АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЛИНЗОВОЙ СИСТЕМЫ НА ЭТАПЕ ОПТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

(на англ. яз.)

Лившиц И.Л., Фаенле О. Анализ технологичности линзовой системы на этапе оптического проектирования // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 5. С. 625–633. (на англ. яз.) doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-5-625-633

Предмет исследования. Представлена идея объединения различных стадий производства оптических приборов в единую логическую последовательность от проектирования оптических элементов, через механическую и технологическую стадии производства, до расчета себестоимости их изготовления. Решение привлекательно тем, что можно контролировать весь процесс и экономить время и бюджет, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант производства. Важно, чтобы эта информация была объективной, связанной с конкретным видом и объемом производства, и легко проверялась и контролировалась на начальном этапе — стадии проектирования. Метод. Предложено объединение всех этапов создания оптического прибора «под ключ», включая анализ и визуализацию вариантов оптической схемы прибора, учет механических и технологических аспектов и расчет стоимости «проект-продукт», в зависимости от объема производства, с рекомендациями по его оптимизации. Известно, что при проектировании оптических систем, особенно для обеспечения качества изображения, приближающегося к дифракционному пределу, существует несколько альтернативных схемных решений — например, варианты линз, содержащие только сферические поверхности и имеющие разное количество оптических элементов в схеме, или линзы, использующие поверхности, отличные от сферических. Основные результаты. Выполнен выбор оптимальной оптической схемы объектива и оценка возможности изготовления оптического прибора на самом раннем этапе, когда известны расчетные варианты оптической схемы, допуски на изготовление оптических элементов и объем производства. Определена стоимость изготовления оптических элементов данного устройства для различных вариантов оптической схемы. Проведено исследование альтернативных схемных решений — например, варианты линз, содержащие только сферические поверхности, имеющие различное количество оптических элементов в схеме или использующие поверхности, отличные от сферических. На стадии проектирования выбор затруднен, и в этом случае решение разрабатывается с учетом технологических процессов производства линз. Для иллюстрации использования программного средства PanDao разработаны и сопоставлены две схемы объективов с вынесенным входным зрачком, совпадающим с апертурной диафрагмой линзы: конструкция первого объектива состоит из трех сферических компонентов; второй объектив — комбинация из четырех оптических компонентов асферической конструкции. Практическая значимость. Показана возможность анализа технологичности линзовой системы на этапе оптического проектирования, а также определение оптимальной технологической последовательности изготовления оптического прибора в условиях заданного объема его производства. Моделирование технологического процесса изготовления различных оптических компонентов позволяет выбрать оптимальную производственную цепочку и оценить необходимость и цены изготовления, сборки и испытаний оборудования. Дополнительным преимуществом является расчет стоимости устройства на ранней стадии проектирования, что помогает в ряде случаев оптимизировать его оптическую схему, а иногда даже избежать стадии прототипирования. Этот подход впервые реализован в программном обеспечении PanDao и теперь доступен широкому кругу исследователей.

1. Hou Z., Livshits I.L., Bociort F. One-dimensional searches for finding new lens design solutions efficiently // Applied Optics. 2016. V. 55. N 36. P. 10449–10456. doi: 10.1364/AO.55.010449

2. Yan J., Tamaki J., Syoji K., Kuriyagawa T. Single-point diamond turning of CaF2 for nanometric surface // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2004. V. 24. N 9-10. P. 640–646. doi: 10.1007/s00170-003-1747-2

3. Franz T., Hänsel T. Ion beam figuring (IBF) solutions for the correction of surface errors of small high performance optics // Proc. Optical Fabrication and Testing (OFT 2008). 2008. P. OThC7. doi: 10.1364/oft.2008.othc7

4. Fähnle O.W., van Brug H., Frankena H.J. Fluid jet polishing of optical surfaces // Applied Optics. 1998. V. 37. N 28. P. 6771–6773. doi: 10.1364/AO.37.006771

5. Williamson R. Field Guide to Optical Fabrication. SPIE Press, 2011. doi: 10.1117/3.892101

6. Walker D.D., Beaucamp A.T.H., Brooks D., Freeman R., King A., McCavana G., Morton R., Riley D., Simms J. Novel CNC polishing process for control of form and texture on aspheric surfaces // Proceedings of SPIE. 2002. V. 4767. P. 99–105. doi: 10.1117/12.451322

7. Jones R.A. Optimization of computer controlled polishing // Applied Optics. 1977. V. 16. N 1. P. 218–224. doi: 10.1364/AO.16.000218

8. Bliedtner J., Gräfe G. Optiktechnologie. Carl Hanser Fachbuchverlag, 2010. 423 p.

9. Karow H. Fabrication Methods for Precision Optics. Wiley, 2004. 768 p.

10. Бронштейн И.Г., Васильев В.Н., Лившиц И.Л., Юнг-Джи К., Тай-Юнг К., Фил-хо Д. Светосильный широкоугольный объектив. Патент RU80248U1. Бюл. 2009. № 3.

11. Kumanin K. Generation of Optical Surfaces. Focal Library, 1967. 476 p.

12. Namba Y., Shiokawa M., Yu J., Ikawa N. Surface roughness generation mechanism of ultraprecision grinding of optical materials with a cup-type resinoid-bonded diamond wheel // CIRP Annals. 1997. V. 46. N 1. P. 253–256. doi: 10.1016/s0007-8506(07)60819-1

13. Zhang L., Liu W. Precision glass molding: Toward an optimal fabrication of optical lenses // Frontiers of Mechanical Engineering. 2017. V. 12. N 1. P. 3–17. doi: 10.1007/s11465-017-0408-3

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License