三組元變焦系統凸輪曲線的計算機輔助設計方法技術方案

本發明專利技術涉及一種三組元變焦系統凸輪曲線的計算機輔助設計方法，它是在ＺＥＭＡＸ光學設計軟件的基礎上，根據三組元光學系統對凸輪曲線軌跡的要求，運用高斯光學原理，借助ＺＥＭＡＸ的宏語言功能，編制３－ＣＡＭ－ＺＰＬ程序，通過該程序的運行，只需輸入凸輪曲線的采樣點數和第二變焦組移動軌跡的彎曲系數Ｋ，即由３－ＣＡＭ－ＺＰＬ程序自動對Ｋ值的取值范圍及其取值量進行判定和比較分析，通過調整采樣點數和Ｋ值，即可得到最理想的凸輪曲線設計圖形。該方法可以根據凸輪曲線的設計數據，自動生成圖形并予以顯示，使得設計效果直觀，修改方便，并大大提高凸輪曲線的設計速度和凸輪產品的性能，縮短產品的開發周期，降低設計成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于計算機輔助設計
，特別是用于光學變焦系統的 一種。
技術介紹
隨著變焦光學系統性能要求的不斷提高，對變焦系統及與之配合的 凸輪曲線的設計和加工也提出了越來越高的要求。而變焦系統凸輪曲線 設計是變焦系統后期設計過程中十分重要的一環，曲線設計的好壞直接 關系到系統像面的穩定程度。 一個像差設計優良的變焦系統必須依靠性 能穩定的凸輪曲線設計作保證。由于傳統的變焦系統凸輪和凸輪曲線的 設計是在幾個焦距位置校完像差后，用插值法粗略計算凸輪曲線槽的各 點數據，不僅計算煩瑣復雜，且仍然存在一定量的像面漂移，同時對凸 輪曲線的拐點位置也要作細致的驗算，甚至要依靠經驗值進行校驗和加 工，以保證曲線的平滑過渡。另外，系統的像差設計和凸輪設計是分階 段進行，不能很好的融合、方便實時地評估系統性能，也會直接影響到 凸輪和凸輪曲線的加工工藝過程。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對傳統的凸輪曲線設計中存在的設計費時、設計 修改成本大，提供一種能夠確保像面穩定、像質優良，通過計算機輔助 設計，能夠自動生成精確的凸輪曲線數據和圖形，并能對生成的凸輪曲 線進行實時評估，提高變焦系統設計效率和精度的三組元變焦系統凸輪 曲線的計算機輔助設計方法。實現本專利技術的目的所采取的技術方案是；該方法是按以下步驟進行-第一步在輔助設計中使用的計算機上安裝ZEMAX光學設計軟件； 第二步在ZEMAX光學設計軟件平臺上，根據三組元光學系統對凸輪曲線軌跡的要求，運用高斯光學原理，借助ZEMAX的宏語言功能，編制3-CAM-ZPL程序。第三步調入三組元光學系統設計文件，運行3-CAM. ZPL程序，由程序 自動分析三組元光學系統各個變焦組的分布情況；第四步輸入采樣點數，由3-CAM. ZPL程序，進行光學系統過渡參數的 計算；第五步按照K二O、 K>0、 K〈0分別取值瑜入第二變焦組的彎曲系數K， 由3-CAM. ZPL程序計算變焦凸輪曲線數據，并對三組設計數據進行比較，選 定其中一個K值；第六步由3-CAM. ZPL程序自動判斷各個變焦組在移動過程中是否發生 交錯，并輸出提示信息，如果出現交錯，說明對第二變焦組給定的K值太大， 曲線彎曲過于嚴重，減小K的絕對值予以調整，重復判斷——調整，至無交 錯現象為止，即得出一組凸輪曲線數據。第七步根據凸輪曲線的設計數據，自動生成圖形并予以顯示，打印凸 輪曲線數據和圖形，即完成凸輪曲線的設計。