CN2452036Y - 光学补偿的变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型光学补偿的变焦镜头，它省去了机械补偿的凸轮结构，包括固定组1和3，变倍和补偿组2和4、光阑5、后固定组6和7，其中变倍和补偿组2和4作线性联动。采用光学补偿设计制作的变焦镜头结构简单、体积小、重量轻，具有良好的工艺性和可靠性，便于推广应用。

Description

光学补偿的变焦镜头

本实用新型光学补偿的变焦镜头，属于光学领域中的光学元件。国际专利分类为G02B。

已知中国发明专利公开号为CN1112242，申请号为94119327.6，公开了一种“变焦距镜头”，它采用廉价的塑料透镜材料制成，并有良好的聚焦特性和优良的光学特性，它包括具有正光焦度的第一组透镜和具有负光焦度的第二组透镜，在变焦过程中，第一透镜组和第二透镜组之间的距离是可变的。

本实用新型的目的是利用光学补偿方式设计制作变焦镜头，使其结构简单，体积小，重量轻，便于推广和应用。

本实用新型变焦镜头的具体结构和内容：

变焦距一般有两种方式：即机械补偿与光学补偿，以实现焦距变化后，像面位移的补偿。当焦距不是很大，相对孔径较小时，在最大像面位移量满足使用要求的前提下，采用光学补偿方式设计的变焦镜头省略了机械补偿法的凸轮机构，使得结构更为简单，体积小，重量轻，具有良好的工艺性与可靠性。

本实用新型的具体结构如图1所示：

光学补偿的变焦镜头由固定组1、3，变倍和补偿组2、4，光阑5、后固定组6、7组成。其中2、4作线性联动。

本实用新型的原理依据：该变焦物镜的变倍部分采用正组在前的四透镜系统。通过高斯光学计算、解像差方程，求P^∞、W^∞，确定了初始解，然后进行各焦距位置的象差校正与平衡，最终得到成像质量令人满意的结果。高斯光学计算主要解决的是焦距分配问题，它对整个变焦物镜的设计十分重要，起到了确定结构型式的作用。计算各组P^∞、W^∞则是为了在满足高斯光学的条件下进一步求解其结构参数。变倍组使个焦距位置的像差达到相等，其初级像差方程为： $S_{\mathrm{\Ι}}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^4{\mathrm{\φ}}_i^3{P}_i$ $S_{\mathrm{II}}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^3{h}_{\mathrm{zi}}{\mathrm{\φ}}_i^3{P}_i+j\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^2{\mathrm{\φ}}_i^2{W}_i$ $S_{\mathrm{III}}=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^2{h}_{\mathrm{zi}}^2{\mathrm{\φ}}_i^3{P}_i+2j\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i{h}_{\mathrm{zi}}{\mathrm{\φ}}_i^2{W}_i+j^2\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\φ}}_i$ $S_V=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^3{h}_{\mathrm{zi}}{\mathrm{\φ}}_i^3{P}_i+3j\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{zi}}^2{\mathrm{\φ}}_i^2{W}_i+j^2\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{h_{\mathrm{zi}}}{h_i}{\mathrm{\φ}}_i(3+{\mathrm{\μ}}_i)$ 式中，S_Ⅰ,S_Ⅱ,S_Ⅲ,S_Ⅴ分别为球差、彗差、象散和畸变系数，hi为各组元轴上光线的高度，h_zi为各组元主光线的高度，Φi为各组元光焦度，j为拉矢不变量，物在近距离时的P和W与物在无穷远时的P^∞W^∞的关系式为：

P=P^∞-u_i(4W^∞-1)+u_i ²(3+2u)

W=W^∞+u_i(2+u)式中，u_i为各组元近轴光与光轴的夹角的规化值，u_i=fi/li， $u=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\φ}}_i/n}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\φ}}_i}\≈0.6~0.65$

对于单色像差而言，每一透镜组有两个变数P_i ^∞、W_i ^∞，四组元变焦物镜有8个自由度，可列8个方程。我们令S_Ⅰ、S_Ⅱ在四个焦距位置、S_Ⅲ在三个焦距相等，S_Ⅴ没有必要也不可能使它在各个焦距位置相等。一般地，只需控制其短焦位置的畸变即可。将整个焦距范围进行细分，再逐次取第一焦距位置和最长、最短焦距位置解联立方程，求出P_i ^∞、W_i ^∞，再用该值对每一焦距位置计算各种像差的起伏量，其中起伏量最小的解P_i ^∞、W_i ^∞即为最佳解。因各组元相对孔径不大，所以均采用双胶合透镜组。由P₀值确定玻璃组合，按胶合面半径尽量大，并弯向光阑，以控制高级像差的原则，经过多次计算比较，选择出K₉、ZF₁的最佳初始解。求得初始解后，进行像差分布计算，由解像差方程到进行像差分布计算，这一过程要反复多次，直至求出的高级像差满足要求。对于本设计中，经过初始解优化选择得到的结果，在进行象差平衡时，手工方法比用像差自动平衡程序更为有效。

本实用新型的积极效果：采用光学补偿方式实现变焦的目的，通过两个变倍组简单的机械联动就可以实现像间位移的补偿。省略了机械补偿方式的凸轮机构，使整个变焦物镜结构简单，加工装调方便、可靠。并具有理想的成像质量。

附图说明：该图是已设计成功的光学补偿的变焦物镜结构示意图，也为摘要附图。

最佳实施例：采用图中所式结构，在特定的条件下作为目视望远系统，可用于航空设备中宇航员对地观察仪器中。

Claims (1)

1、光学补偿的变焦镜头，其特征在于省略了机械补偿方式的凸轮结构，它包括固定组1和3，变倍和补偿组2和4、光阑5、后固定组6和7，其中变倍和补偿组2和4做线性联动。