6.5倍微小型可见光变焦光学系统设计
面向光学装调微小距离测量的系统设计
面向光学装调微小距离测量的系统设计作者：邹甜妹韦晓孝吕元万新军李雪宸张昊来源：《光学仪器》2021年第05期摘要：光学仪器能否精准装调对其最终呈现的成像质量及性能有着重要影响。
针对光学相机装校的修切量检测，提出了一种用于微小距离测量的光路方案并设计了一款物像等距的有限远共轭光学系统，其放大倍率为1×，数值孔径为0.09，视场为0.5°。
根据实际应用需要，制定合理的光学指标，利用光学设计软件Zemax进行系统的设计与优化。
结果表明，有限远共轭光学系统各视场在160 lp/mm处的调制传递函数均接近衍射极限，且都大于0.3，各视场的均方根半径小于艾里斑半径，满足光学指标设计要求。
搭建实验平台，对装配星敏感镜头和CCD相机的修切圈进行测量，实验结果符合设计要求。
关键词：微小距离;物像等距;共轭光学系统;光学相机中图分类号：O 435文献标志码：ASystem design of micro-distance measurement for optical alignmentZOU Tianmei，WEI Xiaoxiao，LYU Yuan，WAN Xinjun，LI Xuechen，ZHANG Hao（School of Optical-Electrical and Computer Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 20093，China）Abstract：Accurate installation and adjustment of the optical instrument has an important impact on the final image quality and performance. This paper proposes a light path scheme for micro distance measurement and designs an object image for the trimming detection of optical camera installation and calibration. The equidistant finite distance conjugate optical system has a magnification of 1x，a numerical aperture of 0.09，and a field of view of 0.5°. According to the requiremebnts of the actual application，reasonable optical indicators are formulated，and formulated the optical design software Zemax is used to design and optimize the system. The design results show that the modulation transfer function of each field of view of the finite-distance conjugate optical system at 160 lp/mm is close to the diffraction limit，and they are all greater than 0.3. The root mean square radius of each field of view is smaller than the Airy disk radius，which meets the optical index design. In addition，the glass is a common material with low cost and easy processing. The experimental platform is built to measure the trimming circle of the assembly star sensitive lens and CCD camera，and the experimental results meet the design requirements.Keywords：micro distance;object image isometric;conjugate optical system;optical camera 引言在光學精密仪器装配中，为确保光学系统最终能呈现良好的成像质量，除了在设计过程中赋予系统本身优良的光学特性外，还需要对后续的加工装配过程严格把控[1-2]。
一种光学总长超短的迷你型变焦光学系统[发明专利]
![一种光学总长超短的迷你型变焦光学系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4ed499fd866fb84ae55c8d8e.png)
专利名称：一种光学总长超短的迷你型变焦光学系统专利类型：发明专利
发明人：吴刘森,陈艺敏,万宣梅,于利国
申请号：CN201711404525.1
申请日：20171222
公开号：CN108519661A
公开日：
20180911
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种光学总长超短的迷你型变焦光学系统，沿光轴方向从物面一侧至像面一侧依次设置有前组移动变倍组、光阑、后组移动补偿组和像面，其特征在于：所述光学系统满足下列条件式：‑6.7＜f＜‑6.5；6.9＜f＜7.0；2.8mm＜D＜3.0mm；2.4mm＜D＜2.6mm；其中，f为前组移动变倍组的光学焦距；f为后组移动补偿组的光学焦距；D为前组移动变倍组的移动量，D后组移动补偿组的移动量。
本申请的一种迷你型变焦光学系统的光学系统可以实现光学总长TTL小于等于
