Лабораторная работа №4.
Анализ характеристик качества фотообъективов при помощи OPAL-PC

4.2. Пример выполнения работы

В этой лабораторной работе необходимо заполнить таблицу характеристик фотообъективов. Для примера возьмем какой-нибудь объектив из библиотеки оптических систем, например, Индустар 94 (Файл -> Библиотека оптических систем -> LENS -> Индустар 94) и заполним таблицу его характеристиками.

4.2.1. Определение марки объектива, фокусного расстояния, заднего отрезка и размеров объектива

Марка объектива указыватся в поле Наименование (пункт меню Система -> Предмет, изображение, диафрагма):

Некоторые из требуемых характеристик можно найти среди параксиальных характеристик оптической системы (Система -> Параксиальные характеристики), а именно фокусное расстояние f', задний отрезок S' и длину объектива L:

Диаметр объектива вычисляется как максимальный диаметр линз объектива, а диаметр линзы - как удвоенная величина световой высоты луча на поверхности. В данном случае максимальная световая высота 6.112 мм, следовательно, максимальный диаметр примерно 12 мм.

Таким образом, можно заполнить следующие графы таблицы:

4.2.2. Определение передней и задней апертур, поля зрения и размеров изображения

Для определения остальных параметров объектива нужно перейти в пункт Анализ аберраций (Выполнить -> Анализ аберраций).

В пункте Габариты пучков приводятся передняя апертура А и задняя апертура А'. Апертуры берутся для центральной длины волны (в таблице она приведена первой) и осевого пучка (под номером 0). Переключение в текстовый режим - F6.

В пункте Характеристики главных лучей пучков приводятся размер предмета и размер изображения. Эти величины необходимо брать для пучка, идущего из крайней точки предмета, то есть максимально возможный размер предмета и изображения. Пучок, идущий из осевой точки предмета обозначается номером 1. Отрицательный знак у величины предмета или изображения показывает что предмет или изображение перевернутое. В задании требуется вычислить поле зрения (2ω), и поле изображения (2y'):
2ω=27*2=54°;   2y'=13.99*2=28 мм

Теперь таблица будет выглядеть следующим образом:

4.2.3. Определение поперечной аберрации

В пункте Аберрации осевого пучка приводятся поперечные аберрации. Нас интересуют поперечные аберрации для центральной длины волны (под номером 0). В таблице приводятся значения для разных лучей осевого пучка, необходимо выбрать из них максимальное по модулю значение:

Теперь таблица будет выглядеть следующим образом:

4.2.4. Определение количества линз и относительного отверстия

Количество линз легко определяется по рисунку хода лучей в оптической системе (пункт Ход лучей в оптической системе), при этом склеенную линзу считают за две.

Теперь сосчитаем относительное отверстие. По определению относительное отверстие - это отношение диаметра входного зрачка к заднему фокусному расстоянию. Фокусное расстояние известно, диаметр входного зрачка можно посчитать, зная переднюю апертуру, таким образом, относительное отверстие:
1:k = D/f' = 2A/f'
отсюда:
k = f'/D = f'/2A = 27.75 / 2*4.96 = 2.79
таким образом, относительное отверстие 1:k = 1:2.8

Теперь таблица будет выглядеть следующим образом:

4.2.5. Определение разрешающей способности

Разрешающую способность в центре и на краю поля можно определить по графику частотно-контрастной характеристики (пункт меню Анализ -> Дифракционного Ч.К.Х. -> Частотно-контрастная характеристика). Разрешающая способность в центре берется для осевого пучка (номер 0), а на краю - для пучка под номером 1. На графиках зеленой линией отображается реальное ЧКХ, а красной - идеальное. Сплошной линией отображается ЧКХ для меридионального сечения, а пунктирной - для сагиттального.

Разрешающая способность определяется как пространственная частота при контрасте 0.2 для реального ЧКХ в меридиональном сечении. На таком графике разрешающую способность можно определить только примерно: в данном случае и для осевого и для первого пучка разрешающая способность меньше 100 лин/мм. Более точно можно определить разрешающую способность, если задать в параметрах пункта Частотно-контрастная характеристика (переход к правой части экрана по клавише Tab) максимальную частоту отображения.

Можно вывести график для одного пучка на весь экран, если в поле Номер пучка задать требуемый номер пучка, а для вывода графика на полный экран нажать клавишу F5. Сетка на графике появляется по нажатию клавиши Пробел. Из графика видно, что разрешающая способность на краю изображения примерно 40 лин/мм. Аналогично определяется разрешающая способность в центре поля.

Теперь таблица полностью заполнена:

4.2.6. Сравнение характеристик качества фотообъективов

Для сравнения характеристик качества фотообъективов необходимо, во-первых, выбрать из библиотеки оптических систем (Файл -> Библиотека оптических систем -> LENS) все объективы, у которых фокусное расстояние находится в заданном диапазоне. Например, на рисунке выделены красным все объективы, у которых фокусное расстояние находится в диапазхоне f'=52-53 мм (прокрутить список объективов можно при помощи клавиш управления курсором ↓).

Затем необходимо заполнить таблицу характеристик, как было показано выше. И, наконец, необходимо выбрать из таблицы объектив с наибольшей светосилой, наибольшим полем зрения и наибольшей разрешающей способностью в центре поля.