Надіслати статтю
вул. Інститутська 11, м. Хмельницький, 29016
visnyk.khnu@khmnu.edu.ua
(0382) 67-51-08

РОЗРОБЛЕННЯ ОПТИЧНИХ СИСТЕМ 16-ЛІНЗОВИХ ОРТОСКОПІЧНИХ ТЕЛЕОБ’ЄКТИВІВ

DEVELOPMENT OF OPTICAL SYSTEMS OF 16-LENS ORTHOSCOPIC TELEPHOTO LENSES

Сторінки: 219-223. Номер: №6, 2022 (315) 
Автори:
СОКУРЕНКО Вячеслав
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
ORCID ID: 0000-0001-5057-182X
e-mail: sokurenko2@meta.ua
ХУТОРОВИЙ Іван
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
e-mail: akryzhnii@ukr.net
СОКУРЕНКО Oлег
ВСП «Оптико-механічний фаховий коледж
Київського національного університету імені Тараса Шевченка»
e-mail: opticsom@gmail.com
SOKURENKO Vyacheslav, KHUTOROVYI Ivan
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
SOKURENKO Oleg
Optical-mechanical faculty college of Taras Shevchenko National University of Kyiv
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6-219-223

Анотація мовою оригіналу

В даній роботі виконано багаторазову перевірку результативності процедури автоматизованого синтезу нових оптичних систем телеоб’єктивів, яка базується на алгоритмі стохастичної глобальної оптимізації. Зокрема, здійснено абераційний синтез декількох оптичних систем 16-лінзових ортоскопічних телеоб’єктивів з фокусною відстанню 300 мм, відносним отвором 1:2,8, які призначені для роботи в видимому спектральному діапазоні з матричними приймачами зображення повнокадрового формату 35-мм. Наведені результати розрахунку зазначених телеоб’єктивів підтверджують результативність запропонованого підходу та практичну можливість досягнення високої якості виправлення аберацій в розглянутих оптичних системах навіть без використання флюориту (фториду кальцію).
Ключові слова:  телеоб’єктив, повнокадровий формат 35-мм, флюорит, ортоскопічний, глобальна оптимізація, аберація, якість зображення.

Розширена анотація англійською  мовою

In this work, the possibilities of creating multi-lens optical systems of telephoto lenses with a fixed focal length and high image quality with the help of a computer have been experimentally investigated. The effectiveness of the automated procedure for creating new optical systems of orthoscopic telephoto lenses was repeatedly examined. The design procedure utilizes a modified version of the modern stochastic global optimization algorithm. In particular, we carried out the aberration synthesis of several optical systems of 16-lens orthoscopic telephoto lenses having the effective focal length of 300 mm and a F-number equal to 2.8, and designed to work in the visible spectral range with 35-mm full-frame image matrix detectors. Multiple computer simulations of the design process have shown that the global optimization procedure with a total number of variables of around 90 requires significant computing power. Specifically, when running on the Intel Core i9-9900K processor in multi-threaded mode and optimizing the values of the modulation transfer functions, the design procedure can exceed 50 hours. The maximum value of the relative distortion of synthesized variants of telephoto lenses does not exceed 0.017%.  In all considered cases, the values of polychromatic modulation transfer functions for a spatial frequency of 30 lines/mm are not smaller than 0.5 over the entire image field. The design results obtained for the specified telephoto lenses confirm the effectiveness of the proposed approach and the practical possibility of achieving high-quality correction of aberrations in the above-mentioned multi-lens telephoto systems even without the use of fluorite (calcium fluoride).
Keywords: telephoto lens, full-frame 35-mm format, fluorite, orthoscopic, global optimization, aberration, image quality.

