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連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
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樓主
發(fā)表于: 2021-01-27
摘 要:本文介紹了連續(xù)變焦
光學(xué)
系統(tǒng)的基本工作原理以及
光學(xué)設(shè)計(jì)
方法的全過(guò)程。其中包括變焦和補(bǔ)償方案的選擇、高斯光學(xué)各組元焦距分配、外形尺寸計(jì)算、初級(jí)像差平衡、PW求解、初始結(jié)構(gòu)
參數(shù)
確定、系統(tǒng)實(shí)際像差自動(dòng)平衡,直到凸輪曲線
優(yōu)化
設(shè)計(jì)等。文章以圖形和公式說(shuō)理,用OCAD光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)
軟件
為工具,全面介紹三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及過(guò)程。 關(guān)鍵詞 變焦系統(tǒng) 機(jī)械補(bǔ)償 像差平衡 凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì) OCAD光學(xué)設(shè)計(jì)程序
VP_S[+Zv~
一、 連續(xù)變焦
光學(xué)系統(tǒng)
的基本工作原理 在日常生活或軍事觀察中有時(shí)會(huì)想在一定圖象畫(huà)面內(nèi)了解較大范圍的目標(biāo)全貌,有時(shí)又需要在一個(gè)較小范圍內(nèi)觀察目標(biāo)圖象的具體細(xì)節(jié)。從光學(xué)設(shè)計(jì)的角度說(shuō),就是要求一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在像高大小不變時(shí),可以改變物面尺寸大小。由光學(xué)系統(tǒng)能量守衡定律,拉氏不變量
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可以看出,對(duì)同一個(gè)光學(xué)系統(tǒng),無(wú)論在物方還是像方甚至中間任意一個(gè)光學(xué)表面都要遵循這個(gè)拉氏變量J不變的原則。對(duì)于照相(望遠(yuǎn))物鏡而言,上式可以寫(xiě)成
"w:?WS
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的形式。又由于光學(xué)系統(tǒng)的焦距計(jì)算公式為
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這樣又有關(guān)系式
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這就意味著要改變物方視場(chǎng)就必須通過(guò)改變系統(tǒng)焦距來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就是可變焦距光學(xué)系統(tǒng)的由來(lái)。一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)影響其焦距變化的因素也很簡(jiǎn)單,因?yàn)橄到y(tǒng)焦距只是組成該系統(tǒng)的各表面的表面半徑(曲率)、間隔以及其光學(xué)材料的折射率的函數(shù),即
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為此,要改變光學(xué)系統(tǒng)焦距必須通過(guò)改變組成系統(tǒng)的表面半徑(曲率)、間隔以及其光學(xué)材料的折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)變焦,最古老的也是最有效的方法就是提高改換光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部分光學(xué)零件來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如對(duì)一個(gè)顯微系統(tǒng),可以更換不同焦距的顯微物鏡或不同焦距的目鏡實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檫@樣有限數(shù)量的整組物鏡或目鏡的更換,對(duì)一個(gè)顯微鏡而言,其放大倍率的改變自然也是有限的和不連續(xù)的。還有一種是不改變光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)零件,也就是不改變光學(xué)系統(tǒng)的各表面半徑和材料折射率,而僅是通過(guò)改變各光學(xué)零件之間的空氣間隔,即改變參數(shù)d改變系統(tǒng)焦距,這樣就可以連續(xù)無(wú)間斷地獲得一個(gè)變焦光學(xué)系統(tǒng)。為此變焦光學(xué)系統(tǒng)就分為兩大類。前者被稱作斷續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng),后者叫做連續(xù)變焦系統(tǒng)。 斷續(xù)變焦系統(tǒng)還可以分成幾種不同類型,比如通過(guò)打入(出)一組或多組光學(xué)零(部)件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)兩個(gè)不同焦距變化的變焦的光學(xué)系統(tǒng)被稱做打入型斷續(xù)變焦系統(tǒng);
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可以分多組以不同順序多次打入(出)不同光學(xué)光學(xué)零(部)件,每打入(出)一組光學(xué)零(部)件就可以獲得一次不同系統(tǒng)焦距變化的變焦系統(tǒng),被稱做多組打入型斷續(xù)變焦系統(tǒng)。
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