变焦距投影光学系统中的远心光路设计
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分组成: 前固定组 (L 1)、变倍组 (L 2)、补偿组 (L 3) 和后固定组 (L 4)。它们分别具有负、正、负、正的光 焦度[2], 如图 1 所示 (图中用 T 和W 表示长焦和短 焦位置, stop 表示光阑)。设L 3 是变倍组, 向屏幕方 向做线性运动时, 为使像面位置保持不变,L 2 应向 DM D 方向作非线性的补偿运动, 此时系统由长焦 变到短焦位置。若要使这样的变焦距系统具有像方 远心光路的特性, 就需要在系统中引入孔径光阑 (孔径光阑放置在它后面透镜组的前焦面上)。现有 投影镜头光阑大多是固定的, 在中焦时处于远心位 置, 长焦和短焦时不是远心光路, 这样会使长焦和 短焦屏上的对比度降低。
焦 点的距离; f 3 和 f 3′为L 3 的物方和像方焦距;
∃34为L 3 的像方焦点到L 4 的物方焦点的距离。于是
即可推算出光阑到第 3 组透镜L 3 的距离:
pS3= -
f p 34-
3f ′3 f ′3+
f
-
4
f 3= -
p 34f 3+ f 4f ′3 p 34- f ′3+ f 4
(2)
L 3 的运动取决于L 4 的运动。令p S 5为光阑与L 5 的
间距, 并注意到第 3 组和第 4 组透镜的移动量与间
距的关系: dq3= dqs= - dp S 5, dq4= - dp 45, 于是可
得到L 3 与L 4 的运动关系:
dq3=
(p 45+ f 5) 2- 2f ′4 (p 45+ (p 45- f ′4+ f 5) 2
长了投影镜头与像面之间的距离。 而后截距[1]、棱 镜组各面之间所成的角度对投影镜头的像方出射 光线的角度要求比较严格, 为使棱镜系统不阻碍正 常光线并避免杂散光通过, 主光线与光轴的夹角要 设计得尽量小, 即主光线在像方与光轴近似平行, 这可用像方远心光路来实现。
1 光学设计
1. 1 常见结构形式 常见的投影变焦距系统一般主要由以下4部
图 4 光阑固联透镜
F ig. 4 A len s f ixed w ith stop
这样, 整个系统的变焦过程由 3 组透镜运动来
实现, 系统的高斯计算过程和双组联动系统类似,
不同的是双组联动系统中L 2 与L 4 固联在一起运
动, L 3 作补偿运动, 所以第 2 组和第 4 组的移动量
满足dq2= dq4。在图4 所示系统中, L 4 作线性移动,
收稿日期: 2006202216; 修回日期: 2006203202 作 者简介: 梅丹阳 (1979- ) , 女, 内蒙古赤峰人, 西安应用光学研究所在读硕士研究生, 主要从事光学设计工作。 E2m ail:
m eidy205@ho tm a il. com
应用光学 2006, 27 (4) 梅丹阳, 等: 变焦距投影光学系统中的远心光路设计
第 27 卷 第 4 期 2006 年 7 月
Jo
u
rna
l
应用光学 of A pp lied
O
ptics NhomakorabeaV o J
l. 27 , N o. 4 u ly, 2006
文章编号: 100222082 (2006) 0420264204
变焦距投影光学系统中的远心光路设计
f
4) <
0
(6)
对于方程:
p
2 34
+
2 (f
4-
f
3′) p 34+
f
2 4
-
2f ′23f 4= 0
设A = 1,
B = 2 (f 4-
f
3′) , C =
f
2 4
-
2f ′23f 4, 则
B 2- 4A C = f ′23> 0
得:
p
2 34
+
2 (f
4-
f
3′) p 34+
f
2 4
-
2f ′23f 4< 0 有解,
图 1 常见的投影变焦距系统 F ig. 1 Fam il iar projection zoom len s
1. 2 远心光路设计方案 若要保证整个变焦过程都是远心光路, 可将光
阑置于L 3 的前焦面上, 与L 3 固联, 去掉后固定组。 其变焦过程见图 2 所示。 这样, 其他组元就必须分 担更多的光焦度, 但因L 1 的口径很大, 不利于像差 的校正 (因为系统总长是变化的) , 故不便装调。
f
5) dq4
(8)
在运动过程中, 若要保持像面位置固定不变,
L 4 产 生 的 像 面 偏 移 需 由L 2 和L 3 的 移 动 来 补
