【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(duì)變焦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也各有差異。由于用途不同,有些行業(yè)不僅對(duì)系統(tǒng)的像質(zhì)有要求,還對(duì)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(jì)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(duì)變焦理論的研究,本設(shè)計(jì)采用正組補(bǔ)償。運(yùn)用ZEMAX軟件,對(duì)變焦系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行像質(zhì)優(yōu)化與輕量化設(shè)計(jì)。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(duì)變焦系統(tǒng)透鏡使用的材料進(jìn)行了分析與比較,對(duì)部分透鏡材料進(jìn)行了有效的替換;同時(shí)保證像面的相對(duì)照度在允許的范圍內(nèi),對(duì)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(shí)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(yùn)動(dòng)方程,運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行編程計(jì)算,得到反映變倍組與補(bǔ)償組運(yùn)動(dòng)過程的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(shí)又達(dá)到了較好的像質(zhì)要求。
【圖文】：

統(tǒng)的類型及分析補(bǔ)償方式的變焦系統(tǒng)統(tǒng)是通過改變組元之間的間隔實(shí)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(huì)隨之發(fā)生變化，為使像面保相應(yīng)的位移，以此來補(bǔ)償像面的移動(dòng)。變焦系統(tǒng)有多種補(bǔ)償式與補(bǔ)償特點(diǎn)的不同，可分為光學(xué)補(bǔ)償變焦系統(tǒng)、機(jī)械補(bǔ)償變焦系統(tǒng)和全動(dòng)型變焦系統(tǒng)[24,25]。變焦系統(tǒng)補(bǔ)償法中，變焦系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)組元中的變倍組和補(bǔ)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(diǎn)是不需要凸輪，，較為簡易；缺點(diǎn)是光學(xué)系統(tǒng)總長較長，變焦過程中會(huì)存在元移動(dòng)到幾個(gè)特殊位置時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)得到清晰穩(wěn)定的像面，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的變倍比較小。雖然光學(xué)補(bǔ)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(bǔ)償法的一些缺點(diǎn)，實(shí)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(jī)構(gòu)，通過凸輪實(shí)現(xiàn)變倍組的線性移動(dòng)與補(bǔ)償組的非線性移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)變焦功能。機(jī)械補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)其補(bǔ)償組光焦度的正負(fù)可分為正組補(bǔ)償與負(fù)組補(bǔ)償。兩種補(bǔ)償方式系統(tǒng)的特點(diǎn)有較明顯的差異，正組補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)細(xì)而長，可實(shí)現(xiàn)的變倍比相對(duì)較大，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.2 a)；負(fù)組補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)短而粗，可實(shí)現(xiàn)的變倍比相對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O43;TH74

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鐘劉軍;安志勇;高鐸瑞;趙昭;;多組元全動(dòng)型變焦物鏡設(shè)計(jì)[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2014年12期

2 魏濤;朱永軍;慈書亭;郭建兵;;光學(xué)塑料鏡片用于變焦放大的技術(shù)可行性[J];現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用;2014年03期

3 陳衛(wèi)寧;楊洪濤;劉偉;范哲源;張兆會(huì);周祚峰;劉廣森;雷楊杰;祝青;;變焦凸輪曲線的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J];紅外與激光工程;2014年05期

4 葛婧菁;林招榮;朱大凱;;機(jī)載輕小型中波紅外連續(xù)變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];應(yīng)用光學(xué);2013年05期

5 杜柯;程雪岷;郝群;;深海探測變焦光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2013年09期

6 張鷹;張新;史廣維;王超;王鈺;;液體透鏡在變焦系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];中國光學(xué);2013年01期

7 王向軍;王敏;;適用于無人機(jī)小型吊艙的變焦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];光電工程;2013年01期

8 李零印;王一凡;;液體變焦技術(shù)的發(fā)展與展望[J];中國光學(xué);2012年06期

9 高天元;侯振巖;;變焦曲線擬合方法的比較與研究[J];光子學(xué)報(bào);2013年01期

10 王楠茜;焦明印;姜霄白;何玉蘭;楊華梅;強(qiáng)華;;15倍雙組聯(lián)動(dòng)紅外連續(xù)變焦系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)計(jì)算[J];應(yīng)用光學(xué);2012年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 江倫;大變倍比長焦距中波紅外連續(xù)變焦距系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 陳帥;PDMS薄膜型可變焦液體透鏡研究[D];浙江大學(xué);2018年

2 張明磊;目鏡轉(zhuǎn)像變焦的望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];長春理工大學(xué);2018年

3 郭王凱;基于塑料非球面的高分辨率超薄手機(jī)鏡頭設(shè)計(jì)[D];福建師范大學(xué);2017年

4 岳品良;變焦投影物鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];長春理工大學(xué);2017年

5 張玉林;20倍數(shù)碼變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];西安工業(yè)大學(xué);2012年

6 王艷彬;中波紅外變焦光學(xué)系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 陸強(qiáng);大相對(duì)孔徑連續(xù)變焦物鏡設(shè)計(jì)[D];蘇州大學(xué);2010年

8 李娟;紅外變焦距光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2007年

9 張存武;變焦距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];長春理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2617431