三組元變焦光學系統就是系統中包含三個相互移動的透鏡組單元，按順 序通常稱之為第一變焦組、第二變焦組和第三變焦組。 一般情況下，可以將 其中一組設定為線性移動(直線)，另兩組作相對應的非線性移動(曲線)。 在已知一組移動量的情況下，另兩組相對應的移動量必然存在無窮多個解， 茵此，要得到一組確定的凸輪曲線數據，必須還要再設定另一組的移動量。在此，可以先人為地按照一定的數學模型給出第二變焦組的移動量，再求出 第三變焦組的移動量，從而得到一組實用的凸輪數據，故而如何合理地給出 第二變焦組的移動函數是整個凸輪數據設計的關鍵。在大批量生產過程中， 從凸輪加工工藝角度考慮，凸輪曲線盡量采用直線設計，因此，在假定第一 變焦組作直線移動的同時，也可假定第二變焦組作直線移動，這樣，三組元 變焦系統中就有兩組作直線移動，剩下一組作曲線移動，如果這樣的一組凸 輪曲線滿足設計要求，會使得工藝簡單，性能穩定。但為了進一步提高成像 質量，可以在第二變焦組作直線移動的基礎上，賦予一定函數關系的彎曲系 數，使得第二變焦組由直線移動變成曲線移動，這有兩種情況， 一種是曲線 向物方彎曲，另一種是向像方彎曲，這樣就可以在一定程度上進一步提升系 統的成像質量。比較這三種凸輪曲線方案對應的結果，選擇一種工藝性好、成像質量優良的一組數據作為最后結果。所述3-CAM.ZPL程序就是在第一變 焦組作直線移動的基礎上，人為給出第二變焦組的移動量，求出第三變焦組 的移動量，從而實現三組元變焦系統的凸輪曲線設計。本專利技術的優點在于輔助設計中在ZEMAX光學設計軟件的基礎上，運 用高斯光學原理，借助ZMAX的宏語言功能，結合三組元光學系統編制應用 了3-CANLZPL程序，實現了三組元光學系統凸輪曲線的計算機輔助設計。由 此，設計人員只需輸入采樣點的多少和第二變焦組移動的彎曲系數K,通過Z EMAX光學設計軟件的運算功能，快速計算出凸輪曲線的數據，并對設計的 凸輪曲線進行實時評估和優化修正。同時，可以根據凸輪曲線的設計數據， 自動生成圖形并予以顯示，使得設計效果直觀，修改方便。該方法的應用， 可大大提高凸輪曲線的設計速度和凸輪產品的性能，縮短產品的開發周期， 降低設計成本。附圖說明圖l是本專利技術的程序流程圖； 圖2是本專利技術實施例的光學系統示意圖； 圖3是本專利技術實施例1的變焦曲線圖； 圖4是本專利技術實施例2的變焦曲線圖； 圖5是本專利技術實施例3的變焦曲線圖。 具體實施例方式參看圖1，是本專利技術的程序流程圖，該三組元變焦系統凸輪曲線的計 算機輔助設計程序是按以下方法進行首先在輔助設計中使用的計算機 上安裝ZEMAX光學設計軟件，然后根據三組元光學系統對凸輪曲線軌 跡的要求，運用高斯光學原理，借助ZEMAX的宏語言功能，在ZEMA X光學設計軟件平臺上，編制3-CAM-ZPL程序。運行該程序，調用三組 元光學系統設計文件，并分析三組元光學系統各個變焦組的分布情況， 設定并輸入采樣點數，由3-CAMZPL程序，進行光學系統過渡參數的計 算，并按照K:0、 K>0、 K〈0分別取值輸入第二變焦組的彎曲系數K， 由3-CA]VlZPL程序計算變焦凸輪曲線數據，對三組設計數據進行比較， 選定其中一個K值。由3-CAM.ZPL程序自動判斷各個變焦組在移動過程 中是否發生交錯，并輸出提示信息，如果出現交錯，說明對第二變焦組 給定的K值太大，曲線彎曲過于嚴重，減小K的絕對值予以調整，再進 行重復判斷——調整，至無交錯現象為止，即得出一組凸輪曲線數據。 