图 5 投影变焦距远心系统 F ig. 5 Telecen tr ic zoom len s system
f ′5= 24. 77mm。 表 1 列出系统变焦过程中的主要 参数。 图 6 和图 7 分别是系统长焦 (T )、中焦 (M )、 短焦 (W ) 时的传递函数曲线和畸变曲线。 可以看 出, 系统各位置的传递函数都达到了较高的值, 畸 变也都小于 1% , 成像质量很好。
Abstract: T he con t inuou s telecen t ric zoom len s fo r a d ig ita l ligh t p rocesso r (DL P ) p ro jecto r w ith p rism s is p resen ted. T he to ta l in terna l reflect ion (T IR ) p rism s betw een the zoom len s and the d ig ita l m icro 2m irro r device (DM D ) a re ana lyzed. To ob st ruct the fa lse ligh t, it is p referab le tha t the p ro jecto r zoom len s ha s a telecen t ric inciden t side. To study the st ructu re of telecen t ric beam p a th fo r zoom len s system , the ax ia l d isp lacem en t equa t ion fo r the stop w a s deduced, w h ich keep the system telecen t ric in a ll zoom po sit ion. A th in len s g roup fixed w ith the stop sha res the pow er of the o thers and m akes the cam cu rve sm oo th. Key words: telecen t ric beam p a th design; p ro ject ion zoom len s; p ro ject ion op t ics; op t ica l design
4) 2+
dp 34
(4)
对于光焦度为负的薄透镜系统, 可近似认为- f 3=
f ′3< 0, 于是有:
dp S 4=
(p 34+ f 4) 2- 2f 3′(p 34+ (p 34- f 3′+ f 4) 2
f
4) dp 34
(5)
可以证明:
(p 34+ f 4) 2- 2f 3′(p 34+ (p 34- f 3′+ f 4) 2
即 (p 34+ f 4) 2- 2f ′3 (p 34+ f 4) < 0 有解。
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应用光学 2006, 27 (4) 梅丹阳, 等: 变焦距投影光学系统中的远心光路设计
所以, 当dp S 4与dp 34符号相反时, 光阑的移动方 向与L 4 移动方向反向、与L 2 的移动同向。 1. 3 光阑固联透镜
图 2 光阑与补偿组固联 F ig. 2 The stop f ixed w ith com pen sa tion
为使系统总长不变且口径不至于过大并具有 像方远心的特性, 采用图3 所示 (图3 中略去了透镜 组L l 和L 2) 的结构。 把光阑放在第 3 组透镜之前,
图 3 光阑位于系统中间情况
式中, p 34表示L 3 与L 4 之间的距离, 光阑的运动特 性曲线可用它与后固定组L 4 的距离 p S 4描述:
p S 4= p S 3+ p 34= -
f p 34-
3f ′3 f ′3+
f
-
4
f 3+ p 34
(3)
2 边微分得到光阑与透镜组L 4 的运动关系:
dp S 4=
f 3f ′3dp 34 (p 34- f 3′+ f
长焦 中焦 短焦
p 45 mm 2. 600 27 3. 900 02 5. 200 55
表 1 各组分参数 Table 1 The param eters of every group
