Автоматизований параметричний синтез ширококутних окулярів з полем зору 90°

АВТОМАТИЗОВАНИЙ ПАРАМЕТРИЧНИЙ СИНТЕЗ ШИРОКОКУТНИХ ОКУЛЯРІВ З ПОЛЕМ ЗОРУ 90°

AUTOMATED PARAMETRIC SYNTHESIS OF WIDE-ANGLE EYEPIECES WITH 90-DEG FIELD OF VIEW

Сторінки: 213-218. 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
КРИЖНІЙ Андрій
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
e-mail: akryzhnii@ukr.net
SOKURENKO Vyacheslav, KRYZHІY Andriy
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6-213-218

Анотація мовою оригіналу

В даній роботі здійснено параметричний абераційний синтез серії оптичних систем ширококутних окулярів з різною кількістю лінз для використання у телескопах або мікроскопах. Окуляри забезпечують кутове поле зору 90°, видиме збільшення 17,9×, діаметр вихідної зіниці 4 мм та її віддалення 16 мм. Під час розрахунку оптичних систем висувалися вимоги до корекції тета-дисторсії та досягнення найвищої якості зображення. Процес синтезу здійснювався за допомогою алгоритму еволюційної глобальної оптимізації, реалізованого в програмному забезпеченні для проєктування оптичних систем PODIL. Отримані результати розрахунку основних аберацій та функцій якості підтверджують високу якість зображення синтезованих окулярів.
Ключові слова: ширококутний окуляр, F-тета дисторсія, поле зору, МПФ, параметричний синтез, автоматизація.

Розширена анотація англійською  мовою

Designing a wide-angle eyepiece’s optical system is a multidimensional problem that cannot currently be solved analytically. The final solution should meet specific requirements on the distortion properties, as well as different user-defined restrictions: overall dimensions, lateral color, etc. To solve this problem, we propose to apply one of the global optimization algorithms, which excludes the necessity of having initial solutions with good image quality. In this work, we carry out parametric aberration synthesis of a series of wide-angle eyepieces with a different number of lenses for use in telescopes or microscopes. All optical systems provide the 90-degree angular field of view, the 17.9× magnification, the 4-mm exit pupil diameter, and the 16-mm eye relief. The parametric synthesis process itself was carried out in an automated mode with the global optimization algorithm based on modified differential evolution. This algorithm was implemented and examined earlier in software PODIL intended for optical systems design. The computer simulations showed that the time interval necessary for automated designing such eyepieces (with a total number of unknown variables up to 60) is about 20 hours. The evaluated aberrations and image quality functions confirmed the high image quality of the designed optical systems of the developed wide-angle eyepieces. The user-defined technical requirements and restrictions set in the merit function are completely met in found solutions. All developed optical systems are well corrected on theta distortion: its value does not exceed 0.6% over the whole field. Future research can be directed onto testing automated design capabilities for other types of optical systems with extreme performances.
Keywords: wide-angle eyepiece, F-theta distortion, field of view, MTF, parametric synthesis, automation.

