【光设案例】一种小F数六倍变焦摄影物镜的设计

百科   2024-09-30 18:30   陕西  
任务目的是设计一种具有恒定小F数和六倍变倍比的变焦距物镜光学系统在进行光学设计前,要先对所设计系统的功能和指标进行说明,光学系统设计流程如下图所示:

一、光学系统指标

变焦光学系统是指焦距可以通过沿轴线移动一个或多个镜头部件而连续变化的系统,像面位置通过某种方式(光学或机械方式)保持在一个固定平面上。主要设计指标如下:

光学系统焦距:24mm~144mm(±1%)

全视场角:30.6°~5.0°
恒定F数:F/#=1.4

成像谱段:450~680nm;

总长:<500mm
畸变:<2%
由于F数恒定,只有变倍组和补偿组两个组元是不合理的,可以认为光学系统的孔径光阑在补偿组和后固定组之间。由于F数较小,光学系统整体可能较为复杂,难以直接计算,因此我们采用寻找初始结构进行优化的方法。

【成像光学进阶】变焦系统的初始结构计算

【成像光学基础】从初始结构设计一个可见光广角镜头

二、初始结构

查阅镜头手册,找到一个指标接近的初始结构,焦距为30~180mm,视场也较为接近。我们先将光学系统的参数输入到软件里面,并缩放为0.8倍。如下图所示:

在多重结构编辑器中,可以取短焦、中焦、长焦三个状态,用THIC操作数控制变倍组、补偿组前后间隔,为了在优化的早期阶段提高速度,应尽量把外部参数定义在物方,因此采用操作数控制物方视场角。

此外,我们需要把模型玻璃替换为实际的玻璃,这里加载成都光明的玻璃库,通过快捷键ctrl+z快速替换。

三、初步优化的过程

替换完成后,我们对光学系统进行初步优化,以提高成像质量。在评价函数编辑器中采用RMS半径模式,由于没有非球面,初始优化时3环6臂即可,同时利用操作数控制透镜不要过薄,间隔不要出现干涉。

为了感谢大家的支持,上面我编辑好的初始结构可以在公众号回复“六倍变焦物镜”免费领取。

下面的部分将详细介绍评价函数编辑及初步优化过程,展示我根据自己的习惯和经验,如何在该初始结构的基础上进行优化。设计的过程文件在文章的末尾,大家需要的话可以付费阅读并下载。之后我也会更新一些这样的文章,里面有付费的内容也有免费的内容,大家多多点赞、转发、点击在看,也是对我的支持。

之晓光学
发一点光学科普和DIY小知识,发一点没营养的生活感悟,纯纯日常向,想学知识也许也行
 最新文章