由于光阑与L 2 的移动方向相同, 因此可以在 光 阑前加一个光焦度与L 2 性质相同的透镜L 3, 如 图4 所示。L 3 用来分担L 2 的光焦度并可使L 2 的运 动曲线变平缓, 而且还可减小光阑后面透镜组的口
径。由 (5) 式得知, 此时光阑与透镜组L 3 共同的运 动规律为
dp 35=
(p 45+ f 5) 2- 2f ′4 (p 45+ (p 45- f 4′+ f 5) 2
引言
投影镜头的主要作用是将数字光阀上的图像 投影到大屏幕上。 针对DL P 投影仪的数字光阀 DM D , 为使屏幕上得到的图像质量较高, 分析了 DL P 投影镜头应满足的性能, 确定了投影镜头设 计方案。在DL P 投影系统中, 将经处理的视频信号 加载于DM D 上, DM D 把经全反射棱镜的入射光 反射到光学镜头, 光学镜头把图像放大投射到屏幕 上。根据光路可逆性, 设计投影镜头时, 把屏幕作为 物, DM D 作为像。但因全反射棱镜的引入, 大大加
远心系统
作用：可以消除像方调焦不准引入的测量误差 用途：大地测量仪器。
物像双远心光路原理及作用
• 综合了物方/像方远心的双重作用。 主要用于视觉测量检测领域。
物像双远心镜头优势特点
1、大景深 2、景深范围内物像倍率不变。
远心镜头的照明方法
• 均匀、平行背光 • 同轴照明 • 环形侧照明
远心镜头的缺点
物方远心光路原理及作用
• • • • • • 物方主光线平行 于光轴主光线的 会聚中心位于像 方无限远，称之 为：物方远心光 路
• 作用： • 可以消除物方由于调焦不准确带来的，读数误差 • 用途：测量读数显微镜
像方远心光路原理及作用
• • • • • • 像方主光线平行 于光轴主光线的 会聚中心位于物 方无限远，称之 为：像方远心光 路
远心物镜系统
远心系统成像原理
在光电检测中, 常常在生产线上对工件 进行动态测量。如测量钢丝直径,玻 璃管直径等。对物体(工件)大小的测 量,一般是将物体按一定倍率要求, 经 光学系统成像在 CCD 的接收面上。 光信号转变成电信号后,经微机处理, 可数字显示测量结果。
• 图中,在物镜L 的像方焦平面F′处设置孔径光阑, 即物镜的 出瞳, 其入瞳位于物方无限远处。 物体B 1B2上各点发出的 光束经物镜L后, 其主光线通过光阑中心所在的像方焦点F ′ , 而其物方主光线均平行于光轴。 如果物体B1B 2 正确 地位于光电器件接受面 M1M2 相共轭的位置A 1 处, 则在 光电器件上像的长度为M1M 2; 如果物体B 1B2 沿光轴方 向有所移动,不在位置A 1处, 而在位置A2处时, 那么它的像 面B1′ B2′ 将与光电器件接受面不重合，在光电器件上 得到的是B1′ B2′ 点的投影像。由于 B1′ B2′ 与M1 M2 二者不重合, 使像点B1′ 、 B2′ 在M 1M2上 • 形成弥散斑。其中心仍为M1和M2点，按此投影像读出的长 度仍为M2M1。这就是说，上述物距改变并不影响测量精度。
四片式变焦距长波红外光学系统设计
Ｖｏ ｌ － ３ ６ Ｎｏ ． ５ ０ ｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
四片式变焦距长波红外光学 系统设计
车新 宇 ，秦 志鹏 ， 肖颖 ，张雅琳 ，戴 月
（ 长春理工大学
摘
光 电工程学 院，长春
１ ３ ０ ０ ２ ２ ）
要 ：针 对 ３ ２ ０ ｘ ２ ４ ０焦平 面阵列探测 器 （ 像元 大小 ２ ５ ￣ ｚ ｍｘ ２ ５ ｇ ｍ） ，设 计 了一 个 变倍 比为 ３ 倍 的 长波红外连 续变焦光 学系
统 ，其 工作波段 为 ８ ～１ ２ ｍ，从短 焦到 长 焦位 置的 Ｆ ． 数从 Ｏ ． ９ ８到 ０ ． ８ ５ 逐 渐减 小 ，可 实现 焦距 在 ４ ５ ￣１ ３ ５ ｍｍ范 围内连 续 变
焦。该 系统 由４ 组元 组成 ，每个组 元仅 有一 片透镜 ；共 ８ 个 面，其 中５ 个为非球 面、１ 个为衍 射 面。使 用Ｚ Ｅ ＭＡＸ光学设计
ｏ ｎ ｅ ｄ ｉ ｆ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｂ ａ ｌ ｎｃ ａ ｅ ａ ｂ ｅ ｒ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｆ ｏ ｃ ａ ｌ ｐ ｌ ｎｅ ａ ａ ｒ ｒ ａ ｙ（ Ｆ Ｐ Ａ） ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｆ ３ ２ ０ ｘ ２ ４ ０ ｐ ｉ ｘ ｅ ｌ ｓ ｎｄ ａ
