摘要：变焦镜头可通过改变系统焦距,实现从大视场观察到小视场高分辨成像的连续观测,在各种场景都有广泛的应用。alvarez透镜较小径向位移即可实现较大倍率焦距变化,有利于缩短变焦行程,其应用难点在于具有非旋转对称像差,难以通过其他透镜校正。首先通过薄透镜模型及波像差理论给出了alvarez透镜各项像差与自由曲面系数对应关系,得出口径、移动行程和空气间隔是影响轴上像差大小及像差对称中心偏移的关键因素,将面型扩展为高阶xy多项式可校正轴上的球差、彗差等像差。其次,根据alvarez透镜像差特性和变焦行程最小化原则提出一种五组元变焦镜头,利用高斯括号法给出变焦方程。最后,依据上述理论设计出一款中波焦距100~600 mm连续变焦镜头,变焦最大行程8.6 mm,成像质量良好,验证了理论正确性,为alvarez透镜应用提供了理论基础。

摘要：针对传统轴向移动机械光学变倍系统结构复杂、体积大的问题,提出基于alvarez透镜的横向移动红外光学连续变倍系统。该系统由两组alvarez透镜、光阑、定焦透镜和红外探测器组成。两组alvarez透镜构成开普勒式望远结构,其中,第一组alvarez透镜作为变焦组,第二组alvarez透镜作为补偿组。无限远入射光线经过两组alvarez透镜后出射,出射的平行光通过定焦透镜聚焦成像到红外探测器的靶面上。使用Zemax软件进行光学仿真,该光学变倍系统覆盖8~12μm的长波红外波段,最大视场角为6°,最大入瞳直径为6 mm,F数为2,畸变量小于2.1%,光学总长度约为74 mm。alvarez透镜仅需横向移动约1 mm即可实现5×到15×的连续光学放大。该系统在红外探测器分辨率为320×240、像元尺寸为30μm时调制传递函数达到0.5@17 lp/mm。仿真设计结果表明,该系统具有放大倍率大、结构紧凑、成像质量高的优点,有望应用于小型化红外变倍成像领域。