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    [技術(shù)]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: 2022-03-04
    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) 機械補償 像差平衡 凸輪優(yōu)化設(shè)計 OCAD光學(xué)設(shè)計程序 R)4L]ZF  
    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 \H <k  
    <Sw>5M!j  
    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）物鏡而言，上式可以寫成 ZmM/YPy  
    <*I%U]  
    的形式。又由于光學(xué)系統(tǒng)的焦距計算公式為 6XU1w  
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    這樣又有關(guān)系式 Wl!|+-  
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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 5~ho1Ud  
    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)材料的折射率來實現(xiàn)。為了實現(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)； #bk[Zj&  
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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)。 G+Gd ;`4  
    zW[fHa$m  
    還有一種是通過光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部分光學(xué)零（部）件沿光軸方向移動，改變光學(xué)間隔以實現(xiàn)系統(tǒng)焦距變化，但在移動過程中只能在幾個特定位置上保持系統(tǒng)像面大小和位置不變切成像質(zhì)量滿足要求的變焦系統(tǒng)被稱做改變間隔型斷續(xù)變焦系統(tǒng)，無論那種斷續(xù)變焦系統(tǒng)，在其變焦過程中都要求系統(tǒng)像面大小幾像面位置不變，而且還要求在變焦過程中系統(tǒng)成像質(zhì)量滿足使用要求。 連續(xù)變焦系統(tǒng)同樣也可以分成幾種不同類型的變焦系統(tǒng)。比如把光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)一部分光學(xué)零（部）件保持位置不變，另一部分相對固連在一起和位置不動的部分分別相間沿光軸方向移動實現(xiàn)系統(tǒng)焦距連續(xù)可變的系統(tǒng)被稱為光學(xué)補償式連續(xù)變焦系統(tǒng)。 #Fp5>%*  
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