打入式斷續(xù)變焦光學系統(tǒng)的固定組就是一般定焦系統(tǒng)的物鏡,需要獨立矯正像差。活動組一般由正負兩組透鏡組成。在變焦過程中一般遵循系統(tǒng)相對孔徑不變原則。在分配活動組兩組透鏡的焦距時有兩種求解方法,一種是根據(jù)前活動組位置及后組位置先求出光線M1M2,很容易得到兩組份焦距值;
圖1.會聚光路中打入式工作原理圖(一)
另一方法保持兩組之間光線平行光軸,有了前組距離求得光線投射高度M1,M2=M1,這兩組的焦距也不難求解,計算方法簡單。
圖2.會聚光路中打入式工作原理圖(二)
打入式斷續(xù)變焦光學系統(tǒng)的設計界面如右圖所示。圖中上半部分是物鏡的基本部分,也是相對小視場,下半部分是可以在系統(tǒng)內打入打出的一個活動部分。打入后系統(tǒng)像面位置及像面大小應該保持不變用以擴大物方視場范圍。
圖3.會聚光路中打入式自動設計程序界面
設計時在界面上填寫相關設計要求以及各組元之間主面間隔,程序會自動求解打入部分各組元焦距值以及其他外形尺寸數(shù)據(jù),繪制結構示意圖。圖中上半部分是打入前的原物鏡結構,下半部分為打入后的系統(tǒng)結構。接著執(zhí)行“下一步”程序顯示系統(tǒng)各組元焦距值、通光孔徑以及各組元間主面間隔數(shù)據(jù)。
圖4.會聚光路中打入式自動設計過程界面
繼續(xù)點擊“下一步”,就可以進入系統(tǒng)初始結構自動設計階段。此時可以利用設計窗口內下部表格內的“選擇”欄內選擇設計哪一組鏡頭。選擇后界面自動出現(xiàn)“透鏡單元結構設計”窗口進行設計。設計完畢在表格內點擊“保存”,將會自動完成該組設計。
圖5.會聚光路中打入式自動設計過程界面
按以上方法依次操作即可完成所有組元結構設計。完成之后,再按“下一步”,可以完成整個系統(tǒng)的初始結構設計。
圖6.會聚光路中打入式自動設計過程界面
系統(tǒng)的初始結構設計數(shù)據(jù)如下。
圖7.會聚光路中打入式自動設計結構系統(tǒng)數(shù)據(jù)表
有些系統(tǒng)出于系統(tǒng)光軸折轉或其他需要,在系統(tǒng)內往往帶有反射棱鏡的結構元素占用了系統(tǒng)物鏡(前固定組)的空間。為了實現(xiàn)系統(tǒng)打入式斷續(xù)變焦,只好把可打入的變焦活動組的兩組鏡頭分布于反射棱鏡的前后排列。為此在設計這類系統(tǒng)時在設計窗口上安排了“單變焦組打入”和“兩變焦組打入”的選擇。選擇了“兩變焦組打入”后的窗體界面如圖所示。
圖8.會聚光路中兩變焦組打入式自動設計界面
此時在系統(tǒng)內兩個活動組之間有一無光焦度結構元素,一般多為反射棱鏡,使用OCAD程序在進行系統(tǒng)初始結構設計時圖面上顯示零件焦距為0,如需選擇反射棱鏡,可在書簽控件內選擇“反射棱鏡”,此時界面如圖所示。
圖9.會聚光路中兩變焦組打入式反射棱鏡自動設計界面
在此界面內需要先選擇棱鏡玻璃材料,接著界面變化可以進一步選擇反射棱鏡名稱代號。然后再在系統(tǒng)數(shù)據(jù)表內選擇反射棱鏡棱鏡名稱代號。選擇完成有程序自動計算零件光軸展開長度(中心厚度),至此反射棱鏡選擇完成。
圖10.會聚光路中兩變焦組打入式反射棱鏡自動設計界面
按照以上所述繼續(xù)單元設計,最后完成系統(tǒng)初始結構設計。
圖11.會聚光路中兩變焦組打入式自動設計結果
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