激光与光电子学进展, 2019, 56 (9): 092201, 网络出版: 2019-07-05  

大孔径长焦距全画幅变焦镜头结构计算与优化设计 下载: 1101次

Structural Calculation and Optimal Design of Large-Aperture Long-Focal-Length Full-Frame Zoom Lens
作者单位
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所精密仪器与装备研发中心, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
图 & 表

图 1. 光学设计流程图

Fig. 1. Flow chart of optical design

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图 2. 5组全动变焦镜头高斯结构示意图

Fig. 2. Diagram of Gaussian structure of five groups of motion zoom lenses

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图 3. 变焦镜头凸轮曲线

Fig. 3. Cam curves of zoom lens

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图 4. 摄远端示意图及其调制传递函数。(a)摄远端示意图;(b)摄远端在F#3.0下传递函数

Fig. 4. Diagram of telephoto mode and its modulation transfer function. (a) Diagram of telephoto mode; (b) transfer function of telephoto mode under F#3.0

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图 5. 广角端示意图及调制传递函数。(a)广角端示意图;(b)广角端在F#3.0下传递函数

Fig. 5. Diagram of wide-angle mode and modulation transfer function. (a) Diagram of wide-angle mode; (b) transfer function of wide-angle mode under F#3.0

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图 6. 33~100 mm全动变焦镜头实际凸轮曲线

Fig. 6. Actual cam curves of 33-100 mm motion zoom lenses

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表 1变焦镜头参数

Table1. Parameters of zoom lens

Serial numberParameterTechnical indicator
1Wavelength rangeVisible light
2Focal length /mm33-100 (continuous)
3F3
4Image size /mm43.26 (diagonal length)
5Angle of full fieldof view /(°)24.421-66.510

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表 2广义拉格朗日乘子法下的镜组及总长度边界条件

Table2. Lens group and total length boundary conditions for generalized Lagrangian multiplier method

ModeD1D2D3D4Total length
Long focallength≥25≥0≥1≥0≥155
Short focallength≥1≥0≥0

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表 3内点法下的镜组及总长度边界条件

Table3. Lens group and total length boundary conditions for interior point method

ModeD1D2D3D4Total length
Long focallength≥0≥0≥0≥0≥130
Short focallength≥2≥0≥0

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表 4序列二次规划法下的镜组及总长度边界条件

Table4. Lens group and total length boundary conditions for sequence quadratic programming method

ModeD1D2D3D4D5Totallength
Long focallength≥0≥0≥0≥0≥49≥120
Short focallength≥0≥0≥0≥0

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表 5三种优化算法下各镜组焦距值与相对孔径

Table5. Focal length and relative aperture of each lens group for three optimization algorithms

AlgorithmRelative apertureGLM methodInterior point methodSQP
f'D/f'f'D/f'f'D/f'
Group 167.361/0.80113.051/1.17138.781/1.30
Group 2-25.331/0.54-37.471/0.54-44.121/0.72
Group 351.451/1.8952.151/1.6841.931/1.75
Group 4-145.791/3.64-118.831/3.25-99.921/3.64
Group 574.861/1.4884.851/1.8285.231/1.97

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表 6三种优化算法计算结果

Table6. Calculation results of three optimization algorithms

AlgorithmTotal length oftelephoto mode /mmTotal length ofwide-angle mode /mmLargest relativeaperture value(aperture/focal length)Aperture ofgroup 1
GeneralizedLagrangian method159.19157.791/0.5484
Interiorpoint method180.58182.421/0.5497
Modified sequencequadratic programming172.30150.431/0.72106

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温林凯, 刘英, 姜洋, 邢妍, 孙强. 大孔径长焦距全画幅变焦镜头结构计算与优化设计[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(9): 092201. Linkai Wen, Ying Liu, Yang Jiang, Yan Xing, Qiang Sun. Structural Calculation and Optimal Design of Large-Aperture Long-Focal-Length Full-Frame Zoom Lens[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(9): 092201.

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