变焦镜头设计
变焦距镜头高斯光学设计的新方法
变焦距镜头高斯光学设计的新方法变焦距镜头是在连续变焦过程中，仍保持成像面固定不动的一种光学系统。
变焦距镜头不同于一般光学物镜，主要在于这种物镜不仅能连续变焦，且在变焦过程中，物和像之间的距离仍保持不变。
要达到这些要求，必须连续滑动系统中的某些镜组。
从事变焦系统设计时，必定预先安排高斯结构，结构的好坏往往影响光学设计的最后结果。
标签：变焦距镜头；高斯；光学设计；新方法引言由于光信息和光通讯科技快速的进步与广泛的应用，使得光电方面的产品不断的推陈出新，并迅速成为市场上需求庞大的消费性产品，例如激光打印机、扫描仪、投影电视、摄录放影机、数码相机、望眼镜、显微镜、光纤通讯等产品，因而近年来光电相关产业的发展十分蓬勃，在国内也是极有发展远景的明星产业。
居于关键性地位的光电零部件，将是影响产业发展的最重要因素，也是革新走向的风向标，尤其是光学透镜可说是光信息与光电系统中不可或缺的关键性零部件。
光学变焦能力取决于光学设计与机构设计，光学设计限制了变焦机构的选择空间。
一般运动机构不外乎齿轮、凸轮、螺旋与连杆等机构，又以凸轮机构为主，而且可经由机械补偿来修正焦点的误差。
而光学变焦就是经由直流马达带动减速齿轮组，让凸轮传动机构转动，借助两组镜群间距离改变达到变焦的动作。
传统的光学变焦系统必须以为数颇多的球面镜片组合而成，才能达到预期的效果，这样非但所制成的产品十分笨重，制作成本也高。
相对的，非球面镜片一方面可提高光学变焦系统的性能，另一方面可以减少镜片的数目，并使产品轻量化。
因此，非球面光学系统有下列优点：有效的消除像差，提高影像光学品质；简化复杂的多元结构，系统元件数量和尺寸灭少，重量减轻；使光学产品的应用范围加大；制造成本降低。
因此，非球面设计势必会取代现存的大部分光学元件的球面设计。
在几何上，球面只要用到曲率一个参数便可表示或说明清楚。
但非球面的表示可能要用到无穷级数来表达，因此有无限参数的可能，这在计算的处理上便很困难。
安防电动变焦结构设计原理
安防电动变焦结构设计原理
安防电动变焦镜头的结构设计原理主要包括以下几个方面：
1. 透镜设计：电动变焦镜头通常由多个透镜组成，其中包括固定透镜和变焦透镜。
固定透镜用于形成初始图像，而变焦透镜则通过电动机控制实现前后移动，以改变光学系统的焦距。
2. 电动机控制：电动机是电动变焦镜头中的核心部件，通过控制电机的旋转速度，可以精确控制变焦透镜的位置，从而实现焦距的连续变化。
3. 控制系统：控制系统负责接收用户的控制指令，如通过遥控器或软件界面发出的指令，并根据指令调整电动机的工作状态，驱动变焦透镜移动，以达到所需的焦距。
4. 驱动系统：驱动系统负责将电动机的控制信号转化为实际的机械运动，使变焦透镜能够按照要求进行移动。
5. 调焦机构：调焦机构是电动变焦镜头的辅助结构，用于在变焦过程中保持镜头的稳定，确保图像清晰度。
总体而言，安防电动变焦镜头的结构设计需要综合考虑光学、机械、电子和控制等多个领域的知识，以确保镜头的性能、精度和稳定性达到要求。
红外连续变焦镜头的结构设计
万方数据第１期李永刚．等：红外连续变焦镜头的结构设计６１统，共有１４片透镜，包括变焦物镜系统和二次成像系统。
镜片数日的增加，有利于校正像差，可提高像质；二次成像系统的作用是为了减小物镜的直径同时保证１００％的冷屏效率。
１．２变倍组导向机构选型连续变焦镜头在连续变焦的过程中，光轴随着变倍和补偿镜组的位移始终在跳动，而光轴跳动量的大小直接影响系统的性能指标。
所以变倍、补偿镜组的导向机构设计是此红外变焦距镜头结构设计的核心。
变焦距镜头导向机构的种类很多，按接触摩擦性质可分成两大类：滑动摩擦机构和滚动摩擦机构。
滑动摩擦机构是导轨与移动镜组之间采用滑动接触方式，滚动机构是导轨与移动镜组之间采用滚动方式…。
常用的变倍机构有以下几种形式¨】：１．圆柱导轨滑动机构。
这种结构变倍精度高，径向结构尺寸小，适用于变倍和补偿组光学通光口径较小的结构。
２．两根圆柱导轨滑动机构。
由于滑动部件为两根圆柱导轨，这种结构变倍精度高，承载的负荷也比第一种大。
但是由于是超定位结构，光学通光口径太大，容易产生机构卡死现象，机构的径向尺寸也较大。
一般适用通光口径３０—８０ｍｍ的结构。
３．三根圆柱导轨滑动机构。
这种结构的优点是运动舒适、平稳，不容易产生卡死现象，可以带动通光口径较大的光学组件。
缺点是运动精度较前两种低，一般适用通光口径５０—１２０ｍｍ的结构。
滚动摩擦机构就是在上述滑动摩擦机构的基础上，加上精密轴承或者精密钢球等，来减小摩擦力矩，提高系统总体性能。
根据以上经验，本文选用两根圆柱导轨形式，并且在变倍、补偿镜组与圆柱导轨之间采用精密直线轴承配合，使该机构由滑动摩擦变为滚动摩擦。
１．３调焦机构选型调焦组的作用是通过调焦机构，使调焦镜组沿光轴方向移动，以保证在远近不同距离上的物体，都能清晰地成像在像面上。
