长焦距折反射式连续变焦系统光学设计新方法

"本文介绍了一种新型的折反射式连续变焦系统设计，该设计针对长焦距望远系统的光学结构进行了创新。该系统通过将可变光阑置于球面主反射镜附近，减少了浮动可变光阑的使用，简化了变焦过程。此外，利用二次成像结构和场镜，减小了变焦组件的径向尺寸，使得系统仅包含变倍组和补偿组，无需前固定组和后固定组，进一步降低了系统的复杂度。设计的系统具有焦距600mm到3000mm，最大口径300mm，工作在可见光波段，其在60lp/mm的MTF设计值在所有焦距和视场内均超过0.3，显示出了良好的成像质量和较低的制造成本，特别适合用于长焦距、变焦成像的光学系统。" 在光学设计领域，折反射式连续变焦系统是一种独特的设计，它结合了反射光学元件（如主反射镜）和折射光学元件，以实现无损且平滑的焦距变化。本文提出的新结构形式，主要特点在于可变光阑的位置选择，将其置于球面主反射镜附近，这样可以避免在变焦过程中使用浮动可变光阑，这通常会导致系统复杂性增加和光学性能下降。通过这种布局，设计者可以减少对特种光学材料的需求，比如用来校正二级光谱的材料，这不仅简化了光学设计，也降低了制造成本。 此外，利用二次成像结构，即光线经过两次反射或折射才能形成清晰图像的配置，可以有效地减小变焦组件的径向尺寸，这对于长焦距系统尤为重要，因为它有助于保持系统的紧凑性和便携性。同时，场镜的使用则有助于校正像场弯曲，确保在整个视场内的成像质量均匀。 在实际应用中，设计团队对一个具有600mm至3000mm焦距范围的系统进行了优化设计，其最大口径达到了300mm，并且能在可见光范围内工作。关键性能指标是调制传递函数（MTF），它衡量了系统的分辨率能力。当MTF设计值在60lp/mm时，该系统在所有焦距和视场内都能保持在0.3以上，这意味着系统具备出色的成像能力，可以捕捉到高细节的图像。 这种新型的折反射式连续变焦系统设计代表了一种创新的解决方案，它优化了光学性能，降低了制造难度，尤其适用于需要长焦距和变焦功能的光学成像系统，如远程监控、天文观测和航空摄影等领域。这一设计的实施不仅提升了光学系统的实用性，也为未来的光学系统设计提供了新的思路和方法。