短焦距變焦物鏡設(shè)計(jì)

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第34卷第12期光子學(xué)報(bào)Vo1．34No．122005年12月ACTAPHOTONICASINICADecember2005短焦距變焦物鏡設(shè)計(jì)程珂周泗忠張恒金(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所，西安710068)摘要介紹了機(jī)械補(bǔ)償式三組元連續(xù)變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；基于微分解析法，提出快速變焦法用于優(yōu)化系統(tǒng)高斯初始結(jié)構(gòu)，減小了外形尺寸．并設(shè)計(jì)了一焦距3．87mm～19．35mm，視場(chǎng)76．6。～17．71。可見光變系統(tǒng)．設(shè)計(jì)結(jié)果表明：該變焦系統(tǒng)較之同類專利設(shè)計(jì)結(jié)果，具有結(jié)構(gòu)緊湊、視場(chǎng)大、像面穩(wěn)

2、定度高的優(yōu)點(diǎn)．關(guān)鍵詞光學(xué)設(shè)計(jì)；變焦距；光學(xué)系統(tǒng)中圖分類號(hào)TP73文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A1+1一一0引言z)+(擊+一短焦距變焦物鏡在廣角監(jiān)控、數(shù)碼攝像、醫(yī)療診(3)壺一z)一0斷、公安偵察等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，但短焦距變焦系整理可得統(tǒng)設(shè)計(jì)的公開報(bào)道較少，其特點(diǎn)是焦距短、視場(chǎng)大、J8；一+1=0(4)結(jié)構(gòu)要求緊湊，大多采用機(jī)械補(bǔ)償式，高斯初始結(jié)構(gòu)式中b可以表示為的選取尤為重要．文獻(xiàn)FI]提出曲線擬合法選取高斯結(jié)構(gòu)，但不能對(duì)結(jié)構(gòu)做定性分析，不能實(shí)現(xiàn)快速變6一(壺一1+)+(壺)(5)焦；文獻(xiàn)[2]提出了微分解析法選取初始高斯參數(shù)，求解式(5)，可得可

3、定性分析結(jié)構(gòu)，但沒有給出快速變焦實(shí)現(xiàn)的條件及實(shí)現(xiàn)途徑．本文解決了以上問題，并用于指導(dǎo)初一(6)始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與同類專利相比，系統(tǒng)的長(zhǎng)度減小，同時(shí)保證了相同相對(duì)孔徑并擴(kuò)大了視場(chǎng)，滿足了使用xC~t(1)求微分蓑，有要求．dJ92一(1(7)一』8；)1設(shè)計(jì)方法當(dāng)=一1時(shí)(根1舍)有最小值，由式(7)知快速變焦是指通過(guò)選取合適的變倍組、補(bǔ)償組有2根，且滿足一壺，可知其軌跡為兩對(duì)稱曲垂軸放大率，找到最短途徑實(shí)現(xiàn)變焦．機(jī)械補(bǔ)償式線，對(duì)稱點(diǎn)的距離隨著b的值而變化，式(5)中，當(dāng)連續(xù)變焦系統(tǒng)中，變焦組元都滿足方程6一一2時(shí)兩根相等為一1．圖1(a)

4、直線代表變∑ia[~i一～0化軌跡，曲線為變化軌跡，此時(shí)兩曲線相切(圖1(b))，曲線相切為實(shí)現(xiàn)快速變焦的必要條件．當(dāng)選取適當(dāng)、、，再取一適當(dāng)d。使變倍、補(bǔ)償IbI>2時(shí)兩根不相等，此時(shí)兩曲線無(wú)切點(diǎn)，不能組元長(zhǎng)焦時(shí)不會(huì)相碰，得z一式中／2、分別為變倍組、補(bǔ)償組焦距；z、分別為長(zhǎng)焦時(shí)變倍組、補(bǔ)償組垂軸放大率；d。。為長(zhǎng)焦時(shí)變倍組、補(bǔ)償組之間距離．(a)Curveof#2Vel~tlSm令變倍組作線性移動(dòng)，移動(dòng)量為e，得一f2+&l’由式(1)、(2)可得如下方程(b)CurveofB2V~I~US．32圖1系統(tǒng)外形圖Tel：029—88

5、484238Email：lion_2001@etang．tomFig．1Zoomsystemconfiguration收稿日期：2004—10-02維普資訊http://www.cqvip.com光子學(xué)報(bào)實(shí)現(xiàn)換根，若在此情況下設(shè)計(jì)，一般取屜>一1一1，故無(wú)法換跟，所以實(shí)例結(jié)構(gòu)比專利結(jié)構(gòu)短．段(圖1(a))，不能取<一1段，此段為最慢變焦．2．2校正像差快速變焦另外一個(gè)條件是：變倍組、補(bǔ)償組同時(shí)尋找到最速變焦結(jié)構(gòu)后要重點(diǎn)校正大視場(chǎng)帶來(lái)的像差．視場(chǎng)大使得垂軸像差(慧差、畸變、倍率色實(shí)現(xiàn)物像交換，即一，z一；為補(bǔ)償p31p2z差)校正有一定

6、困難，但是只要找到像差變化規(guī)律還組長(zhǎng)短焦垂軸放大率；在圖1(b)中快速變焦途徑為是可以做到的．>一1段及切點(diǎn)對(duì)稱z<一1段(圖中實(shí)線部變焦距像差的校正遵循“先分再合”的原則q]，分)，若曲線與。曲線對(duì)稱于切點(diǎn)，此途徑為快即先不考慮后固定組，將其他組元各自獨(dú)立校正像速變焦途徑．差，保證變倍過(guò)程中各透鏡組不會(huì)產(chǎn)生很大的像差變求出補(bǔ)償組移動(dòng)量為一(一z)，此時(shí)系統(tǒng)化；再將上述幾個(gè)組元組合起來(lái)在變倍范圍內(nèi)等間隔的總變焦比一，當(dāng)r達(dá)到要求時(shí)可停止搜索．取5個(gè)焦距位置，保持各組元光焦度不變的情況下改p2p3變各組元結(jié)構(gòu)參數(shù)，使5個(gè)焦距的像差盡可能

7、接近．恰當(dāng)利用以上規(guī)律可以設(shè)計(jì)出外形尺寸緊湊的最后再考慮后固定組，使其產(chǎn)生與前數(shù)量相同但符系統(tǒng)，以下舉例說(shuō)明其應(yīng)用．號(hào)相反的像差，對(duì)前幾組進(jìn)行像差補(bǔ)償，但是前面的2實(shí)例分析像差也不能留很多，因后固定組要校正很多的殘留像差是很困難的，特別是像散和畸變．現(xiàn)設(shè)計(jì)一焦距3．87ITlm～19．35mm，視場(chǎng)76．6?！?7．71。大視場(chǎng)可見光變焦系統(tǒng)．，要求結(jié)構(gòu)S一∑hP—J∑Wi=l一1盡可能緊湊．rS。一鍪P～2．，∑"hpw+．，z{△一u(8)2．1求解最速變焦高斯結(jié)構(gòu)i—l凡pi一1ni一1n將取規(guī)劃值～1，取一1．4；一一1．1．

8、屆一P一7z。(hc一亂)。A7z一1時(shí)6一一2，帶入式(5)，得一一(f一“)△／壺1一壺1+一f)+壺1～f)一27z解得：一一1．084，。一～0．923，帶入式(3)求出C2一∑里‘(9)f—ld23z為：d23