連續變焦系統設計
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
連續變焦系統設計的視頻教程
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連續變焦系統設計的實例教程
一、初始結構的繪制
1、目標在無限遠的連續變焦系統
目標在無限遠的連續變焦系統，也叫連續變倍系統。是指通過系統的各個活動組分的移動改變系統焦距，以實現系統放大倍率的系統。連續變倍的光學系統根據系統可移動的變焦組好補償組的數量不同，可分為三組元、四組元、五組元以及二組元等各種不同形式。先以三組元連續變焦系統為例介紹其指定設計方法。
三組元連續變焦系統在進行連續變焦光學系統設計之前，首先在“一般光學系統總體布局設計”的界面上做所需連續變焦光學系統基本結構的布局。布局時必須給定前固定組的焦距值，前固定組可以是一個單一組元，也可以為一組復合結構形式。對于其中變焦組、補償組以及后固定組的焦距值有待于下面求解，可以暫時賦予其焦距值為零，透鏡間隔可以隨意。如圖1所示。
圖1.連續變焦系統布局初步設計
如果前固定組是一個多組元組成的復合結構前固定組，還需在變焦組的“空氣間隔”右側的特性欄內利用下拉式菜單選擇“變焦變量“Z”，如圖。此外還必須指定光欄位置，一般都設置在后固定組位置，以便使用固定光欄，確保系統相對孔徑（F數）值穩定。
圖2.指定前固定組位置
在利用一般光學系統基本結構布局界面布局完畢，即可利用界面內“系統類型”，點擊默認為“一般光學系統”的下拉式菜單，其中顯示多種不同光學系統結構形式，選擇“連續變焦系統” 同時在右側顯示下拉菜單以便選擇變焦系統類型，其中包括三組元變焦、四組元變焦、雙組聯動變焦、線性雙組聯動變焦、五組元變焦以及二組元變焦等各種形式。此時現在需要的結構形式，比如三組元變焦。界面如下圖3所示。
圖3.連續變焦光學系統布局設計（1）
此外，界面上還會顯示連續變焦系統的可選方框。在此框內可以根據設計要求填寫變焦系統的變焦比、系統最小間距以及各組分間最小間隔距離等。
展開 圖8.四組元連續變焦系統設計
圖9.五組元連續變焦系統設計
圖10.二組元連續變焦系統設計
利用OCAD光學自動設計程序設計機械補償式連續變焦光學系統自動設計，在程序內有兩個途徑，一個是在其“光學系統總體布局設計”的菜單內，另一個可在“機械補償光學系統設計”菜單內完成。二者各有不同方式和功能進行處理。在“機械補償光學系統設計”菜單內進行設計比較簡潔方便，使用“光學系統總體布局設計”菜單進行設計，是從系統總體布局角度，可以把系統設計得比較完善，可以在變焦系統的基礎上添加其他光學元件，比如轉像棱鏡，或者添加目鏡系統完成整個望遠系統的全局設計。
圖1.光學系統總體布局設計之連續變焦系統設計
機械補償式連續變焦系統又可分為目標在無限遠處或有限距離的兩種形式，對于目標在無限遠處的系統主要是對系統焦距的變化，適應于望遠系統或照相系統的變焦設計；目標在有限距離的變焦系統主要是針對顯微系統，是對系統放大率的變化設計。系統放大率還可分為角放大率和線放大率兩種形式，設計時可以自由選擇。
圖2.機械補償變焦系統設計之連續變焦系統設計
以下按照兩種不同設計菜單介紹具體操作方法。
一、連續變焦光學系統總體布局設計
“光學系統總體布局設計”的菜單是一個多功能光學系統總體布局的設計菜單，具有對各種光學系統進行總體布局設計的功能菜單。可以設計布局簡單或復雜的光學系統，比如一般共軸光學系統，可利用各種棱鏡實現光軸折轉的系統，望遠光學系統等，還可以進行各種連續或斷續變焦系統進行總體布局設計；可以進行各種掃描光學系統做總體布局設計；可以進行多光軸復雜光學系統并行共存總體布局設計。最后實現系統初始結構建模設計，為后期光學系統成像質量優化提供初始平臺。以下重點介紹連續變焦光學系統的總體布局方法。機械補償式連續變焦系統的結構形式根據系統總體性能要求，連續變焦系統的結構都必須包括前固定組、變焦組、補償組以及后固定組幾個部分組成。
展開 利用OCAD光學自動設計程序設計機械補償式連續變焦光學系統自動設計，在程序內有兩個途徑，一個是在其“光學系統總體布局設計”的菜單內，另一個可在“機械補償光學系統設計”菜單內完成。二者各有不同方式和功能進行處理。在“機械補償光學系統設計”菜單內進行設計比較簡潔方便，使用“光學系統總體布局設計”菜單進行設計，是從系統總體布局角度，可以把系統設計得比較完善，可以在變焦系統的基礎上添加其他光學元件，比如轉像棱鏡，或者添加目鏡系統完成整個望遠系統的全局設計。
圖1.光學系統總體布局設計之連續變焦系統設計
