车载近红外变焦距光学系统设计

变焦距镜头高斯光学设计的新方法变焦距镜头是在连续变焦过程中，仍保持成像面固定不动的一种光学系统。

变焦距镜头不同于一般光学物镜，主要在于这种物镜不仅能连续变焦，且在变焦过程中，物和像之间的距离仍保持不变。

要达到这些要求，必须连续滑动系统中的某些镜组。

从事变焦系统设计时，必定预先安排高斯结构，结构的好坏往往影响光学设计的最后结果。

标签：变焦距镜头；高斯；光学设计；新方法引言由于光信息和光通讯科技快速的进步与广泛的应用，使得光电方面的产品不断的推陈出新，并迅速成为市场上需求庞大的消费性产品，例如激光打印机、扫描仪、投影电视、摄录放影机、数码相机、望眼镜、显微镜、光纤通讯等产品，因而近年来光电相关产业的发展十分蓬勃，在国内也是极有发展远景的明星产业。

居于关键性地位的光电零部件，将是影响产业发展的最重要因素，也是革新走向的风向标，尤其是光学透镜可说是光信息与光电系统中不可或缺的关键性零部件。

光学变焦能力取决于光学设计与机构设计，光学设计限制了变焦机构的选择空间。

一般运动机构不外乎齿轮、凸轮、螺旋与连杆等机构，又以凸轮机构为主，而且可经由机械补偿来修正焦点的误差。

而光学变焦就是经由直流马达带动减速齿轮组，让凸轮传动机构转动，借助两组镜群间距离改变达到变焦的动作。

传统的光学变焦系统必须以为数颇多的球面镜片组合而成，才能达到预期的效果，这样非但所制成的产品十分笨重，制作成本也高。

相对的，非球面镜片一方面可提高光学变焦系统的性能，另一方面可以减少镜片的数目，并使产品轻量化。

因此，非球面光学系统有下列优点：有效的消除像差，提高影像光学品质；简化复杂的多元结构，系统元件数量和尺寸灭少，重量减轻；使光学产品的应用范围加大；制造成本降低。

因此，非球面设计势必会取代现存的大部分光学元件的球面设计。

在几何上，球面只要用到曲率一个参数便可表示或说明清楚。

但非球面的表示可能要用到无穷级数来表达，因此有无限参数的可能，这在计算的处理上便很困难。

大相对孔径红外变焦距光学系统设计秦志鹏，车新宇，肖颖【摘要】摘要：设计了工作在8～12μm波段的非致冷红外连续变焦光学系统。

该系统由4组元5片透镜组成，其中前固定组、变倍组和补偿组均只有1片透镜，后固定组为两片。

焦距50～200mm，相对孔径较大，为1∶1。

设计过程中编写了适用于二组元变焦系统的ZEMAX宏程序，该程序可给出凸轮曲线的数据和形状，同时使像面位置不受限于高斯光学关系，能够满足某些焦距位置离焦的要求。

系统在空间频率为20lp/mm处，各个视场的MTF值均在0.4以上。

【期刊名称】长春理工大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2013(000)005【总页数】4【关键词】光学设计；红外变焦；衍射光学；ZEMAX宏程序由于红外光谱的辐射和传输特性，使红外光学系统具有一定的穿透烟、雾、霾等限制的能力，还具有环境适应性好、隐蔽性好、能在一定程度上识别伪装目标的优点。

焦距可变的红外光学系统可以在短焦大视场时对大范围扫描，同时也可在长焦时进行小范围的仔细观察，克服了传统的定焦光学系统换镜头导致的像不连续，短时间目标丢失的缺点［1，2］。

基于以上优点，近年来，对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。

本文设计了结构紧凑的长波红外连续变焦距光学系统。

同时将ZEMAX宏程序给出凸轮曲线数据和形状的方法应用到本设计中［3］，这种方法具有不受限于高斯光学计算，能够满足某些焦距位置离焦要求的特点。

1 光学系统设计1.1 光学设计指标要求该长波红外连续变焦光学系统采用384×288非制冷焦平面阵列探测器［4］，像元尺寸为25μm×25μm。

该系统的设计指标要求，如表1所示。

1.2 光学设计思想本设计的相对孔径较大、焦距较长，在这种情况下为使光学筒长较短，采用机械补偿中有利于减小总长的负组补偿形式；由于红外材料的透过率较低，应用较少的透镜数量，以提高到达像面的能量；利用衍射面具有负阿贝数的色散特性来校正色差［5］，将衍射面设置在前固定组的后表面，因为前组的色差会被后面的组元放大，因此在前组消色差。

