Mitschunas, Beate

Sinzinger, Stefan

Digitale Bibliothek Thüringen

   TU Ilmenau | Universitätsbibliothek | ilmedia, 2017 http://www.tu-ilmenau.de/ilmedia  Mitschunas, Beate; Sinzinger, Stefan: Startsystemfindung von Zoomoptiken mit Hilfe der Ilmenauer Software PARAX  Zuerst erschienen in: DGaO-Proceedings. - Erlangen-Nürnberg: Dt. Gesellschaft für angewandte Optik. -118 (2017), Art. P5, 1 S. ISSN: 1614-8436 URN: urn:nbn:de:0287-2017-P005-0 URL: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0287-2017-P005-0 Download URL: http://www.dgao-proceedings.de/download/118/118_p5.pdf Erstveröffentlichung: 24.07.2017 [Download: 07.09.2017]  DGaO-Proceedings 2017 – http://www.dgao-proceedings.de – ISSN: 1614-8436 – urn:nbn:de:0287-2017-P005-0eingegangen: 22.06.2017       veröffentlicht: 24.07.2017. Startsystemfindung von Zoomoptiken mit Hilfe der llmenauer Software PARAX B. Mitschunas, S. Sinzinger Fachgebiet Technische Optik, TU Ilmenau Motivation Berechnungsalgorithmus einer dreigliedrigen Annahmen: l . Optik feststehend afokalen Zoomoptik [4] 2. Optik= Variator zur Variation der Vergrößerung Die Software PARAX dient hauptsächlich dem kollinearen Entwurf komplexer optisch abbildender Systeme. Ist eine Systemstruktur gefunden, so kann sie anschließend weiter analysiert und optimiert werden 3. Optik= Kompensator zur Realisierung des parallelen Ausgangsstrahls (Beibehaltung der afokalen Abbildung) [l ],[2),[3). Für die Strukturfindung einer Zoomoptik mit mechanischem Ausgleich ist vor allem die Möglichkeit der Parametervariation interessant. So können mehrere Bewertungsgrößen der Modellierung (z.B. die Abstände zwischen den sich bewegenden Systemgliedern) in Abhängigkeit von einem sich ändernden Parameter (z.B. der Vergrößerung) beobachtet werden. Konkretes Beispiel Zoomsystem für die medizinische Laserstrahlbearbeitung mit folgenden Kenngrößen und Forderungen: l. Afokales System bestehend aus drei Einzellinsen 2. Eintrittspupillendurchmesser: 2hEP= l Omm 3. Variation des Ausgangsstrahldurchmessers: Vorgabegrößen: Variofaktor V, Anfangsvergrößerung r'A v = und = und = = 2h 2h Vorgabeparameter: Abstände: Brennweite: Berechnung der restlichen Brennweiten und Abstände in Anfangs- bzw. Endstellung: Berechnung der Extremstellung mit: = -Endstellung Lextrem = maximale Baulänge IOmm "2hAP 1.4mm Variofaktor: 4. Kein Fokus innerhalb des Zoomsystems! ' - e' - ' + ' ' J; Steuerkurve für i-Stellungen mit: L; = + = =L; Bild 1: Günst igste afokale dreigliedrige Systemstruktur ohne reelles Zwischenbild mit Darstellung der Bewegungscharakteristik von Variator und Kompensator. (Systemtyp: zerstreuend-sammelnd-zerstreuend würde größeren Durchmesser des Variators erfordern !) 5. Durchmesser des Gesamtsystems 2h < 2Smm 6. Länge des Gesamtsystems L<l 5Omm PROBLEM: Auswahl sinnvoller Parameter für den Berechnungsalgorithmus! Lösung: Optimierung der Vorgabeparameter: = Minimalwert und mit Hilfe der Parametervariation von PARAX. Bedingung: Alle Abstände (k=l .3) über den gesamten Verstellbereich >0! Optimierungskriterien: Kleine Baulänge, moderate Brennweiten, keine zu großen Empfi ndlichkeiten in der Steuerkurvencharakteristi k. A) Umsetzen der Anforderungen in Systemeingabegrößen für das kollineare Dimensionierungsprogramm PARAX (Vernachlässigung des Feldes) und Parametervariation r, >140mm)! Bild 2: A) Variation von bei Vorgabe eines Minimalwertes für in der Endstellung. Forderung: 11 mm z.B. f', =-l 2mm , = l 38mm 8) Variationsbereich von Es existieren für die gewünschte Baulänge nur Lösungen für einen schmalen Bereich von f' Auswahl: f ',=SOmm! Mit den Brennweiten sind auch die Abstände über den ge-samten Zoombereich definiert! Abstandssumme = globaler Parameter zur Kontrolle der Baulänge L in i Stellungen: Abstandsänderung über den Zoombereich Systemlänge: Bild 3: Oberfläche der Software PARAX mit dem Tool .Parametervariation" zur Kont rolle aller Abstände und damit der Bewegung von Variator und Kompensator über den gewünschten Zoombereich. A) Anfangsstellung Maximale Auslenkung =Maximale Baulänge Endstellung LE=134.944mm Die Eingabe- und Ergebnistabelle der lokalen Systembeschreibungsgrößen (Vorgabeparameter schwarz Ford __ rung : Lmax dünn= 140 mm __ gekennzeichnet) sowie die Darstellung des Strahlenverlaufs beziehen sich auf die Anfangsstellung. 2.766 1.14 Simulation mit dem Programm ZEMAX Bild 4: Ersetzen der kollinearen dünnen B) Linsen durch Kataloglinsen und Optimierung der Abstände für ausgewählte Zoomstellungen sowie für die extremale Stellung zur Ermittlung der realen maximalen Baulänge. A) Darstellung des Strahlenverlaufs für drei Stellungen B) Tabellarische Zusammenfassung der Ergebnisse (Abstände, Baulänge, Vergrößerung und der Abweichungen vom idealen Ausgangsstrahldurchmesser in l OOmm Entfernung) für 8 Stellungen. -6 3.614 in . : nach dem System 9.956 7.982 1.25 29.658 5.977 1.666 3.998 3.613 2.767 22.852 3.33 114.343 2 117.83 12.569 1.382 7.14 119.962 Literatur Danksagung 147.271 147.394 146.926 142.733 134.931 [11 B. Mitschunas,8. Rudolf, R. Bielert, J. Mitschunas: Kollineare Modellierung komple)(er optischer Systeme, Photonik 2.2016, S 46-49 [2] W. Richter, B. Mitschunas: Paraxialer Entwurf optischer Systeme, F & M 100 (1992) 1 0, 459-463 [3] B. Rudolf : Untersuchung von Methoden zur kollinearen Startsystemfindung, der ersten Sture beim Optikdesignprozess, Masterarbeit, TU Ilmenau, 2016 [4] B. Mitschunas: Methodische Unterlagen zum Ansatz pankratisc:her Systeme, Dissertation. 1984 Die Autoren bedanken sich bei der Deutschen Fo rschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung der Arbeit innerhalb des Projektes VopSys "Verallgeme inerte optische Abbildungssysteme" FKZ: SI 573/9.Ho 2667 / l - l . 

Startsystemfindung von Zoomoptiken mit Hilfe der Ilmenauer Software PARAX

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Startsystemfindung von Zoomoptiken mit Hilfe der Ilmenauer Software PARAX

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