ｅ ｖ ｅ ｒ ｙ ｐ ｉ ｘ ｅ ｌ ｐ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｓ ２ ５ ｘ ２ ５ ｇ ｍ ．Ｔｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｖ ｅ ｂ ａ ｎ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ８ ｇ ｍ￣ １ ２ ｇ ｍ ．Ｔｈ ｅ ｆ ｏ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ — —
远心光学系统设计
远心光学系统设计远心光学系统是一种常见的光学系统，广泛应用于望远镜、显微镜、摄影机等领域。
它基于远心原理，能够实现有效地成像和观察远距离的目标。
在本文中，我将深入探讨远心光学系统的设计原理、要素和优缺点，并分享我的观点和理解。
一、远心光学系统的设计原理远心光学系统是基于光线沿近似平行光方向传播的原理而设计的。
其设计目的是使光线聚焦于无穷远处，以实现对远距离目标的清晰成像。
为了实现这一目标，远心光学系统通常由凸透镜、凹透镜和透镜组等组件组成。
通过适当选择和排列这些组件，可以使光线在系统内发生折射和散射，最终形成清晰的像。
二、远心光学系统的设计要素1. 透镜选择：远心光学系统中使用的透镜类型和参数将直接影响系统的成像效果。
常见的透镜包括凸透镜、凹透镜和透镜组等。
设计时需要考虑透镜的折射率、曲率、直径等因素，以使光线经过透镜后能够正确聚焦。
2. 透镜排列：透镜的排列方式也是远心光学系统设计中需要考虑的重要因素。
透镜的位置和距离会影响光线的传播和聚焦效果。
一般情况下，凸透镜和凹透镜交替排列，以使光线能够正确地聚焦于无穷远处。
3. 光圈控制：光圈是远心光学系统中的调节装置，用于控制光线通过系统的数量和方向。
通过调节光圈的大小，可以改变系统的光通量和景深，从而获得不同的成像效果。
4. 畸变校正：远心光学系统中常见的畸变包括球差和色差。
球差会导致成像位置的偏移，而色差则会导致成像处的色彩偏移。
在设计中，需要通过选择适当的透镜材料和加入补偿元件来校正这些畸变，以获得高质量的成像效果。
三、远心光学系统的优缺点优点：1. 广阔的视野：远心光学系统设计能够提供广阔的视野，使观察者可以清晰地观察到远距离的目标。
2. 高质量的成像效果：远心光学系统通常能够产生高质量、清晰的成像效果，使观察者能够更好地观察和分析目标。
3. 适用范围广：远心光学系统广泛应用于望远镜、显微镜、摄影机等领域，满足了人们对于远距离目标观察和成像的需求。
工程光学第四章光学系统中的光阑和光束限制
设置方法:
光圈优先:指由机器自动测光系统计算出曝光量的值，然后根据你选定的光圈大小自动决定用多少的快门。手动设置光圈值，由测光结果自动调整快门速度。
★入射光瞳：孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间） ★出射光瞳：孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）
照相机镜头中的孔径光阑
孔径光阑
孔径光阑
物像关系
后面 光学 系统
入瞳
出瞳
孔径光阑
前面 光学 系统
整 个 光 学 系 统
出瞳
孔径 光阑
入瞳
出瞳：决定光学系统的像方光束的孔径角。
入瞳：决定光学系统的物方光束的孔径角。
2
没有对光学零件的大小加以限制
3
01
通常光学系统中用一些中心开孔的薄金属片来合理地限制成像光束的宽度、位置和成像范围。这些限制成像光束和成像范围的薄金属片称为光阑。
02
如果光学系统中安放光阑的位置与光学元件的某一面重合，则光学系统的边框就是光阑
4-1 光阑
使用光圈优先模式的目的是，使用者可以自己控制景深。在风景摄影中，当使用者希望近处和远处的画质都要清晰，而快门速度并不重要的时候，需要设定一个较小的光圈值。在人物摄影中，相机使用者更希望一个较大的光圈值，使得人物的背景失焦，用以强调人物主题而淡化背景。
02
使用光圈优先的另一个目的是让相机选择快门速度，以防止不恰当的曝光时间。在风景摄影中，使用者当为瀑布拍照时，会选用较大的光圈值，也就是较小的光圈配合较长快门时间，使得瀑布的水滴变得模糊。但当在较暗的灯光下摄影时，一个较小的光圈值，也就是获得更大的光圈，使更多的光线进入镜头。