光学系统设计实验报告光学系统设计实验报告摘要：本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。

通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。

实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。

引言：光学系统是由光源、光学元件和光学器件组成的系统，用于控制光的传播和成像。

光学系统设计是光学学科的重要分支，广泛应用于光学仪器、通信技术、光学显微镜等领域。

本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。

实验方法：1. 准备实验所需材料和仪器，包括光源、透镜、反射镜、光屏等。

2. 搭建光学系统，根据实验要求确定光源和光学元件的位置和方向。

3. 调整光学系统，使光线聚焦在光屏上，并记录调整过程中的观察结果。

4. 测量光学系统的参数，如焦距、放大倍数等，并进行数据分析。

实验结果：通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。

实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。

首先，我们调整了光源的位置和方向，使光线能够尽可能均匀地照射到光学元件上。

然后，我们调整了透镜的位置和方向，使光线能够聚焦在光屏上。

在调整的过程中，我们发现透镜的位置和方向对于光的聚焦效果有着显著影响。

当透镜与光源的距离增加时，光线的聚焦效果会变差；而当透镜与光源的距离减小时，光线的聚焦效果会变好。

其次，我们测量了光学系统的参数，如焦距和放大倍数。

通过测量，我们发现透镜的焦距与其形状和材料有关。

不同形状和材料的透镜具有不同的焦距，从而影响光的聚焦效果。

此外，我们还测量了光学系统的放大倍数，发现放大倍数与透镜的焦距和物距有关。

当透镜的焦距增大或物距减小时，放大倍数会增大。

讨论：通过本实验，我们深入了解了光学系统的设计和调整原理，以及光的传播规律和光学元件的特性。

光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响，合理的设计和调整可以提高光学系统的性能和效果。

用于光具座自动测量焦距的变焦光学系统设计蔡锦浩;杨朋利;马爱秋;冯婕;付晓庆;安静;王芝;李文婷【摘要】为了提高光具座自动测焦距时的测量精度,设计一套连续变焦光学系统.该系统包括自准直组件和变焦组件两部分,可以调节CCD靶面上接收到的图像大小,得到最佳测量结果.根据设计指标要求,在控制系统总长的基础上进行初始结构选择和像质优化.设计完成后的自准直组件焦距200mm,变焦组件焦距200 mm～20 mm,对接后的变焦系统可实现图像大小1×～10×连续调节.模拟实验表明:变焦系统像质良好,MTF曲线接近衍射极限,弥散斑小于CCD像元大小,可以满足实际检测需求.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】6页(P359-364)【关键词】光具座;光学设计;自动测量;变焦【作者】蔡锦浩;杨朋利;马爱秋;冯婕;付晓庆;安静;王芝;李文婷【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN206;TH703传统的放大率法测焦距一般在光具座上进行并用人眼观测，易受主观因素影响且待测批量大时效率较低。

CCD技术的诞生与发展使得客观自动测量焦距等光学参数成为了可能，欧美发达国家在此基础上研发了以“通用途光学测量系统”为代表的自动检测设备，该类设备不仅具有较高精度而且可以检测多种参数。

武汉测绘科技大学、厦门大学的研究人员在国内最先提出为光具座加装自动检测装置，用CCD相机、图像采集卡、计算机等代替测量显微镜和人眼，保留了光具座检测的优点并提高了检测结果的客观性[1-2]。

