利用镜面形变实现共轴折反射式变焦光学系统设计.doc

利用镜面形变实现共轴折反射式变焦光学系统设计..:?一一利用镜面形变实现共轴折反射式变焦光学系统设计董伟辉,谢永军,,陕西西安;.中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安摘要:在光学系统中加入个或多个可变光学元件,保持光学元件位置不变,通过微调装置改变这些可变光学元件的焦距使得整个光学系统的有效焦距发生变化。基于该设计思想,结合卡塞格林反射式望远镜结构模式,使用光学设计软件设计了焦距为~,视场.~.。的变焦系统,整个系统由个可变形反射面、个平面反射面和个透镜组成,主要通过主镜和次镜面型曲率可变形镜,以及入瞳直径的变化实现系统变焦。设计结果表明:系统在空间频率/处调制传递函数大于.,最大均方根弥散班半径均小于探测元尺寸,满足成像要求。关键词:成像系统;光学设计;可变形镜;变焦系统中图分类号:;文献标志码:?,~,?.,’,’,:.’,,’,:,,.,.,.。~.。.,.,,’./.,..:;;;收稿日期:??;修回日期:??基金项目:国家自然科学基金作者简介:董伟辉一,男,硕士,主要从事光学系统设计方面的研究。:.一通信联系人,谢永军,?:..‘‘应用光学,董伟辉,等:利用镜面形变实现共轴折反射式变焦光学系统设计焦后成线性变化,即减小倍,就增加倍。这也引言是为了能保证光学不变量或拉氏不变量在变焦变焦系统现在已经广泛应用于光学成像和激前后不变。不变量为光工程应用等方面,它要求整个系统的焦距可以连?续变化,并且在变焦过程中像质保持良好、像面保一持稳定。变焦光学系统可以实现对距离目标物的连式中:为人瞳直径;为半视场角;为探测续探测,这在国防经济和国防工业中有着重要的器的宽;数值孔径可由公式近似求得:应用价值。最早的变焦距物镜为年..设计的放映物镜,直到年,才出现随/?麦探测器的尺寸和数值孔径是固定的,所以对于着改变焦距而移动焦点的镜头。目前的变焦距系一个光学系统,值在变焦前后是不变的。由公式统大都利用改变透镜组间的间隔来实现。而在移动可知,减小视场角就需要相应地增加的值。透镜组间隔变焦时,总会伴随着像面的移动,因此未变焦时系统的总焦距为要对其进行补偿。补偿方法主要有光学补偿和机械补偿两种。年以前,补偿方式主要以光学补一一偿为主,其优点是系统结构简单,但是其焦距不能在主镜和次镜之间定义一个小间距,其值为连续变化,而是几个离散值,因而在使用中受到了一百许多限制。年以后,主要为机械补偿变焦。为主镜到次镜的间距;同时定义一个,其值为但是其机械装置较为复杂,变焦速度较慢,在一些特殊领域也受到限制。近几年来,随着国外液晶技一:术,、微机电系统,式中:、分别为主镜和次镜的半径。主镜和次的发展日益成镜的焦距分别为熟,提出了新型的变焦模式。在光学系统中加入个或多个可变形液晶透镜,一兰,一再由公式可知,当取时,、即为系统或可变形镜未变焦时主镜和次镜的焦距,变焦后两反射镜的焦,通过改变加载的电压使液晶透镜或可变距可根据变焦比代人以上两式求得。主镜和次镜形镜产生弯曲和变形,实现变焦。的形变量可由下式求得:,在光学系统:击寺中加入个变焦透镜来实现变焦;之后他们在系一一统中加入可变形镜,通过其面形的变化实现系统变譬焦。。年等为数码相机设计了变焦倍率为的离轴全反射式变焦光学系统,整设计实例