機械補償式連續變焦系統又可分為目標在無限遠處或有限距離的兩種形式，對于目標在無限遠處的系統主要是對系統焦距的變化，適應于望遠系統或照相系統的變焦設計；目標在有限距離的變焦系統主要是針對顯微系統，是對系統放大率的變化設計。系統放大率還可分為角放大率和線放大率兩種形式，設計時可以自由選擇。
圖2.機械補償變焦系統設計之連續變焦系統設計
以下按照兩種不同設計菜單介紹具體操作方法。
一、 連續變焦光學系統總體布局設計
“光學系統總體布局設計”的菜單是一個多功能光學系統總體布局的設計菜單，具有對各種光學系統進行總體布局設計的功能菜單。可以設計布局簡單或復雜的光學系統，比如一般共軸光學系統，可利用各種棱鏡實現光軸折轉的系統，望遠光學系統等，還可以進行各種連續或斷續變焦系統進行總體布局設計；可以進行各種掃描光學系統做總體布局設計；可以進行多光軸復雜光學系統并行共存總體布局設計。最后實現系統初始結構建模設計，為后期光學系統成像質量優化提供初始平臺。以下重點介紹連續變焦光學系統的總體布局方法。
展開 雙組聯動補償式連續變焦系統初始結構設計方法和三組元連續變焦系統設計方法類似，他是在三組元變焦系統的基礎上對變焦組分割后擴展起來的。變焦組的分割有兩種方法，一是把變焦組分割為兩塊分別置于補償組兩則，但在變焦過程運動時還要把兩塊變焦組固聯在一起，所以叫雙組聯動型這種結構形式系統中共有四個組分，所以被稱作四組元連續變焦系統。
從以上所列圖表即可容易分析各種不同結構補償方式的補償原理以及各自特點供設計參考選擇。
此外為了了解雙組聯動型變焦像面偏離及補償原理，還可以利用菜單條上“像偏”菜單分別觀察各組元在變焦過程中對像偏及補償的貢獻曲線，如圖4。圖中左側為各組元產生像面偏移的獨立貢獻，右側圖為各組元依次對想偏移綜合累計補償效果。
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由于雙高斯照相物鏡結構的對稱性，原則上所有橫向像差都能自動補償，因此在設計思路上只著眼于縱向像差的平衡設計。為此在設計過程中首先從設計其半部系統入手，然后再經過鏡像處理形成雙高斯照相物鏡的全系統。雙高斯照相物鏡的半部系統在其系統光欄后只包括一個雙膠合透鏡和一片單透鏡組成，如圖2。
該類型鏡頭結構簡單
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概述
這篇文章介紹了如何在OpticStudio中對無焦系統 (Afocal System) 進行優化和設計。其中重點討論了什么是無焦系統，如何在角度單位下分析無焦系統，如何處理柱面無焦系統以及如何處理具有多個聚焦和無焦空間的系統。
介紹
嚴格來講，一個無焦系統的定義是指在系統中共軛物和共軛像都在無窮遠處。符合該定義的一個實例是激光擴束系統，其輸入和輸出光均為平行光
實驗目的
熟悉光纖通信系統的主要組成部分
掌握通信系統綜合設計的主要內容
實驗原理
NRZ、RZ調制格式，直接調制或者外調制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者 low pass gauss filter。選擇的理由如下： 選擇NRZ調制格式，因為經NRZ調制的光信號具有緊湊的頻譜特性，調制和調解結構簡單，在10G和一部分40G
填寫完對光學系統的設計技術要求之后就可以在窗體右側的繪圖框內繪制光學系統方案草圖。繪圖框的基本尺寸默認為一張橫排的A4圖紙。如果根據系統總體尺寸的要求需要調整繪圖框圖紙圖幅的尺寸，可以利用界面是文字框從 “圖幅選擇”中選擇，點擊“圖幅選擇”后會出現一個下拉式菜單，從中選擇所常用的圖幅尺寸代號，如果不滿足還可以選擇“自定義”，給定需要的橫向尺寸和縱向尺寸，如圖3-1。如果需要調整圖紙橫排或豎排的形式
OCAD應用：二組元連續變焦系統1個月前
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。
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。他利用后面的變焦組的軸向移動產生系統變焦比，由于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于變焦比較小的系統。
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OCAD應用：三組元連續變焦系統1個月前
打開“機械補償變焦系統設計”命令是默認的就是三組元連續變焦系統設計如圖1。
