【摘要】：變焦系統(tǒng)在各行各業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用,因此對變焦系統(tǒng)的設(shè)計要求也各有差異。由于用途不同,有些行業(yè)不僅對系統(tǒng)的像質(zhì)有要求,還對系統(tǒng)的重量和體積有了更嚴(yán)格的要求,以便使變焦系統(tǒng)適用于更多的特殊環(huán)境。本論文設(shè)計出一組長焦距輕量型的變焦光學(xué)系統(tǒng),焦距為30mm~300mm,視場角為1.1°~11.4°,F數(shù)為3.5。由于變焦系統(tǒng)焦距較長,并且需要在控制口徑的前提下減輕重量,經(jīng)過對變焦理論的研究,本設(shè)計采用正組補償。運用ZEMAX軟件,對變焦系統(tǒng)同時進(jìn)行像質(zhì)優(yōu)化與輕量化設(shè)計。優(yōu)化過程中加入非球面,起到簡化結(jié)構(gòu),提高像質(zhì)的作用。對變焦系統(tǒng)透鏡使用的材料進(jìn)行了分析與比較,對部分透鏡材料進(jìn)行了有效的替換;同時保證像面的相對照度在允許的范圍內(nèi),對軸外光線進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臄r光,使得有效口徑盡量變小。平衡了像質(zhì)與重量間的關(guān)系,最終使光學(xué)系統(tǒng)的總體重量從920g減輕到648g,同時系統(tǒng)的像質(zhì)良好,軸上調(diào)制傳遞函數(shù)在120 lp/mm處大于0.3,軸外調(diào)制傳遞函數(shù)在120 lp/mm處大于0.2,各視場的調(diào)制傳遞函數(shù)在40 lp/mm處大于0.5,畸變小于1%。根據(jù)變焦運動方程,運用MATLAB軟件進(jìn)行編程計算,得到反映變倍組與補償組運動過程的運動曲線圖,在變焦的過程中像面比較穩(wěn)定,調(diào)焦順暢,最后對變焦系統(tǒng)進(jìn)行了公差分析。系統(tǒng)在滿足輕重量的同時又達(dá)到了較好的像質(zhì)要求。
【圖文】：

統(tǒng)的類型及分析補償方式的變焦系統(tǒng)統(tǒng)是通過改變組元之間的間隔實現(xiàn)系統(tǒng)整體焦距的變化。在位置發(fā)生改變，像面的位置也會隨之發(fā)生變化，為使像面保相應(yīng)的位移，以此來補償像面的移動。變焦系統(tǒng)有多種補償式與補償特點的不同，可分為光學(xué)補償變焦系統(tǒng)、機械補償變焦系統(tǒng)和全動型變焦系統(tǒng)[24,25]。變焦系統(tǒng)補償法中，變焦系統(tǒng)運動組元中的變倍組和補償組固連在一，起到改變系統(tǒng)焦距的作用。這種方法的優(yōu)點是不需要凸輪，，較為簡易；缺點是光學(xué)系統(tǒng)總長較長，變焦過程中會存在元移動到幾個特殊位置時，系統(tǒng)才會得到清晰穩(wěn)定的像面，系統(tǒng)可實現(xiàn)的變倍比較小。雖然光學(xué)補償變焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為很多的局限性[26,27]。

克服了光學(xué)補償法的一些缺點，實現(xiàn)了較大的變倍比，并且消除了像面的漂移。但是這種方法需要使用凸輪機構(gòu)，通過凸輪實現(xiàn)變倍組的線性移動與補償組的非線性移動，從而實現(xiàn)變焦功能。機械補償系統(tǒng)根據(jù)其補償組光焦度的正負(fù)可分為正組補償與負(fù)組補償。兩種補償方式系統(tǒng)的特點有較明顯的差異，正組補償?shù)南到y(tǒng)細(xì)而長，可實現(xiàn)的變倍比相對較大，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.2 a)；負(fù)組補償?shù)南到y(tǒng)短而粗，可實現(xiàn)的變倍比相對較小，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.2 b)。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O43;TH74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2617431