一款变焦镜头的设计.docx

款变焦镜头的设计摘要：目前变焦镜头的设计和制造技术日趋成熟，变焦镜头的结构从粗重到小 巧，从粗略的光学补偿到精准的机械补偿，从单一的性能到多性能取得了飞速的 发展今后的光学变焦镜头将向着提高成像质量，提高变倍比和大视场的方向发 展根据光学设计中通过改变各组元之间的间隔改变整个系统的焦距的关系，利 用光学软件 CODEV 设计了一款简单的变焦镜头该变焦镜头具有结构简单，成像 质量好，制造成本低等特点且该变焦镜头的场曲控制在 0.1 以内，畸变控制在 0.15 以内，经过像质评估完全满足对取景摄像的需要关键词：变焦；光学设计；CODEV；像质近年来，随着科学技术的发展，变焦镜头在成像质量、变倍比范围、外形 尺寸和视场范围等方面都获得了很大的发展，使变焦镜头的使用逐渐扩散到各个 领域从最初的摄像仪器、照相机到望远镜、显微镜，再到现在的各种监控系统 拍摄系统和机器视觉，变焦镜头已经在我们的日常生活、工业生产、科学研 究和军事装备中发挥着重要的作用本文通过用光学设计软件 CODEV 来设计一款 结构简单，成像质量好和大视场的变焦镜头1 ．原理分析变焦镜头以其焦距在一定范围内连续可变而像面位置基本不变的特点，成为 监视，测量运动目标的一种常用光学镜头【1,2】。

其原理是利用系统中两个或两 个以上透镜组的移动，改变系统的组合焦距，而同时保持最后像面不变，使系统 在变焦过程中活的连续清晰的像的镜头【3,4】变焦镜头最大的优点是能够根据 拍摄需求变换焦距，与固定焦距镜头不同，变焦镜头 并不是依靠迅速更换镜头来 实现镜头焦距变换的，而是通过推拉或旋转镜头的变焦环来实现镜头的焦距变换 在镜头变焦范围内的任何焦距都能用来摄影，这就为实现构图的多样化创造了条 件【5】2 ．模型分析选取本文采用美国专利局 2017 年 10 月的专利号为 09804371 的结构作为初始模 型该专利焦距为 10.40—30.00，F 数为 2.06—4.90，是一个 8 片式结构，其中有 6 个非球面且该专利球差和像散均控制在（-0.1,0.1），畸变最大为 0.25，能够 很好的防止抖动通过对初始模型的修改和优化我们得到下面的图形参数该变焦镜头是一个具有三倍变焦的系统，视场达到广角镜头的标准，最大半 视场角为 37.3°，完全能满足一般摄像的取景需求3 ．镜头结构该变焦镜头是一个具有 8 片式的变焦系统，由前固定组、变倍组、补偿组、 和后固定组 4 部分组成【6—8】图 1、图 2、图 3 分别显示了在广角端、中间 端和摄远端 3 个不同位置的结构示意图。

图 1 广角端镜片结构图 2 中间端镜片结构图 3 摄远端镜片结构4 ．系统分析接下来我们分别给出变焦镜头在广角端、中间端和摄远端 3 个不同位置的球 差、像散和畸变图从图 4—图 6 可以看出该变焦系统在各个成像位置的球差都 控制在(-0.05,0.05)以内，像散控制在(-0.1,0.1)以内，畸变最大控制在 0.15， 完全达到普通摄像系统的成像要求【9】图4图5图6图 7 为变焦系统在广角端的 MTF (调制传递函数)曲线， MTF 是目前分析镜 头的解像比较科学的方法，是镜头成像品质最权威，最客观的技术参考依据图 7 广角端由图可以看出MTF曲线光滑平直，成像质量较好，在广角端，MTF值保持在0.79 以上，代表成像素质比较接近实物状况， MTF 值越接近 1，代表成像素质越 好1 是一个理想值，现实中是不能达到的，曲线只能无限接近于 1，但永不能 等于 15 ．总结本文通过对一款变焦镜头的设计，经过计算数据、模型选取、模拟仿真、优 化设计和误差分析得出该变焦镜头合理实用本文设计的变焦镜头与选取的模型 相比，该变焦镜头的场曲、像散和畸变都有明显的升级，成像质量也得到很好的 改善，能够完全满足日常生活或工作中对像质的要求，且结构简单，体积较小(最大长度为61.5462mm)便利了人们对结构简单体积较小方便携带的变焦数码 相机的选择，符合人们的需求。

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