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机械补偿式变焦距镜头以其自身的优点受到了广泛的关注和应用。介绍机械补偿式三组 元连续变焦系统的基本工作原理及组成,根据实际使用要求,设计出保证变倍过程中变倍组和补 偿组按一定函数规律运动的圆柱凸轮结构、导向机构及相应的加工工艺,从变倍运动方程和设计 的变焦结构形式出发,分析变焦过程中焦距实时输出的实现方法和存在的问题,并提出相应的解 决措施,对焦距值实时输出精度的提高以及变焦距镜头的设计和装调具有借鉴作用。
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文章编号:1002-2082(2010)04-0521-04
连 续 变 焦 距 镜 头 结 构 设 计 及 焦 距 实 时 输 出 分 析
乔 健, 曹立华, 崔 爽, 施 龙, 张 磊
(中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033)
摘
摘摘
摘
要
要要
要:
::
: 机械补偿式变焦距镜头以其自身的优点受到了广泛的关注和应用。 介绍机械补偿式三组
元连续变焦系统的基本工作原理及组成, 根据实际使用要求, 设计出保证变倍过程中变倍组和补
偿组按一定函数规律运动的圆柱凸轮结构、 导向机构及相应的加工工艺, 从变倍运动方程和设计
的变焦结构形式出发, 分析变焦过程中焦距实时输出的实现方法和存在的问题, 并提出相应的解
决措施, 对焦距值实时输出精度的提高以及变焦距镜头的设计和装调具有借鉴作用。
关
关关
关键
键键
键词
词词
词:
::
: 变焦距系统; 机械补偿; 凸轮机构; 焦距实时输出
中图分类号:
T N
942.2 ;
T H
703 文献标志码:
A
M echanical design of zoom lens and analysis of its focal length
Q IA O Jian
,
CA O L i
-
hua
,
CU I Shuang
,
SH I L ong
,
ZHA N G L ei
(
Changchun Institute of Optics
,
Fine M echanics and Physics
,
Chinese
Academy of Sciences
,
Changchun
130033,
China
)
A bstract
:
Zoom optical system s w ith mechanical compensat ion are w idely used in all kinds of
optical instrum ents due to its unique advant ag es
.
T he st ruct ures and principle of m echanical
com pensation zoom optical system s w ith
3-
unit w ere br iefly described
.
Cam mechanism and
guide m echanism t o im prove the im ag e quality of zoom optical syst em w ere discussed
.
A ct ual
focal length output w it h chang ing focal length w as analyzed
,
including implem ent at ion of focal
leng th out put and som e problem s
.
It is show n that proposed m ethods are feasible for im proving
the desig n and adjust ment of zoom optical lens
,
in addition
,
the accuracy of actual focal length
output at different focal leng th is im proved sig nificantly
.
K ey w ords
:
zoom optical sy stem
;
mechanical compensat ion
;
cam m echanism
;
focal length
引言
随着现代光学技术的发展,以及人们在生产实
践活动领域的不断扩展和深入,要求观测设备对运
动目标进行观测时,既要实现对快速小型运动目标
的近距离捕获(大视场),又能对中低速运动目标实
行远距离捕获(小视场)。但由单一定焦距组成的观
测系统无法对两种要求同时兼顾,因此变焦距光学
系统受到广泛关注和使用
[1 -2]
。 变焦距系统是指焦
距在一定范围内连续变化时,像面位置始终保持不
动、像质保持良好的光学系统。目前,变焦距光学系
统在变焦过程中要保持像面的稳定、像质的清晰
,
从原理上来讲有光学补偿法变焦系统和机械补偿
法变焦系统两种。其中光学补偿变焦系统是指在变
焦距物镜中用几组透镜作变倍和补偿时,各透镜组
的移动按同向等速进行,因此只需用简单机械结构
把各透镜组连在一起做线性运动即可;机械补偿式
是指各运动组元按不同的运动规律作相对复杂的
对应移动,最终达到防止像面移动的目的。然而,光
学补偿法变焦系统的成像像面并不在恒定的平面
内,是以一个理想像面为中心的曲线,
即成像像面
收稿日期:2009-12-02; 修回日期:2009-12-27
作者简介:乔健(1980-),男,山西忻州人,博士,助理研究员,主要从事现代光电仪器结构设计等相关方面的研究。
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2010 年 7 月
Journal of A pplied Optics
Jul.2010
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