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wx_fmt=gif"></p><p><br></p><p><strong>課程四十七：一個(gè)30倍的變焦鏡頭</strong></p><p>第 38課展示了如何設(shè)計(jì)8X 變焦鏡頭。現(xiàn)在我們做一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，以30X 變焦為目標(biāo)，來設(shè)計(jì)一款變焦鏡頭。</p><p>設(shè)計(jì)要求如下：</p><p>1.&nbsp;變焦30倍</p><p>2.&nbsp;半視場(chǎng)角14°</p><p>3.

鏡頭很可能在某處得不到很好的修正，我們將不得不添加更多的變焦鏡片組。首先，我們需要一個(gè)凸輪曲線，它可以讓我們?cè)趦蓚€(gè)點(diǎn)之間插入定義的變焦鏡頭。輸入 CAM OPT 程序找到變焦鏡頭數(shù)據(jù)的冪級(jí)數(shù)展開的最佳指數(shù)，該鏡頭數(shù)據(jù)在定義的變焦鏡頭之間平滑地插值。但是曲線只在五個(gè)定義的變焦處產(chǎn)生一個(gè)對(duì)焦圖像，因?yàn)樗€沒有接收到其他的設(shè)置。

概論成像鏡頭包括定焦鏡頭和變焦鏡頭，我們?cè)谌粘Ｉ钪惺褂玫墓鈱W(xué)系統(tǒng)大多是可以變焦的，比如手機(jī)鏡頭、專業(yè)相機(jī)的鏡頭、顯微鏡等。成像鏡頭在很多實(shí)際應(yīng)用中通常也要求具備變焦的能力，如 CCTV 監(jiān)控鏡頭，紅外探測(cè)鏡頭，攝影鏡頭，雙筒望遠(yuǎn)鏡等等，鏡頭具備變焦的能力便可以應(yīng)用于多種環(huán)境條件，放大縮小或局部特寫，這是一個(gè)定焦鏡頭所無法完成的。

案例說明 變焦鏡頭廣泛應(yīng)用于攝影、攝像以及機(jī)器視覺等領(lǐng)域，憑借其可變焦距設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了視場(chǎng)范圍的靈活切換與成像尺寸的自由調(diào)節(jié)，兼具結(jié)構(gòu)緊湊、成像清晰和操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用場(chǎng)景 變焦鏡頭廣泛應(yīng)用于攝影、攝像以及機(jī)器視覺等領(lǐng)域，憑借其可變焦距設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了視場(chǎng)范圍的靈活切換與成像尺寸的自由調(diào)節(jié)，兼具結(jié)構(gòu)緊湊、成像清晰和操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。在本案例中，將通過設(shè)計(jì)一個(gè)典型的連續(xù)變焦鏡頭光學(xué)系統(tǒng)，演示在 VLU 中的光學(xué)設(shè)計(jì)流程，包括初始結(jié)構(gòu)建立、像差分析、評(píng)價(jià)函數(shù)定義，優(yōu)化以及結(jié)果展示。

一.概述SYNOPSYS如何在現(xiàn)有的定焦鏡頭上把它改成變焦鏡頭呢？之前在ZSEARCH上面已經(jīng)教過如何從零開始搭建變焦鏡頭，但是在現(xiàn)有的定焦上面如何改成變焦又是一個(gè)問題了，這次就讓你學(xué)會(huì)如何把定焦改成變焦。

當(dāng)完成初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際間隔會(huì)因?qū)嶋H鏡頭厚度而改變，再由于在前面外形尺寸計(jì)算時(shí)所給主面間隔只是個(gè)粗略數(shù)，有時(shí)會(huì)使透鏡間隔過大或過小，甚至使得實(shí)際間隔小于零，發(fā)生鏡頭碰撞。此時(shí)必須調(diào)整鏡頭結(jié)構(gòu)，或者重回最初外形尺寸計(jì)算，調(diào)整初始主面間隔，重新設(shè)計(jì)。