因此，它的机构优劣直接影响到变焦距镜头的成像质量。
光学系统调焦机构大体有三种方式，一种是凸轮调焦¨１，一种是采用直线电机调焦…，另一种是丝杠丝母调焦。
一款变焦镜头的设计
一款变焦镜头的设计摘要：目前变焦镜头的设计和制造技术日趋成熟，变焦镜头的结构从粗重到小巧，从粗略的光学补偿到精准的机械补偿，从单一的性能到多性能取得了飞速的发展。
今后的光学变焦镜头将向着提高成像质量，提高变倍比和大视场的方向发展。
根据光学设计中通过改变各组元之间的间隔改变整个系统的焦距的关系，利用光学软件CODEV设计了一款简单的变焦镜头。
该变焦镜头具有结构简单，成像质量好，制造成本低等特点。
且该变焦镜头的场曲控制在0.1以内，畸变控制在0.15以内，经过像质评估完全满足对取景摄像的需要。
关键词：变焦；光学设计；CODEV；像质近年来，随着科学技术的发展，变焦镜头在成像质量、变倍比范围、外形尺寸和视场范围等方面都获得了很大的发展，使变焦镜头的使用逐渐扩散到各个领域。
从最初的摄像仪器、照相机到望远镜、显微镜，再到现在的各种监控系统、手机拍摄系统和机器视觉，变焦镜头已经在我们的日常生活、工业生产、科学研究和军事装备中发挥着重要的作用。
本文通过用光学设计软件CODEV来设计一款结构简单，成像质量好和大视场的变焦镜头。
1．原理分析变焦镜头以其焦距在一定范围内连续可变而像面位置基本不变的特点，成为监视，测量运动目标的一种常用光学镜头【1,2】。
其原理是利用系统中两个或两个以上透镜组的移动，改变系统的组合焦距，而同时保持最后像面不变，使系统在变焦过程中活的连续清晰的像的镜头【3,4】。
变焦镜头最大的优点是能够根据拍摄需求变换焦距，与固定焦距镜头不同，变焦镜头并不是依靠迅速更换镜头来实现镜头焦距变换的，而是通过推拉或旋转镜头的变焦环来实现镜头的焦距变换，在镜头变焦范围内的任何焦距都能用来摄影，这就为实现构图的多样化创造了条件【5】。
2．模型分析选取本文采用美国专利局2017年10月的专利号为09804371的结构作为初始模型。
该专利焦距为10.40—30.00，F数为2.06—4.90，是一个8片式结构，其中有6个非球面。
6mm-60mm百万像素变焦安防镜头设计
ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｆ ＣＯＤ ｗａ ｓ １ ／ ３ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｉ ｘ ｅ ｌ ｗａ ｓ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ６ ｍｍ － － － ６ ０ ｍｍ ｍｅ ｇ ａ ｐｉ ｘ ｅ ｌ ｚ ｏ ｏ ｍ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ｌ ｅ ｎ ｓ
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６ ｍｍ￣６ ０ Ｉ Ｔ ｌ ｍ 百 万 像 素 变 焦 安 防镜 头设 计
罗春 华 ， 张 齐元 ， 李 艳 红
（ 长 春 理 工 大 学 光 电工 程 学 院 ， 吉林 长 春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
摘 要 ： 设计 一种 可 用 于监 控 系统 的 大 口径 百 万像 素 变 焦距 光 学成 像 镜 头 ， 采用 ０ ． ８ ５ ｅ ｍ（ １ ／ ３
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｌ ａ ｒ ｇｅ ｄｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｎｄ ｍｅ ｇ ａ ｐｉ ｘ ｅ ｌ ｓ ｚ ｏ ｏ ｍ ｏ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｎｓ ｗｉ ｔ ｈ ＣＯＤ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ ｆ ｏｒ
ａ ｘ ｉ ｓ ｗａ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ０ ． ３ ａ ｔ １ ３ ３ ｌ ｐ ／ ｍｍ ，ｏ ｆ ｆ — ａ ｘ ｉ ｓ ０ ． ７ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｖ ｉ ｅ ｗ ｗａ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ０ ． ２ ａ ｔ １ ３ ３
可见光变焦镜头结构优化设计
