1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 陆军装备部驻重庆地区军事代表局, 重庆 400000
3 空军装备部驻成都地区军事代表局, 四川 成都 610000
4 海军装备部驻广州地区军事代表局, 广东 广州 510320
长波红外变焦光学系统相对于中波红外变焦光学系统存在可用材料少、系统高低温环境无热化难度大等难题。本文采用机械补偿变焦技术实现光学多视场变焦，利用主动补偿的消热差技术使系统在−40 °C~+65 °C温度范围内能够清晰成像，实现四片透镜架构的制冷型长波红外四视场光学系统设计。该光学系统四视场焦距分别为25 mm、109 mm、275 mm、400 mm，变倍比为15，光学系统包络尺寸为268 mm（长）×200 mm（宽），光学零件总质量为618 g。该光学系统具有质量轻、性能高、成本低等SWaP-C特征，在辅助导航、搜索、跟踪等安防领域中具有较大应用潜力。
制冷型长波红外 变焦光学系统 机械补偿 无热化 cooled long-wave infrared zoom optic system mechanical compensation athermalization
1 莆田学院机电与信息工程学院，福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心，福建 莆田 351100
提出了一种基于变焦原理和初级像差理论的机械补偿式的长焦距离轴全反射式三档变焦光学系统设计方法。首先，建立了同轴四反射镜变焦光学系统初始结构求解模型，基于该模型，应用开发的自适应变异概率遗传算法对其进行求解，得到了同轴系统部分初始结构参数；然后，将其进行适当偏心和倾斜来消除共轴系统中心遮拦问题，结合光学设计软件Zemax对离轴系统像差进行校正。最后，应用上述设计方法，系统中各块反射镜光学面采用非球面设计，设计出高成像质量的焦距为300、600、900 mm的三档变焦离轴四反射镜光学系统。结果表明，该方法为离轴全反射式三档变焦光学系统设计提供了一种有效手段，能设计出满足实际应用需求的系统。
几何光学 光学系统设计 四反射镜 三档变焦 机械补偿 长焦距 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1908001
1 中国航天员科研训练中心，北京 100094
2 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
3 北京理工大学，北京 100081
针对新一代光电吊舱对轻小型长焦距高清红外变焦成像系统的迫切需求，采用分辨率为1280×1024、像元尺寸为15 μm大面阵中波制冷红外探测器，设计了一款变倍比为48、焦距范围为25~1200 mm的中波红外连续变焦光学系统。为了实现小型化设计，采用二次成像、正组机械补偿、平滑换根、结合后组温阑切换变F数，以及光路巧妙折转的设计思路及方法，在保证100%冷阑效率的同时，实现了红外变焦系统的大变倍比与小型化设计。结果表明，该光学系统在-40 ℃~+60 ℃温度范围内具有良好的成像质量，且光学最大口径为230 mm，光学总长仅为350 mm，该系统具有结构紧凑、变倍比大、焦距长、分辨率高、成像质量良好等优点，可满足新一代红外成像系统的要求。
光学设计 红外变焦系统 中波红外 机械补偿 温阑 小型化 光学学报
2023, 43(12): 1222002
为了使机械补偿的连续变焦光学系统可以连续、平稳地成像, 提出了一种减小变焦系统凸轮曲线压力角的方法.改变变倍曲线方程, 运用动态光学原理, 拟合的补偿曲线的压力角有明显减小趋势.原始设计变倍曲线的压力角为31.4°, 补偿曲线的最大压力角大于50°.运用插值法改变变倍组方程, 得到的变倍曲线的最大压力角小于37°, 补偿曲线的最大压力角小于23°, 得到的新的凸轮曲线满足曲线压力角小于45°的要求.实际光学系统检测的结果证明了这种方法的可行性.该方法可以有效地减小凸轮曲线的压力角, 实际变焦系统能够连续清晰地成像.
