变焦距系统设计的快速求解

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1、维普资讯http://www.cqvip.com应用光学J．AppliedOptics文章编号：1002—2082(2004)01—0017—04变焦距系统设计的快速求解梁来顺(公安部第一研究所，北京100044)．摘要：变焦距光学系统已经在各种光学仪器上获得了广泛的应用，一些新的设计思想也层出不穷。本文介绍的变焦距系统设计的快速求解方法可以贯穿到变焦距镜头设计的全过程，还可以应用到光学系统的初始求解、设计过程中的抽样计算、设计数据的校对和审核、结构设计中驱动凸轮曲线的求解、外观设计等。本文列举

2、的计算实例说明，这种快速求解对完成一项设计具有很多方便。关键词：变焦距光学系统；运动组元；变焦距函数；求解中圈分类号：TB851文献标识码：AARapidComputingMethodofZoomOpticalDesignLIANGLai—shun(TheFirstResearchInstitute，MinistryofSecurity，Beijing100044tChina)Abstract：Zoomopticalsystemshavebeenwidelyusedonallkindsofopt

3、icalinstruments，andmoreandmorenewdesignmethodshavebeenemployed．MaybealldesignersneedtheinnovationtOproceedwiththedesignofopticalimaginginstruments．Inthispaperarapidcomputingmethodofzoomopticaldesignisreported，whichcanbeappliedtOinitialsolutionofoptic

4、alsystem，samplecomputationindesignprocess，checkandauditofdesigndata，resolveofdrivingcamcurveinstructuredesignandaspectdesignetc．Theexampleslistedinthepapershowhowfinethismethodisinthedesignofazoomsystem·Keywords：zoomopticalsystem；motioncomponent；zoom

5、function；derivation12运动组元变焦距系统的方程表述变间距是厶，k，厶a。物体在有限远时可以用系统的倍率来表征。光学设计理论是可以借助数学模型来精确描述我们知道它与用焦距尸参数表征本质是一样的，所以的。图1是一个典型的具有2运动组元的变焦距光学系统示意图。物体在无限远的情况下，光学系统可以本文只讨论系统的变化规律和计算。变焦距系统的用焦距参数表征。图1中a，b，C，d分别是光学系统焦距是前组焦距与其它各组倍率的乘积，即，

6、一

7、8·8·8c·8=(ft·p)·(p·pc)一(／·

8、)·(1)ab●Cd＼I在多数情况下是一个定数，d组主要是校正．JI像差和调整物像关系位置的。当d组不存在时可以认为一1，La为像距，是一个变量，但系统像面在光L吐LL。d-。●●．_--轴上的位置是稳定的。光学设计者习惯上认为要改变系统的焦距就必须移动变倍组b，要使像面保持在原圈1变焦距光学系统示意图位需要按一定规则再移动补偿组C。现在我们换一种Fig．1Schemeofvariablefocallengthopticalsystem思路，即在有确定参数的情况下，抽取一个系统的焦的前固定组(或

9、称对焦组)、变倍组、补偿组、后固定距值也就指定了一个可变倍率，既定系统的厶，k，组。本文所讨论的变焦光学系统只是通过改变镜组的厶是何值?同时这个既定系统在某个区域内的极值间距来实现的。对于具有2运动组元的光学系统其可是什么?我们知道；系统的可变间距是系统焦距的函收稿日期：20O3一O7—16作者简介：梁来顺(195O一)，男，北京市人，公安部第一研究所研究员，主要从事光学设计工作。维普资讯http://www.cqvip.com·18·应用光学2004．25(1)梁来顺：变焦距系统设计的快速求解

10、数，即常数，在特殊情况下La才需要用稍复杂的形式表达。(Lb，Lb，Ld)一g(-厂)(2)给定一个焦距值-厂，函数g便给出3个参数Lb，L，23运动组元变焦距系统的方程表述L；如果限定了这3个参数的取值范围也就限定了-厂光学设计过程是设计者应用自变量力求获得最的取值范围。对于全折射系统来说，显然Lb，Lb，La佳方程解的过程，在设计高倍率优质像质系统过程中都大于零。在变焦距系统中变倍组和补偿组的结构参会感到2运动组元的变焦距系统缺乏自变量。2运动数是不变的，起变倍作用的是它们的焦距，按习惯焦组