提高变焦电视光轴稳定性的装调工艺技术研究
提高变焦电视光轴稳定性的装调工艺技术研究马爱秋;杨朋利;白钊;张明;付晓庆;曾波;刘伟光【摘要】针对连续变焦镜头光轴稳定性精度难以控制的问题,分析了影响光轴稳定性的主要因素,运用UG软件对连续变焦电视的曲线套筒和导杆进行了三维实体建模,应用有限元的方法对该模型进行了热力学分析;提出了有别于原有调校措施的方法和控制数据,采用胶粘与压圈相结合的双重固定方式来固定前组镜,提高了该型连续变焦镜头装调过程光轴稳定性,将产品的光轴稳定性从原来的12″以内提升到5″以内,为后续同类产品的研制奠定了装调基础和理论依据.通过试验验证了所提出方法的有效性.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】5页(P602-606)【关键词】变倍组;补偿组;连续变焦;光轴稳定性【作者】马爱秋;杨朋利;白钊;张明;付晓庆;曾波;刘伟光【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN206连续变焦镜头的焦距可连续变化，在图像上表现为目标的大小可以连续变化，产生由远及近的感觉，满足人眼观察需求。
特别是在光电跟踪系统和侦察系统，连续变焦镜头这种视场连续变化的特性具有非常重要的意义[1-3]，它可以对目标进行更细的观察，更容易实现在复杂背景下对目标的搜寻、观察。
因此，高精度大变倍比的连续变焦镜头在自动跟踪及无人侦查平台等领域具有广泛的应用[4-6]。
大变倍比的连续变焦镜头性能指标要求高，既要保证全程范围成像清晰，又要保证光轴的平行性与稳定性，还要使其运动部分在工作的温度范围内保持滑动顺畅。
因此，在产品装调过程中，如何保证设计精度，满足产品的性能要求，这就对产品精密装调提出了更高的要求[7-10]。
变焦距投影光学系统中的远心光路设计
引 言
投 影镜 头 的 主要 作 用 是将 数 字 光 阀上 的图像
长 了投影 镜头 与像 面之 间 的距离 。而 后截 距口 、 ］棱
镜组 各 面 之 间所 成 的角 度 对投 影 镜头 的像 方 出射 光线 的角度要 求 比较严 格 ， 为使棱 镜 系统不 阻碍正 常光 线 并避免 杂散 光通 过 ， 主光线 与光轴 的夹角要 设 计 得尽 量 小 ， 主光 线 在像 方 与光 轴 近 似平 行 ， 即 这 可用 像方远 心光 路来 实现 。
Ｍ ＥＩＤａ — ａ ｇ，ＪＡ Ｏ ｉｇ ｙ ｎ ｎｙｎ Ｉ Ｍ ｎ — ｉ
（ ｎ Ｉ ｓ ｉｕ ｅ ｏ ｐ ｉｄ Ｏｐ ｉｓ，Ｘｉ ｎ ７ ０ ６ ， ｉ ａ ｘｉ ｎ ｔｔ ｔ ｆＡｐ ｌ ｔｃ ａ ｅ １ ０ ５ Ｃｈ ｎ ） ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｏ ｔｎ ｏ ｓ ｔｌｃ ｎ ｒ ｏ ｍ ｅ ｓ ｆｒ ａ ｄ ｇｔ ｌｌ ｈ ｒ ｃ ｓｏ （ ｅ ｃ ｎ ｉ ｕ ｕ ｅｅｅ ｔｉ ｚ ｏ ｌｎ ｏ ｉｉａ ｉ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ＤＬＰ）ｐ ｏｅ ｔ ｒ ｃ ｇ ｒ ｊｃｏ
投 影 到 大 屏 幕 上 。针 对 Ｄ Ｐ投 影 仪 的 数 字 光 阀 Ｌ Ｄ ＭＤ， 使 屏 幕 上 得 到 的 图 像 质 量 较 高 ， 析 了 为 分
Ｄ Ｐ投 影 镜 头应 满 足 的性 能 ， 定 了投 影 镜 头 设 Ｌ 确
计 方案 。 在Ｄ Ｐ投影 系统 中 ， 经处理 的视 频信 号 Ｌ 将 加载于 Ｄ ＭＤ 上 ， ＭＤ 把 经全 反 射 棱 镜 的入 射 光 Ｄ 反射 到光学 镜 头 ， 光学 镜 头把 图像放 大投 射 到屏幕 上 。 据光 路可 逆性 ， 根 设计 投影 镜头 时 ， 屏幕 作为 把 物， ＤＭＤ作 为像 。但 因全反射 棱镜 的引入 ， 大大加
变焦投影物镜光学系统设计
