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    [分享]連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法 [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2021-05-08
    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)計方法的全過程。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、外形尺寸計算、初級像差平衡、PW求解、初始結(jié)構(gòu)參數(shù)確定、系統(tǒng)實(shí)際像差自動平衡，直到凸輪曲線優(yōu)化設(shè)計等。文章以圖形和公式說理，用OCAD光學(xué)自動設(shè)計軟件為工具，全面介紹三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的設(shè)計方法及過程。 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 OCAD光學(xué)設(shè)計程序 U%4 s@{7  
    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會想在一定圖象畫面內(nèi)了解較大范圍的目標(biāo)全貌，有時又需要在一個較小范圍內(nèi)觀察目標(biāo)圖象的具體細(xì)節(jié)。從光學(xué)設(shè)計的角度說，就是要求一個光學(xué)系統(tǒng)在像高大小不變時，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 q6AL}9]9  
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    可以看出，對同一個光學(xué)系統(tǒng)，無論在物方還是像方甚至中間任意一個光學(xué)表面都要遵循這個拉氏變量J不變的原則。對于照相（望遠(yuǎn)）物鏡而言，上式可以寫成 $guaUe[x  
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    的形式。又由于光學(xué)系統(tǒng)的焦距計算公式為 0`~#H1TK  
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    這樣又有關(guān)系式 4&_|myO&  
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    這就意味著要改變物方視場就必須通過改變系統(tǒng)焦距來實(shí)現(xiàn)。這就是可變焦距光學(xué)系統(tǒng)的由來。一個光學(xué)系統(tǒng)影響其焦距變化的因素也很簡單，因為系統(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 p`T,VU&.  
    為此，要改變光學(xué)系統(tǒng)焦距必須通過改變組成系統(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)零件來實(shí)現(xiàn)。比如對一個顯微系統(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)。因為這樣有限數(shù)量的整組物鏡或目鏡的更換，對一個顯微鏡而言，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)無間斷地獲得一個變焦光學(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，比如通過打入（出）一組或多組光學(xué)零（部）件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)兩個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)； 8i