第5卷 第2期2012年4月 中国光学 Chinese Optics Vol.5 No.2 Apr.2012 收稿日期:2011⁃11⁃11;修订日期:2012⁃01⁃13 基金项目:武器装备预研基金资助项目(No.51460040104ZK1001)文章编号 1674⁃2915(2012)02⁃0154⁃07可见光变焦镜头结构优化设计程志峰∗,李 明,程 欣(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春130033)摘要:针对某变焦光学镜头在宽工作温度(-40~+55℃)下光轴与安装基面的平行度变化容限小(≤0.2mrad)的特点,利用UG 软件的高级仿真模块设计了主镜筒及其支架的安装方式,得到了不同情况下主镜筒的变形分布图。
提出了一种光轴变化量的估算方法,间接估算出其光轴变化量,从而优化得到了合理的镜头结构方式。
实物镜头的光学传递函数检测及振动试验结果显示,调制传递函数值高于0.2,结构基频为117Hz。
结果表明:系统成像稳定清晰,变焦镜头结构优化设计合理。
关 键 词:可见光变焦镜头;有限元分析;光学传递函数;结构优化设计中图分类号:TH703 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20120502.0154Optimal structure design of visible zoom lensCHENG Zhi⁃feng ∗,LI Ming,CHENG Xin(Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement ,Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :chengzhif 2004@Abstract :The primary tube of a visible zoom lens and its mounting are designed by UG advanced simulationaccording to the characteristcs of a wide temperature range(-40-+55℃)and little optical axis variation (≤0.2mrad),and the deformation patterns in different conditions are gotten by using finite element analy⁃sis.An estimation way to get the optical axis variation is proposed,by which the more reasonable structure type is obtained.The results from the lens transfer function test and vibration test show that the Modulation Transfer Function(MTF)is above 0.2and the fundamental frequency is 117Hz.The practical image is stable and clear,which indicates that the optimized design of zoom lens is reasonable.Key words :visible zoom lens;finite element analysis;Modulation Transfer Function(MTF);optimal structuredesign1 引 言 现代光电跟踪侦察平台被广泛应用于各种海、陆、空光电火控侦察系统,其装载系统中的有效载荷多以红外或可见光镜头为主。
变焦镜头计算公式
变焦镜头计算公式变焦镜头是一种可以通过调节焦距来实现不同视角的相机镜头。
变焦镜头的设计及计算涉及到很多参数和公式，下面将详细讨论变焦镜头的计算公式。
1. 焦距的计算公式焦距是变焦镜头的关键参数，它表示了相机从镜头到成像面（例如胶片或传感器）的距离。
焦距的计算公式如下：1/f = 1/u + 1/v其中，f为焦距，u为物距（物体到镜头的距离），v为像距（像到镜头的距离）。
该公式是从透镜成像公式推导而来。
2. 光圈的计算公式光圈是变焦镜头的另一个重要参数，它控制了进入镜头的光线量。
光圈由光圈值（即f数）表示，光圈值越大，光线通量就越大。
光圈的计算公式如下：f = D / N其中，D为镜头的口径，N为光圈值。
光圈值是光圈直径与焦距的比值。
3. 变焦比的计算公式变焦比是变焦镜头的一个重要参数，表示了拍摄时能够调整的焦距范围大小。
变焦比的计算公式如下：Z = f_max / f_min其中，Z为变焦比，f_max为最大焦距，f_min为最小焦距。