28mm；光圈F#＝1.6～2.6；系统成像面Image Size：1/2.7”；光学焦距2.8mm＜f＜6.5mm；该系统可广泛应用于物联安防、智能家居、移动侦测等领域。
申请人：苏州莱能士光电科技股份有限公司
地址：215600 江苏省苏州市张家港市锦丰科技创业园B01栋3楼苏州莱能士光电科技股份有限公司
国籍：CN
代理机构：苏州市港澄专利代理事务所(普通合伙)
代理人：马丽丽
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5倍变焦距光学系统小型化设计
ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ．Ａｔ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｎ ｇ ｆ ｏ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｔｈ，ｃ ｇ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ａ ｌ ｄ ｅ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ
为远摄 型 ， 使得 系统 结 构 紧 凑 ， 满 足导 引 头 小 型 化 的要 求 。利 用 Ｃ Ｏ Ｄ Ｅ Ｖ光 学 设计 软件 ， 优 化设 计 了焦 距 为 ３ ０～
１ ５ ０ Ｉ ｎ ｎ， 视场角为 １ ２ ． ９ ０ 。Ｘ１ ０ ． ２ ５ 。～ ２ ． ５ ９ 。× ２ ． ０ ７ 。 ， 筒 长仅 为 １ ７ ４ ｍ ｍ 的变焦距 光学 系统 ， 得到成 像质 量优 良的设计 结
，
ｔ ｕｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｚ ｏ ｏ ｍ ｏ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ． Ｔａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ａ ｔ ｓ ｈｏ ｒ ｔ ｆ ｏ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ， ｗｉ ｄ ｅ ｉｅ ｆ ｌ ｄ，ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｔ ｌ ｏ ｎ ｇ ｆ ｏ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ，ｎａ ｒ ｒ ｏ ｗ ｉｅ ｆ ｌ ｄ．Ｔｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ
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12倍光变 松下ZS5／ZS7
12倍光变松下ZS5／ZS7
佚名
【期刊名称】《移动信息》
【年(卷),期】2010(000)003
【摘要】松下同时发布的ZS5和ZS7两款新机造型和配置非常类似，手柄处都留出了一定的弧度，方便用户把持和拍摄．并且都采用1210万有效像素CCD传感器、25mm超广角的徕卡认证12倍光学变焦镜头，拍摄当中专业的Power O．I．S光学防抖功能能够有效地保证画面的稳定。
【总页数】1页(P29)
【正文语种】中文
【中图分类】TN946.5
【相关文献】
1.松下:12倍光学变焦数码相机"DMC-FZ2" [J],
2.松下发布12倍变焦数码相机 [J],
3.12倍光变新长焦王——CANON S2 IS [J], 黎明
4.6.5倍微小型可见光变焦光学系统设计 [J], 贺磊; 张建隆; 杨振
5.三倍光变的鹰眼华硕ZenFone Zoom评测 [J],
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5倍变焦距光学系统小型化设计
5倍变焦距光学系统小型化设计王红;田铁印【摘要】In order to complete recognition and detection tasks of the aircraft seeker , a high precision , minia-turization of the zoom optical system is designed .Targets are searched and identified at short focal length , wide field , and recognized at long focal length , narrow field .The mechanical compensation method is selected using three kinds of common optical materials .At the location of the long focal length , combinatorial design of the front group and the zoom group can make the system compact , and meet seeker miniaturization require-ments.The zoom optical system with optimization focal length about12.90°×10.25°~2.59°×2.07°and lene tube length only 174 mm is designed by using the CODEⅤ optical design software .For the each focal length and each field of view , the average MTF is 0.695, and tested result is 0.562 at50 lp/mm, which can meet performance requirements of the system .%为了完成飞行器导引头目标识别与探测任务，以短焦距、大视场进行搜索并确认目标，以长焦距、小视场进行高精度目标识别。
