[發明專利]三組元變焦系統凸輪曲線的計算機輔助設計方法

有效

• 申請號: 200810231479.4
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN101477583A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 呂愛萍

技術領域

本發明屬于計算機輔助設計技術領域，特別是用于光學變焦系統的 一種三組元變焦系統凸輪曲線的計算機輔助設計方法。

背景技術

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。

發明內容

本發明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。

實現本發明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＝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。

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， 因此，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。