Література

1. Paolini W. Choosing and Using Astronomical Eyepieces. Springer Science & Business Media, New York, 2013. 442 p.
2. Ultra Wide Field Eyepieces. OPT Telescopes. 2022. URL: https://optcorp.com/collections/ultra-wide-field-eyepieces.
3. Choosing an Eyepiece – Step by Step. Al Nagler. Tele Vue Optics. 2014. URL: https://www.televue.com/pdf/Eyepiece_AASNY_2014_May_June_ChoosingEPs.pdf
4. Celestron Luminos 15mm Eyepiece (1.25″). Celestron, LLC. 2022. URL: https://www.celestron.com/products/luminos-15mm-eyepiece-125in
5. Tele Vue Nagler Type-4 17mm Eyepiece (2″) Overview. Tele Vue Optics, Inc. 2022. URL: https://www.bhphotovideo.com/c/product/329433-REG/Tele_Vue_EN4_17_0_Nagler_Type_4_17mm.html#:~:text=Inspired%20by%20the%20venerable%20Nagler,optimized%20for%20deep-sky%20viewing
6. Scientific 82° Series 14 mm Eyepiece (1.25″). Explore Scientific, LLC. 2022. URL: https://explorescientificusa.com/products/82-14mm
7. Haupt R, Haupt S. Practical Genetic Algorithms. 2004. 253 p.
8. Ali М., Zabinsky B. A numerical Evaluation of Several Stochastic Algorithms on Selected Continuous Global Optimization Test Problems. J. of Global Optimization. 2005. Vol. 31. Р. 635–672.
9. Сокуренко В. М., Неділюк В. С. Числове дослідження стохастичних методів безперервної глобальної оптимізації. Наукові вісті НТУУ “КПІ”. 2012. № 1. C. 81-88.
10. Сокуренко В. М., Макаренко Я. І. Розробка оптичних систем методами глобальної оптимізації. Вісник НТУУ “КПІ”. Серія приладобудування. 2015. № 50(2). C. 51-60.
11. Сокуренко В. М., Буйлов І. С. Застосування адаптивного методу диференційної еволюції Коші для розрахунку об’єктивів. Вісник НТУУ “КПІ”. Серія приладобудування. 2016. № 51(1). C. 41-47.
12. Сокуренко В. М., Вакуленко М. М. Автоматизований розрахунок окулярів з дифракційними оптичними елементами. Вісник Хмельницького національного університету: Технічні науки. Хмельницький, 2018. №1 (257). C. 107-112.
13. Сокуренко В. М., Тростянська О. В. Синтез оптичної системи окуляра для мікродисплея з високою роздільною здатністю. Вісник Хмельницького національного університету: Технічні науки. Хмельницький, 2019. № 6 (279). C. 206-210.

References

1. Paolini W. Choosing and Using Astronomical Eyepieces. Springer Science & Business Media, New York, 2013. 442 p.
2. Ultra Wide Field Eyepieces. OPT Telescopes. 2022. URL: https://optcorp.com/collections/ultra-wide-field-eyepieces.
3. Choosing an Eyepiece – Step by Step. Al Nagler. Tele Vue Optics. 2014. URL: https://www.televue.com/pdf/Eyepiece_AASNY_2014_May_June_ChoosingEPs.pdf
4. Celestron Luminos 15mm Eyepiece (1.25″). Celestron, LLC. 2022. URL: https://www.celestron.com/products/luminos-15mm-eyepiece-125in
5. Tele Vue Nagler Type-4 17mm Eyepiece (2″) Overview. Tele Vue Optics, Inc. 2022. URL: https://www.bhphotovideo.com/c/product/329433-REG/Tele_Vue_EN4_17_0_Nagler_Type_4_17mm.html#:~:text=Inspired%20by%20the%20venerable%20Nagler,optimized%20for%20deep-sky%20viewing
6. Scientific 82° Series 14 mm Eyepiece (1.25″). Explore Scientific, LLC. 2022. URL: https://explorescientificusa.com/products/82-14mm
7. Haupt R, Haupt S. Practical Genetic Algorithms. 2004. 253 p.
8. Ali М., Zabinsky B. A numerical Evaluation of Several Stochastic Algorithms on Selected Continuous Global Optimization Test Problems. J. of Global Optimization. 2005. Vol. 31. Р. 635–672.
9. Sokurenko V. M., Nediliuk V. S. Chyslove doslidzhennia stokhastychnykh metodiv bezperervnoi hlobalnoi optymizatsii. Naukovi visti NTUU “KPI”. 2012. № 1. C. 81-88.
10. Sokurenko V. M., Makarenko Ya. I. Rozrobka optychnykh system metodamy hlobalnoi optymizatsii. Visnyk NTUU “KPI”. Seriia pryladobuduvannia. 2015. № 50(2). C. 51-60.
11. Sokurenko V. M., Builov I. S. Zastosuvannia adaptyvnoho metodu dyferentsiinoi evoliutsii Koshi dlia rozrakhunku obiektyviv. Visnyk NTUU “KPI”. Seriia pryladobuduvannia. 2016. № 51(1). C. 41-47.
12. Sokurenko V. M., Vakulenko M. M. Avtomatyzovanyi rozrakhunok okuliariv z dyfraktsiinymy optychnymy elementamy. Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu: Tekhnichni nauky. Khmelnytskyi, 2018. №1 (257). C. 107-112.
13. Sokurenko V. M., Trostianska O. V. Syntez optychnoi systemy okuliara dlia mikrodyspleia z vysokoiu rozdilnoiu zdatnistiu. Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu: Tekhnichni nauky. Khmelnytskyi, 2019. № 6 (279). C. 206-210.