变焦系统设计的小型化
变焦系统设计的小型化冯蕾;王栋;冯冲;张桂源【摘要】目前,随着光学设计水平的不断提高,变焦光学系统的质量可与定焦系统相媲美,正向着大倍率、大相对孔径、小型化的方向发展,变焦系统的应用也随之日益广泛.本文根据变焦系统的基本原理,利用ZEMAX软件设计了一个用于监控的变焦系统,变焦范围:200mm-600mm,变倍比:3x,镜筒长度:450mm.设计结果表明:该变焦系统较之同类设计结果,具有结构紧凑,质量轻,长度短的优点.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2011(018)002【总页数】3页(P38-40)【关键词】变焦透镜;光学系统;小型化设计【作者】冯蕾;王栋;冯冲;张桂源【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春130022;山西师范大学,临汾042603;东北大学,沈阳110031;长春理工大学光电工程学院,长春130022【正文语种】中文【中图分类】TH7030 引言变焦距系统是一种焦距可以连续变化而像面保持稳定，且在变焦过程中像质保持良好的光学系统。
变焦的原理基于成像的一个简单性质—物像交换原则，即透镜要满足一定的共轭距可有两个位置。
若物面一定，当透镜从一个位置向另一个位置移动时，像面将要发生移动，若采取补偿措施使像面不动，便构成一个变焦系统。
目前变焦镜头都用改变透镜组之间的间隔来改变整个物镜的焦距。
在移动透镜组改变焦距时，总是要伴着像面的移动，因此要对像面的移动给以补偿。
根据变焦补偿方式的不同，补偿方法分为机械补偿法和光学补偿法。
机械补偿法就是用一组透镜(通称补偿组)作少量移动以补偿像面位移。
补偿透镜组的移动与其它透镜(通称变倍组)的移动方向不同且不等速。
但它们的相对运动却有严格的对应关系，各透镜组通过一个复杂的凸轮机构实现相对运动。
光学补偿法用几组透镜作变倍和补偿时，各透镜组的移动同向等速，只需要用简单的机构把各透镜组连在一起就行了。
变焦距光学系统可以实现对目标的连续探测，已广泛应用于国民经济和国防工业的很多领域，由于光学参数，成像质量及自动化控制变焦的要求，市场难以选择到合适的光学系统满足要求，所以需要进行专门设计。
微型光学变焦镜头[发明专利]
![微型光学变焦镜头[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9dab5049b0717fd5370cdc3b.png)
专利名称：微型光学变焦镜头专利类型：发明专利
发明人：章焜霖,侯昌伦
申请号：CN201380069852.X 申请日：20131108
公开号：CN105122129A
公开日：
20151202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：描述了微型变焦镜头系统及其制造方法。
示例性系统包括：第一棱镜，该第一棱镜被定位为从微型镜头系统的入口接收入射光；至少第一可变焦距透镜，该至少第一可变焦距透镜被定位为接收从该棱镜出射的光；至少一个基准透镜，该至少一个基准透镜被定位为接收穿过第一可变焦距透镜之后的光；检测器，该检测器被定位为接收穿过基础透镜之后的光；以及第一致动器，该第一致动器被配置为使第一可变焦距透镜在垂直于穿过该第一可变焦距透镜的光的传播轴线的至少一个方向上移动。
该微型镜头系统具有小的z轴高度，并能够在诸如移动电话之类的移动装置中实现。
申请人：威动光有限公司
地址：新加坡新加坡市
国籍：SG
代理机构：北京东方亿思知识产权代理有限责任公司
代理人：李晓冬
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Abstract: Continuous zoom optical system has extensive and essential practical applications in the field, such as law enforcement and evidence collection, forest fire, maritime search rescue, road traffic, unmanned aerial vehicle reconnaissance. In order to improve the zoom system performance index, and realize the miniaturization of system, the focal length of 2.68 mm to 17.5 mm, 4.7°-31° field zoom system is designed by using the Zemax optical design software and optimization calculation. The whole system is composed of four groups of ten pieces of lens. The F number is 2.15-3. The MTF curve at 250 lp/mm is greater than 0.25. Distortion is within 4.5%. The optical length is less than 27 mm. Total mass is less than 0.77 g. The system has a compact structure, light weight, high resolution, excellent image quality, etc, which is a miniaturization of microminiature continuous zoom.
