3.8-16mm变焦镜头的设计
张育武
前言
%DqPRl.Gu 本文从设计角度全面解读
光学镜头的设计,以本人设计的一款3.8mm-16mm变焦成像镜头为例。全文分为上,下两部分。其中上部分为
光学设计,下部分为机械结构设计。文中所有设计均为本人持有,转载前请与本人联系。
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上部分:光学设计
f5p:o}U* 设计镜头的光学特性指标
tn@MOOPl 焦距:3.8mm-16mm
%n7mN]) 光圈:F1.5-F2.7
Frxim 设计
波长:486nm-850nm (日夜齐焦)
*pMu,?uE 像面尺寸:1/1.8英寸 CS -mount
Y%"6 成像像素:1200万像素
C~PoC'"q /-_<RQ 一,光路图
RXZ}aX[h
%8N=4vTJ 广角端
&t0toEj
nGvWlx 长焦端
O,>`#? 设计选用二组10片,前组为调焦组后组为变焦组。其中选用玻璃为国产光明玻璃库。在保证成像要求下,设计未使用非球面。设计中所有玻璃为球面玻璃。除一片高折射材质玻璃和两片超低色散玻璃外,均为光明常用玻璃系列。
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iR`c/ 部分系统数据
p=-:Z?EW1 N4z(2. 二,成像像质分析
XNm%O \KpSYX1 光学传递函数(MTF) (20度 1大气压)
EoOB0zo}Y+ 广角部分
&1k2J
rElbzL"&< 低频段
Q8^fgI | 中频段
NE'4atQ| 高频段
}RT#V8oc 200lp频率下的MTF
JC[G5$E Z\@m_/g 长焦部分
:^Ouv1!e1 S9'8rn!_
'&<T;V% 低频段
'I tsu~fza 中频段
5m e|dvk 高频段
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o9Fj 200Lp频率下的MTF
Oy,`tG0 弥散斑图(SPOT DIAGRAM)
@&7|Laa [kjm EMF9i
j![ ; ; iTgv8 照度曲线
GdxMHnn=
RkW)B^# GG KD8'j] 三,日夜齐焦分析
0i4X,oHjG f-!A4eKe 对850nm波段的传函分析
13X0LN 广角IR
Gl+Ql?| 长焦IR
_ zh>q4M 四,环境温差效应分析
qq)Dh'5*e, h)vRvfcmY 设计参考的标准温度为20摄氏度,并对-20摄氏度到60摄氏度范围内,进行温度变化引起的像面漂移的校正。
2?)bpp$WZ DV,rh83.ip 广角端 温度变化引起的传函变化(-20度 20度 60度)
cc"L> XoK
[^U#ic>cT kDrqV{_ 长焦端 温度变化引起的传函变化(-20度 20度 60度)
BV9%|
RH+'"f h kh b8zS 通过设计校正,可以看出随着环境温度的变化,成像质量(MTF)不会发生本质变化。
BgzER[g|q{ iyRB}[y 五,公差分析
8\85Wk{b 在给定公差表下对光学设计进行公差分析
&?-LL{W{ 给定以下公差表:
D~< 3 光圈 7N
2I2#o9(Ar 光学间隙及厚度偏差 0.05
axRzn:f 面偏心 0.02
RuW62QSq 轴心偏差 60 秒
J:{$\m' -RSPYQjz 公差分析为敏感度分析,参考为波前(RMS WAVEFRONT)
(Nky?* 得到敏感度分析公差表,以及蒙特卡洛(MONTE CARLO)分析结果如下:
QzzV+YG$(4 运算百次传函图
e2SU)Tr%b MONTE CARLO分析结果
b`4R`mo 经公差分析可知,
光学系统稳定性较好。通过公差分析结果,可以选取较为敏感项目优先控制。
T%%+v#+ 六,浅谈
优化 `@Q%}J rY
0kzD/ 光学系统优化是光学设计中较为重要的环节,也是初级光学工作者的难点所在,结合本人实际工作经验,浅谈优化心得。
q=M\#MlL0' 1,明确硬指标
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