车载镜头光学设计流程英文回答：Designing an optical system for a car camera involves several steps and considerations. As an optical designer, my goal is to create a lens system that provides clear and sharp images in various lighting conditions and weather conditions.The first step in the design process is to define the requirements and specifications for the camera system. This includes determining the field of view, resolution, and sensitivity needed for the camera to capture the desired images. For example, if the camera is intended for use in a parking assist system, a wide field of view and high resolution may be required to accurately detect obstacles.Once the requirements are defined, I start the lens design process. This involves selecting the appropriate lens elements and arranging them in a way that achieves thedesired optical performance. I consider factors such as the focal length, aperture size, and lens materials to optimize image quality.To ensure optimal performance, I use computer-aided design (CAD) software to simulate the behavior of the lens system. This allows me to analyze the impact of different design parameters on image quality. For example, I can simulate the effect of different lens coatings on reducing lens flare and improving contrast.After the initial design is complete, I create a prototype of the lens system. This involves fabricating the lens elements and assembling them into a lens barrel. I then test the prototype to evaluate its performance. This includes measuring factors such as resolution, distortion, and chromatic aberration.Based on the test results, I may need to make adjustments to the design. This could involve modifying the lens elements, changing the lens arrangement, or adjusting the lens coatings. The goal is to achieve the desiredoptical performance while minimizing any optical imperfections.Once the final design is approved, I work with manufacturing engineers to ensure that the lens system can be mass-produced efficiently and cost-effectively. This involves considering factors such as the production process, material availability, and cost constraints.中文回答：车载镜头的光学设计流程涉及多个步骤和考虑因素。

变焦光学系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解变焦光学系统的基础理论，掌握变焦透镜的构造和原理。

2. 学生能够描述变焦光学系统在不同焦距下的成像特点及其应用。

3. 学生能够运用数学公式计算变焦光学系统中的焦距、放大率等基本参数。

技能目标：1. 学生通过实验操作，掌握变焦透镜的调节方法和技巧。

2. 学生能够运用所学知识分析和解决实际光学问题，如简单的相机调焦问题。

3. 学生能够设计简单的变焦光学系统，并进行模拟或实际搭建。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对光学科技的兴趣，激发探索光学未知领域的热情。

2. 学生通过小组合作学习，培养团队协作精神和沟通能力。

3. 学生通过光学知识的学习，增强对科学方法的认识，形成严谨的科学态度。

课程性质：本课程为理科学科，以理论讲授和实验操作相结合的方式进行，注重培养学生的理论知识和实践技能。

学生特点：考虑到学生处于高年级，已具备一定的物理和数学基础，能够理解较为抽象的光学概念，并具有一定的实验操作能力。

教学要求：要求教师能够清晰讲解光学理论，通过实例分析和实验操作，使学生能够将理论与实践相结合，达到学以致用的教学目的。

同时，注重学生的参与和思考，引导他们主动探索光学知识。

通过具体的学习成果分解，为教学设计和评估提供明确依据。

二、教学内容本节教学内容紧密围绕课程目标，结合课本第四章“变焦光学系统”展开。

1. 理论部分：- 变焦光学系统概述：介绍变焦光学系统的基本概念、发展历程及应用领域。

- 变焦透镜原理：讲解变焦透镜的构造、工作原理及其数学描述。

- 成像特性：分析在不同焦距下，变焦光学系统的成像特点及其影响。

2. 实践部分：- 变焦透镜调节方法：指导学生掌握变焦透镜的调节技巧，学会在不同焦距下观察成像特点。

- 实验操作：设计实验，让学生亲自动手搭建简单的变焦光学系统，观察成像过程。

3. 教学大纲：- 第一课时：介绍变焦光学系统概述，讲解变焦透镜原理。

- 第二课时：分析成像特性，演示变焦透镜调节方法。

中波红外变焦距系统的光学设计
张良
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】2006(27)1
【摘要】由于红外探测系统具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强,能在一定程度上识别伪装目标,且设备体积小、重量轻、功耗低等特点,在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察和红外制导等方面.近年来,随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强.本文介绍了一种采用凝视型焦平面阵列探测器的中波红外变焦光学系统的设计,该系统利用了反射镜的折叠光路,其工作波长范围为3～5 μm,变倍比为20:1.最后用CODE V 光学设计软件对其像质进行了评价.
【总页数】3页(P32-34)
【作者】张良
【作者单位】中国航空工业一集团,洛阳电光设备研究所,河南,洛阳,471009
【正文语种】中文
【中图分类】TN214;TN924.2+1
【相关文献】
1.中波红外光学系统光学被动无热化设计 [J], 陈建发;王合龙;刘欣
2.光学补偿中波红外变焦光学系统设计 [J], 陈吕吉;李萍
3.四片式变焦距长波红外光学系统设计 [J], 车新宇;秦志鹏;肖颖;张雅琳;戴月
4.5倍变焦距光学系统小型化设计 [J], 王红;田铁印
5.可变焦距机器视觉镜头光学系统设计 [J], 刘巧玲;陈丽娜;余华恩;柯华恒;梁秀玲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。