30-300mm轻型变焦物镜光学系统设计

作     者：张健 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗春华

授予年度：2019年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：光学设计 变焦物镜 正组补偿 轻型 

摘      要：变焦系统在各行各业都得到了广泛的应用,因此对变焦系统的设计要求也各有差异。由于用途不同,有些行业不仅对系统的像质有要求,还对系统的重量和体积有了更严格的要求,以便使变焦系统适用于更多的特殊环境。本论文设计出一组长焦距轻量型的变焦光学系统,焦距为30mm00mm,视场角为1.1°1.4°,F数为3.5。由于变焦系统焦距较长,并且需要在控制口径的前提下减轻重量,经过对变焦理论的研究,本设计采用正组补偿。运用ZEMAX软件,对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计。优化过程中加入非球面,起到简化结构,提高像质的作用。对变焦系统透镜使用的材料进行了分析与比较,对部分透镜材料进行了有效的替换;同时保证像面的相对照度在允许的范围内,对轴外光线进行了适当的拦光,使得有效口径尽量变小。平衡了像质与重量间的关系,最终使光学系统的总体重量从920g减轻到648g,同时系统的像质良好,轴上调制传递函数在120 lp/mm处大于0.3,轴外调制传递函数在120 lp/mm处大于0.2,各视场的调制传递函数在40 lp/mm处大于0.5,畸变小于1%。根据变焦运动方程,运用MATLAB软件进行编程计算,得到反映变倍组与补偿组运动过程的运动曲线图,在变焦的过程中像面比较稳定,调焦顺畅,最后对变焦系统进行了公差分析。系统在满足轻重量的同时又达到了较好的像质要求。