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OCAD應用：二組元連續變焦系統

時間:2023-02-17 16:12來源:未知作者: infotek點擊:次列印

二組元連續變焦系統實質上是對三組元變焦補償形式的簡化。他利用後面的變焦組的軸向移動產生系統變焦比，由於變焦系統運動產生的相面位移量有前組位移補償。該形式變焦系統的前組不是固定組，為此對此類系統還要在前方設置一塊保護玻璃使系統密封。二組元連續變焦系統多用於變焦比較小的系統。

二組元連續變焦系統的結構形式如圖1，其計算結果及凸輪曲線分別如圖2及圖3。

圖1 二組元變焦系統高斯計算表單

圖2 二組元系統自動優化結果

圖3 二組元系統凸輪曲線

變焦光學系統各組元初始結構設計

有了系統外形尺寸分配及各組元PW值要求後，可利用本程式膠合透鏡自動設計功能對系統各組元進行初始結構參數設計求解。求解時有兩個方法選擇。

① 簡單系統初始結構設計

對於一般的光學系統，各組元結構比較簡單，或只使用單透鏡、雙膠合透鏡以及單透鏡與膠合透鏡的組合就可滿足要求。這是就在“機械補償變焦系統設計”的介面內，OCAD就可以自動利用程式中“單透鏡及膠合透鏡結構設計”的功能依次自動設計完成。這是需要在當前表單內繼續點擊“下一步”，就會出現如下介面。

圖4 初始結構設計介面

介面內顯示剛計算出來的系統外形尺寸以及對各組元PW值要求等資料，這些資料就是對各組元進行初始結構設計的依據。介面內表格內後兩項顯示“選擇”和“保存”，可以通過“選擇”欄選擇相應組元進行該組元的初始結構設計。經選擇後。介面立即出現“膠合透鏡結構設計”視窗，並自動填入該組元焦距、孔徑等參數。然後根據具體情況選擇單透鏡和膠合透鏡組合結構，並根據對組元PW要求選擇玻璃材料求出表面半徑等一系列初始結構參數值。

圖5 初始結構設計介面

求出組元結構參數後同時在主介面的光學系統結構資料表內顯示對應資料。由於以上求解是根據薄透鏡原理計算出來的，加上實際厚度之後，透鏡實際焦距可能有所變化，此時還可以利用光學系統結構資料表內縮放焦距的功能對組元焦距值進行修正，也還可以對具體結構的透鏡厚度進行修改甚至進行規格化處理。以上完成之後，點擊表單內表格欄內對應“保持”欄位置，程式會自動保存設計結果。

圖6 縮放組元焦距

圖7 保存設計結果

依次重複以上操作，可以完成系統所有各組元的初始結構設計。然後點擊表單右上角“下一步”按鈕，程式又進一步完成各組元設計結果的組合，組成完整的機械補償式連續變焦系統初始結構設計資料，包括系統視場、孔徑以及變焦系統特殊資料的組合。

圖8 最後設計結果

圖9 光學系統結構示意圖

由於以上設計均為高斯光學求解，為此各組分間間隔均為其主面間隔。當完成初始結構設計後的實際系統的實際間隔會因實際鏡頭厚度而改變，再由於在前面外形尺寸計算時所給主面間隔只是個粗略數，有時會使透鏡間隔過大或過小，甚至使得實際間隔小於零，發生鏡頭碰撞。此時必須調整鏡頭結構，或者重回最初外形尺寸計算，調整初始主面間隔，重新設計。

② 複雜系統初始結構設計

圖10 複雜光學系統結構示意圖

對於較複雜的光學系統，某些組元需要複雜化處理，比如組元的通光孔徑過大，簡單系統滿足不了要求，或者在矯正像差需要，必須時該組元結構複雜化。如下圖所示結構，其中後固定組結構就比較複雜。此時可利用“單透鏡及膠合透鏡初始結構設計”方法利用其中工具條對當前結構進行複製或增添，加入新透鏡元素。比如前固定組改為在膠合透鏡好單透鏡組合的基礎上，做雙分離處理。

圖11 修改後的前固定組

再比如，要將變焦組改成兩個膠合透鏡的組合，可以把原來的一個膠合透鏡進行複製變為兩個膠合透鏡的組合，修改介面如下。

圖12 修改後的變焦組

如此類推可以進一步對任何一個組元進行複製處理，直至滿足要求。最終完成全部設計。

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