贺 磊1,2，张建隆2，杨 振2
（1．哈尔滨新光光电科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150080； 2．哈尔滨工业大学 光学目标仿真与测试技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150080）
摘要：连续变焦光学系统在执法取证、森林防火、海洋搜救、道路交通、无人机侦察等领域 有着广泛且必不可少的实际应用。为提高变焦系统的性能指标，并使系统小型化，通过 Zemax 光学设计软件反复优化计算，设计了焦距为 2.68～17.5 mm、视场为 4.7°～31°的变焦系统。 整个系统由 4 组 10 片透镜组成，物镜的像方 F 数为 2.15～3，MTF 值在 250 lp/mm 时均大 于 0.25，畸变在 4.5% 以内，光学总长小于 27 mm，总质量小于 0.77 g，具有结构紧凑、体积 小、重量轻、分辨率高、成像质量好等优点，是一款微小型的连续变焦光学系统。
Keywords: optical design；zoom system；resolution；miniaturization
• 47 •
引 言
进入 21 世纪，光学成像系统已广泛应用于 工业生产、地面防空、预警侦察和武器制导等诸 多领域[1]。无人机光电吊舱在近年来得到了飞速 发 展 ， 如 以 色 列 NEXTVISION 公 司 生 产 的 Colibri 型无人机光电吊舱，其为可见/红外双波 段无人机光电吊舱，在可见光波段采用了连续变 焦的光学系统，整机外形直径小于 53 mm、高 度小于 78 mm、重量小于 160 g，具有体积小、 重量轻、结构紧凑的特点。我国自主研发的“龙 之眼”330 型无人机光电吊舱也采用可见/红外双 波段光学系统，其内部集成了一台高清可见光变 焦光学系统，可对目标实施搜索、跟踪、定位。
第 41 卷 第 2 期 2019 年 4 月
光学仪器 OPTICAL INSTRUMENTS
Vol. 41，No. 2 April，2019
文Байду номын сангаас编号：1005-5630(2019)02-0046-07
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5630.2019.02.009
6.5 倍微小型可见光变焦光学系统设计
关键词：光学设计；变焦系统；分辨率；小型化 中图分类号：O 439 文献标志码：A
Design of a 6.5 times microscale continuous visible zoom optical system
HE Lei1,2，ZHANG Jianlong2，YANG Zhen2
（1. Harbin Xin Guang Photoelectric Technology Co. Ltd., Harbin 150080, China; 2. Institute of Optical Target Simulation and Test Technology, Harbin Institute of
收稿日期 ：2018-07-13 基金项目 ：国家重大科学仪器设备开发专项 (2013YQ350747) 作者简介 ：贺 磊 (1981—)，男，高级工程师，研究方向为光学系统设计、光学导引头设计与研制。E-mail：
helei3024@
第2期
贺 磊，等：6.5倍微小型可见光变焦光学系统设计
由上述可知，变焦光学系统已广泛应用于无 人机光电吊舱。随着光电载荷性能指标的不断提 升，对变焦光学系统的高分辨率、小型化、轻量 化设计需求也与日俱增，因此设计一款高分辨 率、微小型的连续变焦系统非常重要。
变焦光学系统是指焦距可在一定范围内连续 改 变 ， 而 保 持 像 面 不 动 的 光 学 系 统 [2]。 文 献 [3] 设计的一种高分辨率电视制导连续变焦光学 系统的焦距为 40～152 mm、F 数为 3.5、传递函 数数值在 106 lp/mm 达到 0.4，光学系统长度为 160 mm；文献 [4] 设计的 AOTF 光谱相机前置 变焦光学系统的焦距为 30～300 mm、传递函数 数值在50 lp/mm 达到 0.7；文献 [5] 设计的 8 倍 可 见 光 变 焦 光 学 系 统 的 焦 距 为 6.5～ 52 mm、 F 数为 4、传递函数数值在 75 lp/mm 达到 0.6。 本文充分考虑了上述光学系统的优缺点，结合光 学系统焦距、变倍比、F 数、分辨率、小型化等 因素，通过不断优化设计，设计出了一款小 F 数、高分辨率的连续变焦光学系统，实现了系 统的小型化、轻量化设计。