（ ZSEARCH 允許的最小值），聲明一個(gè)包含八個(gè)元件的變焦組（整個(gè)鏡頭），并給出允許的總長(zhǎng)最大值為350毫米。

當(dāng)完成初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際間隔會(huì)因?qū)嶋H鏡頭厚度而改變，再由于在前面外形尺寸計(jì)算時(shí)所給主面間隔只是個(gè)粗略數(shù)，有時(shí)會(huì)使透鏡間隔過大或過小，甚至使得實(shí)際間隔小于零，發(fā)生鏡頭碰撞。此時(shí)必須調(diào)整鏡頭結(jié)構(gòu)，或者重回最初外形尺寸計(jì)算，調(diào)整初始主面間隔，重新設(shè)計(jì)。

當(dāng)完成初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際間隔會(huì)因?qū)嶋H鏡頭厚度而改變，再由于在前面外形尺寸計(jì)算時(shí)所給主面間隔只是個(gè)粗略數(shù)，有時(shí)會(huì)使透鏡間隔過大或過小，甚至使得實(shí)際間隔小于零，發(fā)生鏡頭碰撞。此時(shí)必須調(diào)整鏡頭結(jié)構(gòu)，或者重回最初外形尺寸計(jì)算，調(diào)整初始主面間隔，重新設(shè)計(jì)。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)打入式斷續(xù)變焦，只好把可打入的變焦活動(dòng)組的兩組鏡頭分布于反射棱鏡的前后排列。為此在設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)時(shí)在設(shè)計(jì)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。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)打入式斷續(xù)變焦，只好把可打入的變焦活動(dòng)組的兩組鏡頭分布于反射棱鏡的前后排列。為此在設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)時(shí)在設(shè)計(jì)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。

在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。

在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。

在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。

此時(shí)可以利用設(shè)計(jì)窗口內(nèi)下部表格內(nèi)的“選擇”欄內(nèi)選擇設(shè)計(jì)哪一組鏡頭。選擇后界面自動(dòng)出現(xiàn)“透鏡單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”窗口進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完畢在表格內(nèi)點(diǎn)擊“保存”，將會(huì)自動(dòng)完成該組設(shè)計(jì)。圖5.會(huì)聚光路中打入式自動(dòng)設(shè)計(jì)程序界面按以上方法依次操作即可完成所有組元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成之后，再按“下一步”，可以完成整個(gè)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

此時(shí)可以利用設(shè)計(jì)窗口內(nèi)下部表格內(nèi)的“選擇”欄內(nèi)選擇設(shè)計(jì)哪一組鏡頭。選擇后界面自動(dòng)出現(xiàn)“透鏡單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”窗口進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完畢在表格內(nèi)點(diǎn)擊“保存”，將會(huì)自動(dòng)完成該組設(shè)計(jì)。 圖5.會(huì)聚光路中打入式自動(dòng)設(shè)計(jì)程序界面 按以上方法依次操作即可完成所有組元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。完成之后，再按“下一步”，可以完成整個(gè)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。

在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。

在鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)往往采用凸輪結(jié)構(gòu)形式完成活動(dòng)組分按要求運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)必須由光學(xué)設(shè)計(jì)給出凸輪運(yùn)動(dòng)曲線。凸輪曲線是在設(shè)計(jì)機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，為保證系統(tǒng)像面位置穩(wěn)定，用高斯光學(xué)理論計(jì)算變焦組和補(bǔ)償組的運(yùn)動(dòng)曲線。為此，在本設(shè)計(jì)時(shí)就自動(dòng)計(jì)算出了系統(tǒng)凸輪曲線坐標(biāo)值并繪出凸輪曲線如圖6，通過工具條上“圖文”菜單隨時(shí)可以顯示凸輪曲線的參數(shù)坐標(biāo)值如圖7所示。