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大变倍比变焦距系统设计

蔡伟  
【摘要】:随着光学设计水平及现代加工技术的发展,变焦距系统在日常生活、科研教育、军事侦察、国防建设等领域越来越显现出其不可代替的作用。在现代战争当中,侦察系统需要更大范围的搜索目标,更远距离的跟踪目标,从而使其所有者能够提前获取更多的敌方信息,这就要求变焦距系统具有更大的变倍比。 当变焦距系统的变倍比接近100X时,其设计难度将会骤增。一方面是因为其像差分布会发生突变,很难用一般的校正方法去校正大变倍比变焦系统的像差;另一方面是因为当变焦距系统的变倍比很大时,对大视场系统来说其入瞳位置变化很大,这就导致系统前片口径过大,进而极大的增加系统的外形尺寸。 复合式变焦系统具有特殊的结构型式,使其能够克服传统变焦系统的两个固有局限性。该系统中存在一个中间像面,该中间像面大小的变化不仅可以使中间像面之前的变焦系统无需在大像高、大像方数值孔径的条件下校正像差,还可以使中间像面之后的变焦距系统无需在大物高、大物方数值孔径的条件下校正像差;另外中间像面之后的变焦系统还能够起到控制系统入瞳的作用。鉴于此,本文采用该结构型式进行大变倍比变焦系统设计。本论文的研究工作主要包括以下五个部分: 1.对传统变焦系统理论进行了深入的分析、总结,讨论了多种变焦型式的变焦方程及其特性,并对多种变焦型式的优缺点进行比较。 2.巧妙的利用系统变焦过程中组元焦距不变这个条件建立方程组,详细的推导出利用组元之间的间隔求解出变焦系统的光焦度分配,进而求解出系统组元运动曲线的方法。 3.利用传统的变焦型式实现了可见光100X连续变焦,该系统在不使用特殊材料,没有非球面、衍射元件的基础上实现了系统的高像质。 4.利用复合变焦技术设计完成了可见光191X连续变焦系统,并给出了详细的设计过程,在用该方法设计完成的长波红外100X连续变焦系统当中,整个焦距范围内MTF均接近衍射极限。 5.针对复合式变焦系统结构复杂,系统透过率低等缺点,提出了一种大变倍比双通道连续变焦系统,随着光学设计水平的提高,该系统将很大程度上实现系统的大变倍比、高透过率、轻小型化。


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