变焦比越大，焦距范围就越广。
4. 像高的计算公式像高是指在成像面上表示一幅图像所占的高度。
像高的计算公式如下：h = y / m其中，h为像高，y为实际物体的高度（垂直于光轴的距离），m为物距放大率。
物距放大率表示图片上物体的实际尺寸与投射在成像面上的尺寸之比。
5. 视场角的计算公式视场角是指拍摄范围内可见的场景角度。
视场角的计算公式如下：θ = 2 × arctan（d / 2f）其中，θ为视场角，d为相机传感器的对角线长度，f为焦距。
这些公式是变焦镜头设计和计算的基础，通过这些公式，我们可以确定适合特定拍摄需求的变焦镜头的焦距范围、光圈值以及视场角度等参数。
在实际应用中，还需考虑镜头的光学质量、机械结构和对焦方式等因素。
总结起来，变焦镜头的计算公式包括焦距计算公式、光圈计算公式、变焦比计算公式、像高计算公式和视场角计算公式。
这些公式是实现不同视角的变焦镜头设计和计算的基础。
变焦镜头设计 初始结构计算
变焦镜头设计初始结构计算变焦镜头是一种能够通过调节焦距而改变画面中被摄体大小的摄影镜头。
在变焦镜头中，焦距是一个关键的参数，它决定了被摄体在画面中的大小。
设计一个变焦镜头需要考虑许多因素，包括光学性能、机械结构和镜头外观等。
在设计一个变焦镜头的初始结构时，首先需要确定的是镜头的焦距范围。
焦距范围越大，设计的难度也就越大。
在确定焦距范围之后，需要计算出各个焦距位置下的光学参数，例如像差、畸变和分辨率等。
这些参数对于确定每个镜片的曲率和厚度等参数是至关重要的。
在变焦镜头中，通常会使用多个镜片来实现不同的焦距。
这些镜片可以通过调节间距或曲率来改变光线的折射和聚焦效果。
在设计镜头的初始结构时，需要确定每个镜片的位置、曲率和厚度等参数。
这些参数的选择会影响到镜头的光学性能和成本。
因此，在设计中需要考虑到光学性能的要求和生产成本的限制。
除了光学性能外，镜头的机械结构也是设计的重要考虑因素之一。
在变焦镜头中，需要通过调节焦距环来改变焦距。
因此，焦距环的设计和机械结构的稳定性是至关重要的。
在设计焦距环时，需要考虑到旋转力矩的大小、手感的舒适度和操作的精确性等因素。
此外，变焦镜头的外观设计也是非常重要的。
一款好的变焦镜头不仅需要具备良好的光学性能和稳定的机械结构，还需要具备吸引人的外观设计。
外观设计包括镜头的形状、颜色和材料等方面。
这些因素都可以影响到用户的购买意愿和使用体验。
综上所述，设计一个变焦镜头的初始结构需要考虑到光学性能、机械结构和外观设计等多个因素。
在设计过程中，需要权衡各种需求和限制，以找到最佳的设计方案。
这个过程需要光学工程师、机械工程师和工业设计师等多个领域的专业知识和经验的结合。
只有通过不断的优化和改进，才能设计出性能优异、稳定可靠且具有吸引力的变焦镜头。
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• 此时三个透镜组具有固定焦距，是定焦 系统 • 四、多重结构实现变焦 • 通过改变透镜组间厚度实现，即第3面、 4面、7面、10面厚度值分别不同 • 由于焦距范围为75-125，选取焦距点为 75、100、125mm
• 1.打开多重结构编辑器（F7），添加两个 2组态（快捷键或者选择） • 2.添加3个面。Insert键 • 3.插入4个厚度组态操作数 • 单击右键，打开操作数设置参数，选择 THIC.表面选为相应表面3、4、7、10. • 此时三种状态完全相同，右上角带有*的 表示当前为第一个组态
变焦镜头设计
• 理论背景
• 变焦含义：镜头焦距在一定范围内可以 调节
• 通过改变镜片间距来调焦。一般接圈F/#随焦距改变。
• • • • •
参数：入瞳直径：25mm 焦距75mm—125mm 像面直径：34mm 波段：可见光 玻璃最小中心与边厚：4mm，最大中心 厚：18mm • 优化最小RMS Spot Diagram
• 查看3d视图，单击settings，将 configuration设为all，为了让三个组态 在空间上有一定的错位，offset Y设为 60度 变焦镜头的优化设计
变量部分：三个组态共用的变量：双胶合 透镜、透镜口径、曲率半径、厚度是相 同的；4个空气厚度在3个组态下独自变 化，是不同的
• 步骤：1.打开镜头数据编辑器 LEDS DATE EDITOR • 2、ctri+z将透镜所有曲率半径设为变量
• 简单的变焦系统由3个透镜组组成，每组 透镜均为般胶合透镜，优化要求3组均可 自由移动达到变焦补偿 • 步骤： • 一、调用系统中自带3个透镜组结构 • Sample/short course/sc_zoom1.zmx
• 3d图查看 • 二、添加视场 • Field Data中选择三个视场，选用近轴 像高，将第二和第三视场的y分别设为 12,17 • 三、输入波长 • 选用f、d、c光 • 参看3d图