文章编号:
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多组元全动型变焦距透镜高斯光学参数的求解方法
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张丽琴 王涌天 李 林
(北京理工大学光电工程系,北京
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摘要: 在求解多组元全动型变焦距透镜高斯光学参数的过程中,不再区分变倍组与补偿组的概念,统一将变焦距
系统运动组元的移动距离和焦距作为变量,并将组元的
!
数作为约束条件,提出了一种能同时求解多组元全动型
变焦距系统在每个变焦位置高斯光学参数的计算方法,并给出了设计实例,证明了算法的可行性,提高了光学系统
设计的智能化程度。
关键词: 变焦距系统;高斯光学参数;运动组元;序列二次规划算法
中图分类号:
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文献标识码:
-
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国家自然科学基金(
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)资助课题。
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收稿日期:
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;收到修改稿日期:
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引 言
变焦距系统是一种焦距可以连续变化而像面保
持稳定并且在变焦过程中像质保持良好的系统,因其
使用方便而得到了越来越广泛的应用。根据变焦补
偿方式可以将变焦距系统分为光学补偿和机械补偿
两种变焦距系统。光学补偿变焦距系统各透镜组必
须移动到某些特殊的位置,才能得到稳定清晰的像
面,而且在高变倍比时,像面漂移量较大,因而在使用
中受到了许多限制,在现代变焦距系统中已经很少使
用;传统的机械补偿变焦距系统通常由前固定组、变
倍组、补偿组和后固定组等几个透镜组构成,其补偿
量是对变焦方程进行精确求解而得到的,能够保证像
面稳定,适用于各种变焦比。随着对高变焦比、高像
质变焦距系统需求的不断增加,随着加工技术的进步
和加工精度的提高,近年来国际上变焦距系统的发展
趋势为多组元全动型,通过允许系统中各个组元在变
焦过程中运动而充分发挥它们的变倍和像差补偿能
力,从而可以较好地实现系统的小型化。
在机械补偿变焦距系统高斯光学参数求解方法
的研究过程中,变倍组和补偿组数目的多少直接影
响参数求解的难易程度。过去的研究基本上是在已
知变倍组变化规律的情况下,求解补偿组的移动规
律。陶纯堪
[
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以组元的倍率为中间参数对几种简单
的变焦距系统作了研究;王琦等人
[
"
]
提出了一种适
用于多组元全动型变焦距系统高斯参数求解的方
法,但在求解过程中,组元的焦距是作为已知量给出
并且在优化过程中固定不变,同时在求解过程中没
有考虑组元
!
数的取值问题,从而大大限制了优化
取值范围,而且可能出现某组元因
!
数过小无法实
现的情况。
本文不再区分变倍组与补偿组的概念,在优化
过程中统一将变焦距系统运动组元的移动距离和焦
距作为变量,同时在求解过程中限制组元的
!
数在
一个合理的范围内变化,提出了一种能同时求解多
组元全动型变焦距系统在每个变焦位置高斯光学参
数的合理计算方法,并给出了设计实例说明了算法
的可行性,提高了光学系统设计的智能化程度。
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多组元全动型变焦距系统高斯光学
设变焦距系统有
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个运动组元,系统焦距变化
范围为
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>
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01A
。将区间[
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02=
,
#
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01A
]均匀地
分为
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等份,即系统在每个变焦位置的焦距为
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>
B
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C
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),
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,
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,…,
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D
( ,
设
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个运动组元的焦距分别为
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(
、
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"
、…、
#
$
"
,每个
运动组元在每个焦距位置相对于组元初始位置的移
动距离为
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(
)
(
(
B
(
,
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,…,
"
;
)
B
(
,
"
,…,
%
),其符
号规定如下:若组元相对于初始优化结构位置自左
向右运动,则
’
(
)
的符号为正;反之为负。为了实现变
焦,运动组元的运动曲线和组元的焦距应该满足以
下的条件:
(
)系统的焦距按照指定的规律变化(一般为线
性),即
第
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卷 第
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期
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年
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月
光 学 学 报
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N1
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