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现代大孔径长焦距全画幅变焦光学系统设计方法研究
温林凯
学位类型硕士
导师孙强
2019-06-01
学位授予单位中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词大孔径长焦距 全画幅连续变焦 最优化算法 高斯结构计算 优化设计
摘要成像是光学设计的主旋律,随着现代化的高速发展,各行业对成像镜头需求和要求逐步提高,如在摄影、安防、科研、医疗、工业等领域,对镜头的视场、孔径、靶面、变焦比等提出了更高的要求。当前,中画幅、全画幅等大靶面高品质镜头占据着行业发展主流,但国内相关技术水平处于初级发展阶段,高端镜头仍被国外产品所垄断。传统连续变焦系统高斯结构计算方法难以满足大孔径、长焦距、全画幅变焦镜头的计算要求,本文提出了基于广义拉格朗日乘子法、内点法、修正序列二次规划法三种连续变焦高斯结构最优化算法。结合给定的系统参数及初级像差理论构建一个自定义的目标优化函数,采用像差分布合理的正-负-正-负-正五组结构形式,通过设定合理的普适性参数,利用三种算法优化计算分别获得了焦距30.356-100.243 mm、F/#2.8(恒定不变)、全画幅五组全动连续变焦系统高斯结构,并对比分析了三种优化算法所获得的变焦镜头高斯结构的优势与不足。鉴于内点法稳健性及在高变倍比优化计算方面的优势,本文又利用内点法优化计算获得了焦距21.421-109.835 mm、F/#2.8(恒定不变)、全画幅六组全动连续变焦系统高斯结构。针对结构紧凑广义拉格朗日乘子算法获得的五组全动高斯结构进行了实际镜组替换,获得了焦距33-100 mm、F/#3.0(恒定不变)、全画幅五组全动连续变焦系统初始结构,并通过控制保持实际系统主平面与高斯结构的一致性,保证初始结构凸轮曲线具有良好线性度。此外,针对内点法获取的六组全动高斯结构进行实际镜组替换,同时控制实际变焦系统主平面与高斯结构一致性,得到焦距24.67-107.00 mm、F/#为4.0(恒定不变)、全画幅连续变焦光学系统合理的初始结构。利用以上设计所得的初始结构,通过减少对凸轮曲线的约束(增加优化设计自由度),同时引入非球面对系统高级像差进行平衡校正,最终获得了焦距33-100 mm、F/#3.0(恒定不变)、全视场角24.42°-66.51°、全画幅五组全动连续变焦系统设计和焦距22.183-109.808 mm、F/#3.0(恒定不变)、全视场角22.28°-88.58°、全画幅六组全动连续变焦系统的优化设计结构。最终设计变焦系统全视场传递函数在50 lp/mm处均大于0.2,30 lp/mm处均大于0.5,满足全画幅高品质成像要求。
页数112
DOI72D9668BA2C07681871AAA7EFA41E764
语种中文
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文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63933
专题中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式
GB/T 7714
温林凯. 现代大孔径长焦距全画幅变焦光学系统设计方法研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.
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