщинами компонентов представлены в таблице 4.11.
Анализ данных таблицы 4.11 показывает, что при переходе к конечным толщинам компонентов ухудшается коррекция комы, при этом качество изображения системы на оси остается достаточно высоким. Коррекция аберраций по полю может быть произведена путем локальной оптимизации системы. Конструктивные параметры объектива после окончательной коррекции и таблица аберраций приведены в Приложении Б. Также в ходе оптимизации было установлено, что возможен возврат к схеме со всеми сферическими поверхностями. В этом случае происходит взаимная компенсация аберраций третьего и высших порядков, как было описано ранее. Конструктивные параметры полученного объектива без асферической поверхности и таблица аберраций приведены в Приложении В.
Таким образом, введение дополнительного коррекционного параметра позволяет получить решение системы уравнений коэффициентов аберраций третьего порядка в случае отсутствия решения со сферическими поверхностями. Деформация одной из поверхностей в данном случае может выступать как промежуточный параметр, необходимый для получения начальной точки с приемлемыми уровнем коррекции аберраций. Также дополнительный коррекционный параметр позволит добиться улучшения качества изображения системы в случае больших апертур и угловых полей. В случаях систем с небольшими величинами угловых полей и размеров апертур дополнительный параметр способствует перераспределению коррекции аберраций внутри системы. Это может быть полезно, например, при коррекции эффекта Нарцисса[92, 93], характерного для ИК систем с охлаждаемыми приемниками. Излучение от холодной поверхности приемника, отражаясь от более теплых поверхностей оптической системы, попадает обратно на приемник, формируя разницу температур, воспринимаемую как фиктивное изображение, накладываемое на изображение реального объекта. Уровень эффекта Нарцисса, вносимого каждой поверхностью оптической системы, характеризуется параметром упі [94]. Его величина равна произведению высоты апертурного луча, идущего от приемника на данной поверхности, показателя преломления среды и угла падения обратно идущего апертурного луча на поверхность. Размер пятна, возникающего в центре приемника при отражении холодного излучения от поверхности, определяется выражением: / = -4yni k где k - диафрагменное число объектива.
Другими словами, размер этого пятна прямо пропорционален величине параметра упі. Обычная методика уменьшения эффекта Нарцисса состоит в увеличении параметра упі для всех поверхностей выше некоторого рассчитанного значения [95]. Программные комплексы оптических расчетов, такие как Zemax, CodeV, OSLO и другие, позволяют напрямую оптимизировать данный параметр. Однако, при такой оптимизации требование увеличения параметра yni может войти в конфликт требованиями аберрационной коррекции (особенно если система обладает необходимым минимумом внутренних параметров). В этом случае использование дополнительного внутреннего параметра позволит добиться перераспределения коррекции и одновременного уменьшения аберраций и увеличения величин параметра yni поверхностей системы.