СТРАТЕГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КОРРЕКЦИИ АБЕРРАЦИЙ ОБЪЕКТИВА С ВЫСОКИМ ИНДЕКСОМ СЛОЖНОСТИ

Лившиц И.Л., Точилина Т.В., Фаенле O., Волкова С.Л. Стратегия проектирования и управление процессом коррекции аберраций объектива с высоким индексом сложности // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 1. С. 40–51. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-1-40-51

Предмет исследования. Определена стратегия проектирования оптических изображающих систем, заключающаяся в объединении различных методов проектирования и основанная на теории структурного и параметрического синтеза, обеспечивающая наличие необходимых коррекционных параметров в исходной оптической системе. Рассмотрено управление коррекцией остаточных аберраций за счет использования коррекционных возможностей схемы. Предложены композиция оценочной функции, рекомендации по автоматизированной коррекции аберраций, расчет допусков на изготовление оптической системы, а также процедура принятия решения по выбору лучшего варианта оптической схемы. Метод. Стратегия базируется на анализе свойств оптических изображающих систем и их классификации с последующим определением индекса сложности системы, а также на классификации аберраций и разработке методов их коррекции. Основные результаты. Предложен алгоритм реализации стратегии, созданный на понимании свойств оптической системы и ее коррекционных возможностей. Выполнен анализ технического задания проектирования для определения индекса сложности оптической изображающей системы, выбор оптимальной схемы и определены коррекционные возможности схемы. Рассмотрена композиция оценочной функции. Проведено сравнение оценочной функции «по умолчанию» и функции, составленной пользователем с учетом рекомендаций, предложенных в настоящей работе. Практическая значимость. Реализация предложенной стратегии создает условия для сокращения времени проектирования, особенно для систем повышенной сложности с форсированными техническими характеристиками. Представлена блок-схема алгоритма, определены его параметры и коррекционные возможности. Проведена автоматизированная коррекция на основе полученных рекомендаций. Рассчитаны допуски на изготовление и определен уровень технологичности.

1. Anitropova I.L. Simple method for computer-aided lens design with the elements of artificial intelligence // Proceedings of SPIE. 1992. V. 1780. Р. 210–213. doi: 10.1117/12.142806

2. Livshits I.L., Vasilyev V.N. Q and A tutorial on optical design // Advanced Optical Technologies. 2013. V. 2. N 1. Р. 31–39. doi: 10.1515/aot-2012-0077

3. Dilworth D.C. Automatic lens optimization: Recent improvements // Proceedings of SPIE. 1986. V. 554. Р. 191–196. doi: 10.1117/12.949224

4. Dilworth D. Lens Design. Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques. IOP Publishitg Ltd, 2018. 400 р. doi: 10.1088/978-0-7503-1611-8

5. Васильев В.Н., Лившиц И.Л., Муромцев Д.И. Основы проектирования экспертных систем компоновки объективов. СПб.: Наука, 2012. 209 с.

6. Dilworth D.C., Shafer D. Man versus machine: A lens design challenge // Proceedings of SPIE. 2013. V. 8841. Р. 88410G. doi: 10.1117/12.2022871

7. Русинов М.М. Техническая оптика. Л.: Машиностроение, 1979. 488 с.

8. Русинов М.М. Композиция оптических систем. Л.: Машиностроение, 1989. 383 с.

9. Shafer D. Optical design and the relaxation response // Proceedings of SPIE. 1987. V. 766. Р. 91–99. doi: 10.1117/12.940196

10. Livshits I.L., Hou Z., Van Grol P., Shao Y., Van Turnhout M., Urbach H.P., Bociort F. Using saddle points for challenging optical design tasks // Proceedings of SPIE. 2014. V. 9192. P. 919204. doi: 10.1117/12.2061975

11. 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

12. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L. Interdisciplinary approach for simulation of starting points for optical and architectural design // Advanced Optical Technologies. 2019. V. 8. N 2. Р. 135–144. doi: 10.1515/aot-2018-0062

13. Livshits I.L., Dilworth D.C. Trends in optical design from 1988 to 2018... where to from here? // Advanced Optical Technologies. 2018. V. 7. N 5. Р. 335–341. doi: 10.1515/aot-2018-0025

14. Ezhova K.V., Zverev V.A., Tochilina T.V., Timoshtuk I. Fundamentals of concentric lens systems synthesis // Proceedings of SPIE. 2016. V. 9947. Р. 994719. doi: 10.1117/12.2237784

15. Zverev V.A., Tochilina T.V. Aberration analysis of a compensation scheme to monitor second-order concave reflecting surfaces // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. N 8. Р. 536–541. doi: 10.1364/JOT.84.000536

16. Zverev V.A., Timoschuk I.N., Tochilina T.V. Method for designing an optical system for a three-mirror flat-field anastigmat // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. N 12. Р. 838–842. doi: 10.1364/JOT.84.000838

17. Dilworth D.C. Improved convergence with the pseudo-second- derivative (PSD) optimization method // Proceedings of SPIE. 1983. V. 399. Р. 159–165. doi: 10.1117/12.935427

18. Karow H. Fabrication Methods for Precision Optics. Wiley, 2004. 768 р.

19. Livshits I.L., Faehnle O. Producibility analysis of lens system during optical design stage // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 5. C. 625– 633. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-5-625-633

20. Zorich N., Livshits I.L., Dilworth D., Okishev S.G. Design of an ultraviolet projection lens by using a global search algorithm and computer optimization // Advanced Optical Technologies. 2017. V. 6. N 1. Р. 31–38. doi: 10.1515/aot-2016-0058

21. Livshits I.L., Zoric N. A concept of ultraviolet lithography system and design of its rear part using artificial intelligence for starting design // Proc. 4th International Conference on Photonics, Optics and Laser Technology, PHOTOPTICS. 2016. Р. 84–88. doi: 10.5220/0005688500820086

22. Livshits I.L., Dilworth D.C. Practical tutorial: A simple strategy to start a pinhole lens design // Advanced Optical Technologies. 2015. V. 4. N 5-6. Р. 413–427. doi: 10.1515/aot-2015-0024

23. Bliedtner J., Gräfe G. Optiktechnologie: Grundlagen–Verfahren– Anwendungen–Beispiele. Hanser, 2010. 420 р. (in German)

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