变焦系统 曲线拟合 压力角 动态光学 机械补偿 Zoom system Curve fitting Pressure angle Dynamic optics Mechanical compensation
1 中国科学院 光电技术研究所光束控制重点实验室,四川 成都 610000
2 中国科学院大学 北京 100049
为了实现大口径长焦距的变焦光学系统在光电跟踪设备的需求, 通过对变焦原理的分析与计算, 进而确定出合适的初始结构。通过分析比较, 确定采用机械补偿变焦型来实现整个变焦系统。整个系统需要设计实现100 mm~600 mm的连续变焦, 同时保证其F数不发生变化, 同时由于孔径较大, 且焦距变化范围比较长, 因此设计难度比较大。通过优化设计得到结果, 该系统的设计结果表明整个系统的总长达到了563.956 mm, F数基本保持不变, 这样在实际的应用中该系统可以实现远距离的成像。系统在中长焦距时, 其MTF值在30 lp/mm处都大于0.4, 在短焦时性能略有下降, 对于实际应用满足要求。
光学设计 变焦系统 机械补偿变焦 像质 大孔径 optical design zoom system mechanical compensation zoom image quality large aperture
福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室 暨福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
根据变焦距理论和显微物镜的特点, 利用Zemax设计了一款可连续变倍的显微物镜。该物镜由4组双胶合透镜组构成, 结构简单, 成像质量良好, 变倍范围在0.5×～2.5×之间, 最大数值孔径达到0.1, 共轭距346 mm, 物距76 mm, 空间频率65 lp/mm处, 全视场内的调制传递函数均大于0.3, 适用于可见光光谱, 可以与1/2 inch CCD相匹配。通过对所设计的变倍显微物镜进行公差分析, 得到一套比较宽松的公差, 适合批量生产。设计结果表明, 该变倍显微物镜可以满足工业视频检测的要求。
光学设计 变焦距显微物镜 机械补偿 公差分析 optical design zoom microscope objectives mechanical compensation tolerance analysis
长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春130012
设计了在相同光学引擎、相同屏幕位置下, 能满足不同屏幕尺寸需要的变焦投影物镜。该变焦投影物镜的焦距变化范围为22 mm~37 mm, 视场角为46°~75°, F数为2.8。考虑设计的光学系统要求相对孔径较大, 具有大视场角和小变焦倍比, 根据变焦理论, 采用正组补偿的机械补偿法, 并对变倍组、补偿组进行合理的倍率选段, 求出高斯解; 然后对各组元分别选用合理的初始结构, 利用Zemax光学设计软件进行优化设计, 适当添加非球面。采用二、四组元运动的机械补偿法解决了大视场变焦系统畸变难以控制的问题, 并利用调制传递函数综合评价了整个光学系统。设计结果表明: 该变焦投影物镜系统的光学结构和成像质量均符合设计指标要求, 在空间频率64 Lp·mm-1处调制传递函数(MTF)值均大于0.3, 畸变小于1%。
变焦投影物镜 机械补偿法 调制传递函数 zoom projection lens mechanical compensation method modulation transfer function
1 上海健康医学院医疗器械学院, 上海 200093
2 上海大学精密机械工程系, 上海 200072
基于变焦原理的理论分析了变焦光学系统的发展过程，详细论述了各种变焦原理的优缺点和应用情况。归纳了可调光焦度器件的相关技术，总结了光焦度补偿系统设计当前的研究热点，提出了下一代变焦系统理论设计和未来发展的研究策略。
光学器件 机械补偿 光学补偿 光焦度补偿 可调光焦度器件 变焦系统 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 080007
福建师范大学 光电与信息工程学院 福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
在机器视觉系统中,镜头的主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上.针对生产过程中机器视觉系统在保持工作距离不变的情况下需获得不同的放大倍数,采用机械补偿形式,利用Zemax软件设计了一款可用于机器视觉的可见光多焦点变焦物镜系统.该系统工作距离可以在290 mm～340 mm范围内变化,实现了焦距从10 mm～100 mm的10倍多焦点变焦.设计结果表明:该变焦物镜最大畸变小于1%,最大兼容0.84 cm(1/3英寸)CCD图像传感器.用调制传递函数对系统的成像性能进行评估,该系统在空间频率100 lp/mm处调制传递函数大于0.3,满足成像要求.
光学设计 变焦系统 机械补偿变焦 机器视觉 optical design zoom system mechanical compensation zoom machine vision
