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变焦距光学系统的研究与设计

作 者: 温同强
导 师: 丁桂林
学 校: 江苏大学
专 业: 光学工程
关键词: 变焦光学系统 矩阵算法 变焦方程 CODEV
分类号: O435.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 627次
引 用: 4次
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内容摘要


近年来,随着变焦距光学系统光学设计理论的完善以及加工工艺的成熟,变焦距光学系统的种类日益丰富,成像质量逐渐提高,可与定焦距系统相媲美,因此广泛的应用到各种工作生活领域中。在这种情况下,研究变焦距光学系统的设计无疑具有重要意义。本文在查阅国内外文献资料的基础上,首先介绍了变焦距光学系统的发展史,各个时期出现的变焦类型,接着分析了变焦的原理、变焦距光学系统的一般特点、变焦距光学系统的分类及各种变焦距光学系统的优缺点,最后分析了变焦距光学系统所遵循的一般性规律,为后面进行理论推导做好铺垫。接下来就是所做的工作,即本文的创新点:1、结合前人对变焦距光学系统变焦理论的分析,运用矩阵算法详细推导了单变倍单补偿类型变焦距光学系统的变焦方程,根据后焦截距值的情况对变焦系统分别进行了求解,列出了变焦方程出现极值点的情况并对极值点的奇异性进行了分析,接着对所做推导进行了实例验证,证明了所做推导的正确性。2、根据双组联动型变焦系统的特点,用矩阵算法表示出了双组联动型的变焦距光学系统的变焦距方程的表达形式。3、结合已有的全动型变焦距光学系统的求解方法,以补偿最后移动组份位移的形式保持后焦截距为恒定值,用矩阵法对全动型的变焦距光学系统进行了简单的推导分析,在追加限定条件的情况下对所对应的全动型的变焦距光学系统进行了实例验证,证明了矩阵算法在全动型的变焦距光学系统中也是适用的。4、参考专利US07502171等的基础上,结合光学设计软件CODEV设计了一款单变倍单补偿类型的变焦距光学系统,所设计系统与参考专利相比有移动组份少,畸变小,像素高的优点。5、在参考专利Pat07339745等的基础上,用光学设计软件设计了一款全动型的变焦距光学系统,与原专利相比较,所设计专利具有镜片材质便宜,像差校正较好,像素高的优点。并对所做的两款变焦距光学系统做了分析对比,展示了两种变焦距系统各自的优缺点,帮助以后进行变焦距系统设计的选型。最后对所做的工作进行简单的总结,并以现有的知识对变焦距系统的发展趋势和改进变焦系统方法做了展望。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-25
  1.1 变焦系统的发展概况  11-13
    1.1.1 变焦系统的初期形成阶段  11-12
    1.1.2 光学补偿变焦系统占主导阶段  12
    1.1.3 变焦系统的机械补偿及多元化利用发展阶段  12-13
  1.2 变焦系统的应用  13-14
  1.3 变焦距光学系统的理论概述  14-24
    1.3.1 变焦距光学系统的变焦原理  14-16
    1.3.2 变焦距光学系统的一般特点  16-17
    1.3.3 变焦系统的补偿形式及结构特点  17-20
    1.3.4 变焦方程的一般计算方法  20-24
  1.4 本文的工作及框架  24-25
第二章 矩阵法分析变焦方程  25-50
  2.1 矩阵光学的简单介绍  25-27
    2.1.1 矩阵算法在近轴光学中地表示  25-26
    2.1.2 用矩阵形式表示近轴光学的基本公式  26-27
  2.2 矩阵法分析单变倍单补偿类型  27-43
    2.2.1 变焦方程的矩阵表示  28-30
    2.2.2 变焦过程中移动量之间关系的分析  30-32
    2.2.3 变焦方程移动组份取极值的分析  32-36
    2.2.4 奇点分析  36-38
    2.2.5 实例分析  38-43
  2.3 矩阵方法推导双组联动型的变焦方程  43-45
  2.4 特定情况下的全动型变焦系统的矩阵分析  45-49
    2.4.1 矩阵形式表示变焦方程  46-47
    2.4.2 特殊情况下全动型变焦系统的分析  47-48
    2.4.3 实例验证  48-49
  2.5 总结  49-50
第三章 单变倍单补偿类型变焦距光学系统设计  50-63
  3.1 变焦距系统设计方法分类  50-51
  3.2 单变倍单补偿类型的变焦距系统的设计  51-62
    3.2.1 参数要求  52
    3.2.2 结构分析及结构选取  52-53
    3.2.3 结构优化  53-55
    3.2.4 像质分析  55-61
      3.2.4.1 像差分析  55-57
      3.2.4.2 点列图分析  57-59
      3.2.4.3 调制传输函数分析  59-61
    3.2.5 轮曲线绘制  61-62
  3.3 总结  62-63
第四章 全动型变焦系统设计  63-73
  4.1 结构参数  63
  4.2 模型分析及初始结构选取  63-64
  4.3 模型优化  64-66
  4.4 像质分析  66-70
    4.4.1 像差分析  66-67
    4.4.2 点列图  67-69
    4.4.3 调制传输函数分析  69-70
  4.5 凸轮曲线设计  70-71
  4.6 结构对比  71-72
  4.7 总结  72-73
第五章 总结与展望  73-76
  5.1 总结  73-74
  5.2 展望  74-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表的论文  80

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 几何光学 > 光具组理论与象差理论
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