最后根據凸輪曲線的設計數據，有程序自動生成圖形并予以顯示，并將 凸輪曲線數據和圖形打印出來，即完成凸輪曲線的設計。參看圖2，從圖中的光學系統中可見，第一變焦組U1是從透鏡面7到 透鏡面8，第二變焦組U2是從透鏡面9、 lO到透鏡面ll，第三變焦組U 3從透鏡面12、 13、 14、 15、 16、 17到透鏡面18。圖中的D6， D8， Dll， D18在變焦時將產生的間隔變化值，當該變焦系統經過像差設計完成后， D6， D8， Dll， D18在長焦和短焦處的值就隨之確定，其中，D6是透鏡面 6與透鏡面7的間隔距離，D8是透鏡面8與光闌的間隔距離，Dll是透鏡 面10與透鏡面11的間隔距離，D18是透鏡面18與透鏡面19的間隔距離， 第一變焦組U1總的移動量為-6. 54mm，第二變焦組U2總的移動量為_6. 3 9mm,第三變焦組U3總的移動量為-3.2mm，以取采樣點為10個為例(在 實際計算中，采樣點越多越精確)，下面結合三種實施例對本專利技術作進一 步的描述。實施例1:是對一個用于投影的三組元變焦鏡頭的凸輪曲線進行設計的實施例，其設計方法是在輔助設計中使用的計算機上安裝ZEMAX光學設計 軟件，根據三組元光學系統對凸輪曲本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三組元變焦系統凸輪曲線的計算機輔助設計方法，其特征在于：該方法是按以下步驟進行：　第一步：在輔助設計中使用的計算機上安裝ＺＥＭＡＸ光學設計軟件；　第二步：在ＺＥＭＡＸ光學設計軟件平臺上，根據三組元光學系統對凸輪曲線軌跡的要求 ，運用高斯光學原理，借助ＺＥＭＡＸ的宏語言功能，編制３－ＣＡＭ－ＺＰＬ程序。　第三步：調入三組元光學系統設計文件，運行３－ＣＡＭ．ＺＰＬ程序，分析三組元光學系統各個變焦組的分布情況；　第四步：輸入采樣點數，由３－ＣＡＭ．ＺＰＬ程 序，進行光學系統過渡參數的計算；　第五步：按照Ｋ＝０、Ｋ＞０、Ｋ＜０分別取值輸入第二變焦組的彎曲系數Ｋ，由３－ＣＡＭ．ＺＰＬ程序計算變焦凸輪曲線數據，并對三組設計數據進行比較，選定其中一個Ｋ值；　第六步：由３－ＣＡＭ．ＺＰＬ程序 自動判斷各個變焦組在移動過程中是否發生交錯，并輸出提示信息，如果出現交錯，說明對第二變焦組給定的Ｋ值太大，曲線彎曲過于嚴重，減小Ｋ的絕對值予以調整，重復判斷－－調整，至無交錯現象為止，即得出一組凸輪曲線數據。　第七步：根據凸輪曲線的設 計數據，自動生成圖形并予以顯示，打印凸輪曲線數據和圖形，即完成凸輪曲線的設計。...

【技術特征摘要】
1、一種三組元變焦系統凸輪曲線的計算機輔助設計方法，其特征在于該方法是按以下步驟進行第一步在輔助設計中使用的計算機上安裝ZEMAX光學設計軟件；第二步在ZEMAX光學設計軟件平臺上，根據三組元光學系統對凸輪曲線軌跡的要求，運用高斯光學原理，借助ZEMAX的宏語言功能，編制3-CAM-ZPL程序。第三步調入三組元光學系統設計文件，運行3-CAM.ZPL程序，分析三組元光學系統各個變焦組的分布情況；第四步輸入采樣點數，由3-CAM.ZPL程序，進行光學系統過渡參數的計算；第五步按照K＝0、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹紅曲，馬永珍，王天洲，
申請(專利權)人：利達光電股份有限公司，
類型：發明
國別省市：41[中國|河南]