变焦距光学系统小型化技术研究

发布时间：2020-05-15 01:19

【摘要】：变焦距光学系统可以实现在相机位置不变的情况下获得不同比例的图像。因此,其在军用与民用领域都有重要应用。随着对变焦距光学系统的需求逐步增加,在一些工作场景中,例如航空航天、昼夜一体监控设备等领域,人们对变焦距光学系统提出了新的要求,包括小型化、高成像质量、更宽的工作波段等。为了能够实现这种宽波段共焦面变焦距光学系统的小型化,同时提高成像质量,本文采用多组变倍的变焦距光学系统结构。利用高斯括弧计算多组变倍变焦距光学系统高斯光学结构并结合数据可视化分析方法,分析多组变倍变焦距光学系统的变焦过程。同时,为了校正宽波段变焦距光学系统前组的二级光谱与三级光谱,提出了一种子波段缝合光学玻璃组合选择方法。该方法是将设计波段拆分成多个子波段区间,并将子波段区间进行缝合生成更大的子波段区间直至将整个波段覆盖,同时对所有可能的光学玻璃组合在每个子波段区间列出复消色差方程组。通过最小二乘法对方程组求解,得到能够有效校正宽波段长焦距光学系统二级光谱与三级光谱的最优玻璃组合。最终本文基于多组变倍的变焦系统结构以及子波段缝合方法,完成了一个含有三个移动组、焦距变化范围在80mm至400mm、F数为5、工作波段在480nm至900nm之间的宽波段变焦距光学系统,光学系统轴上视场MTF在70lp/mm处可以达到0.6,边缘视场MTF在70lp/mm处达到0.3,光学系统总长为230mm、相对长度为0.575,设计结果满足小型化要求。
【图文】：

示意图,变焦光学系统,示意图,光学系统参数

改变对于光学系统参数的影响，本章后续章节过程的。及其计算试例，可以看出，当计算项数加多后工计算工作量可想而知。但是随着现代计软件的应用，就使得这类繁琐的计算变得简单利用计算机来实现其快速计算，编程简单易行，由高斯括弧构成的变焦方程可以分析复杂变统变焦方程系统变焦方程的建立组成的变焦光学系统的示意图如图 2.1 所示:

示意图,物像,示意图,放大倍率

1 1Ah lB 位置的放大倍率为2 22 2' 'Bh lmh l= = （2-39）由于1 2l '= l ，1 2l = l'，所以有1ABmm= （2-40）这里可以看出，对于系统中的任意一个组元都存在着一个现象，即该组元有两个置可以实现相面的位置不变，，且轴向放大倍率互为倒数。这相当于把物面和像面的置交换了一下，这就是物像交换原则。所以在变焦系统中，运动组份在运动过程中的每个时刻都存在两个位置是它的物交换位置，把这些位置连接起来，则变倍组有两条物像交换曲线，补偿组也有两条像交换曲线。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O43

【参考文献】