Література

  1. Laikin M. Lens Design (Optical Science and Engineering). 4th Edition. CRC Press. 2006. 512 p.
  2. Velzel C., William T. Rhodes A Course in Lens Design. Georgia Institute of Technology. 2014. 177 p.
  3. Kingslake R., Johnson R. B. Lens Design Fundamentals. Second Edition. Elsevier Inc. 2010. 549 p.
  4. Malacara D., Malacara Z. Handbook of Lens Design. Taylor & Francis, 1994. 672 p.
  5. Gross H., Zugge H., Peschka M., Blechinger F. Handbook of Optical Systems: Vol. 3. Aberration Theory and Correction of Optical Systems. Edited by Herbert Gross. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 780 p.
  6. Canon EF 300mm F2,84 IS II USM Lens. com. 2022. URL: http://www.eflens.com/ef-lenses/ef_300_f_2_8l_is_ii_usm.html.
  7. Sony 300mm F2.8 G SSM II Lens. 2022. URL: https://digitalphotographylive.com/sony-300mm-f2-8-g-ssm-ii-sal300f28g2-lens/.
  8. Bentley J., Craig Olson C. Field Guide to Lens Design. SPIE Field Guides. Volume FG27. SPIE. 2012. 141 p.
  9. Price K., Storn R., Lampinen J. Differential Evolution: A Practical Approach to Global Optimization.
  10. Springer Science & Business Media, 2006. 539 p.
  11. 10 Xin-She Yang. Optimization Techniques and Applications with Examples. John Wiley & Sons, Inc. 2018. 384 p.
  12. Slowik A. Swarm Intelligence Algorithms: Modifications and Applications. CRC Press. 2020. 378 p.
  13. Choi T. J., Ahn C. W. An adaptive Cauchy differential evolution algorithm for global numerical optimization/ The Scientific World Journal. 2013. Vol. 2013. Article ID 969734, 12 pages.
  14. Choi T. J., Ahn C. W. An adaptive Cauchy differential evolution algorithm with bias strategy adaptation mechanism for global numerical optimization/ Journal of Computers. 2014. Vol. 9, part p. 2139-2145.
  15. Сокуренко В. М., Буйлов І. С. Застосування адаптивного методу диференційної еволюції Коші для розрахунку об’єктивів. Вісник НТУУ “КПІ”. Серія приладобудування. 2016. № 51(1). С. 41-47.
  16. Сокуренко В. М., Макаренко Я. І. Розробка оптичних систем методами глобальної оптимізації. Вісник НТУУ “КПІ”. Серія приладобудування. 2015. № 50(2). С. 51-60.
  17. Сокуренко В. М., Смажко І. О. Автоматизований розрахунок оптичної системи SWIR-об’єктива. Вісник Хмельницького національного університету: Технічні науки. Хмельницький, 2019. № 6 (279). С. 202‑205.
  18. Сокуренко В. М., Бондарчук Д. П. Автоматизований параметричний синтез фотооб’єктива зі зменшеною дисторсією. Вісник НТУУ “КПІ”. Серія приладобудування. 2018. № 56(2). С. 18-24.
  19. Сокуренко В. М., Сокуренко О. М. Автоматизований розрахунок оптичної системи панкратичного прицілу. Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування. 2022. № 63(1). С. 25-33.

References

  1. Laikin M. Lens Design (Optical Science and Engineering). 4th Edition. CRC Press. 2006. 512 p.
  2. Velzel C., William T. Rhodes A Course in Lens Design. Georgia Institute of Technology. 2014. 177 p.
  3. Kingslake R., Johnson R. B. Lens Design Fundamentals. Second Edition. Elsevier Inc. 2010. 549 p.
  4. Malacara D., Malacara Z. Handbook of Lens Design. Taylor & Francis, 1994. 672 p.
  5. Gross H., Zugge H., Peschka M., Blechinger F. Handbook of Optical Systems: Vol. 3. Aberration Theory and Correction of Optical Systems. Edited by Herbert Gross. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 780 p.
  6. Canon EF 300mm F2,84 IS II USM Lens. com. 2022. URL: http://www.eflens.com/ef-lenses/ef_300_f_2_8l_is_ii_usm.html.
  7. Sony 300mm F2.8 G SSM II Lens. 2022. URL: https://digitalphotographylive.com/sony-300mm-f2-8-g-ssm-ii-sal300f28g2-lens/.
  8. Bentley J., Craig Olson C. Field Guide to Lens Design. SPIE Field Guides. Volume FG27. SPIE. 2012. 141 p.
  9. Price K., Storn R., Lampinen J. Differential Evolution: A Practical Approach to Global Optimization.
  10. Springer Science & Business Media, 2006. 539 p.
  11. 10 Xin-She Yang. Optimization Techniques and Applications with Examples. John Wiley & Sons, Inc. 2018. 384 p.
  12. Slowik A. Swarm Intelligence Algorithms: Modifications and Applications. CRC Press. 2020. 378 p.
  13. Choi T. J., Ahn C. W. An adaptive Cauchy differential evolution algorithm for global numerical optimization/ The Scientific World Journal. 2013. Vol. 2013. Article ID 969734, 12 pages.
  14. Choi T. J., Ahn C. W. An adaptive Cauchy differential evolution algorithm with bias strategy adaptation mechanism for global numerical optimization/ Journal of Computers. 2014. Vol. 9, part p. 2139-2145.
  15. Sokurenko V. M., Builov I. S. Zastosuvannia adaptyvnoho metodu dyferentsiinoi evoliutsii Koshi dlia rozrakhunku obiektyviv. Visnyk NTUU “KPI”. Seriia pryladobuduvannia. 2016. № 51(1). S. 41-47.
  16. Sokurenko V. M., Makarenko Ya. I. Rozrobka optychnykh system metodamy hlobalnoi optymizatsii. Visnyk NTUU “KPI”. Seriia pryladobuduvannia. 2015. № 50(2). S. 51-60.
  17. Sokurenko V. M., Smazhko I. O. Avtomatyzovanyi rozrakhunok optychnoi systemy SWIR-obiektyva. Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu: Tekhnichni nauky. Khmelnytskyi, 2019. № 6 (279). S. 202 205.
  18. Sokurenko V. M., Bondarchuk D. P. Avtomatyzovanyi parametrychnyi syntez fotoobiektyva zi zmenshenoiu dystorsiieiu. Visnyk NTUU “KPI”. Seriia pryladobuduvannia. 2018. № 56(2). S. 18-24.
  19. Sokurenko V. M., Sokurenko O. M. Avtomatyzovanyi rozrakhunok optychnoi systemy pankratychnoho prytsilu. Visnyk Kyivskoho politekhnichnoho instytutu. Seriia Pryladobuduvannia. 2022. № 63(1). S. 25-33.

 

Post Author: Горященко Сергій

Translate