长焦距变焦镜头的温度分析及补偿

【摘要】：随着现代科技的演进长焦距光学系统,对光学追踪监测平台的探测和追踪能力的要求越来越高,从而光学系统设计的越来越复杂,光电追踪监测平台越来越多地运用变焦结构方式。变焦光学系统的侦测精度高、结构复杂,特别是相机距变焦系统,焦距长,易受温度的妨碍。因此对光学平台进行频率分析及补偿有利于改善成像品质,补偿频率效应,提高平台的频率稳定性。本文主要预测了相机距变焦光学系统的频率效应,并为此光学平台进行了温度补偿设计。首先,研究温度效应的基础理论。论文研究了温度分析的基本原理,给出了推导光学参数随频率差异的推导。并且探究了频率效应的评判方式,从MTF、焦距、齐焦特性三个方面来评价变焦光学平台的频率效应。其次,研究了频率补偿方法,总结了特色的无热化补偿设计方式,说明了几种新兴的补偿方法长焦距光学系统,并在此基础上强调了一种新的温度补偿模式——像面位移补偿公式。利用像面位移补偿公式来指导并推动光学平台的无热化设计。然后对某一具体的焦段距变焦光学系统进行实例温度分析。分析完毕后从以上所述三个方面评价光学平台的光学性能,发现此光学平台确实受温度影响较大,在-30℃~+60℃温度范围内偏离常温越大,系统的光学性能改变也就越多,不仅MTF下降许多,焦距也出现差异,并且变焦系统的齐焦特性也不能满足。于是对此光学平台进行补偿设计。根据像面位移补偿公式,提出了机电主动式与机械被动式混合补偿方式。混合补偿设计后再评价平台的光学性能,发现MTF在长、中、短焦时均无法小于0.25,系统焦距满足设计指标,变焦系统也超过了齐焦。系统的浓度效应的制约减少了许多。此混合补偿方式对本文的焦段距变焦光学系统有良好的温度补偿作用。

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