变焦投影物镜光学系统设计罗春华;岳品良;张东虎;梁久伟【摘要】设计了在相同光学引擎、相同屏幕位置下,能满足不同屏幕尺寸需要的变焦投影物镜.该变焦投影物镜的焦距变化范围为22 mm～37 mm,视场角为46°～75°,F数为2.8.考虑设计的光学系统要求相对孔径较大,具有大视场角和小变焦倍比,根据变焦理论,采用正组补偿的机械补偿法,并对变倍组、补偿组进行合理的倍率选段,求出高斯解;然后对各组元分别选用合理的初始结构,利用Zemax光学设计软件进行优化设计,适当添加非球面.采用二、四组元运动的机械补偿法解决了大视场变焦系统畸变难以控制的问题,并利用调制传递函数综合评价了整个光学系统.设计结果表明:该变焦投影物镜系统的光学结构和成像质量均符合设计指标要求,在空间频率64 Lp·mm-1处调制传递函数(MTF)值均大于0.3,畸变小于1％.%Zoom projection lens are designed to meet requirements of different screen size with same optical engine and screen position.Focal length of zoom projection lens ranges from 22 mm to 37 mm,viewing angle is 46° to 75°,and F number is 2.8.Considering design of optical system requiring a relatively large aperture,with large field of view and small zoomratio,according to zoom theory,positive mechanical compensation configuration is adopted,reasonable magnifications of zoom configuration are chosen and Gauss roots are derived.Appropriate primal configurations based on each subassembly are chosen.Optimization design is carried out with Zemax optical design software,and added proper aspheric surface.Mechanical compensation method of two and four component motion is used to solve problem that distortion of large field of view isdifficult to control,and whole optical system is evaluated synthetically by using modulation transfer function (MTF).Design results show that optical structure and image quality of zoom projection objective system meet design requirements.Spatial modulation transfer function (MTF) value is more than 0.3 at spatial frequency of 64 lp · mm-1,and distortion is less than 1％.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】7页(P180-186)【关键词】变焦投影物镜;机械补偿法;调制传递函数【作者】罗春华;岳品良;张东虎;梁久伟【作者单位】长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012;长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012;长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012;长春理工大学光电信息学院,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TN202从1839年由奥古斯特发明的历史上第一台投影仪——幻灯机，到后来的光学投影仪，再到现在的数字投影仪以及液晶投影仪，投影技术已经不单单是满足放映清晰高效的影像效果的简单要求了。
入门：光学设计的基本步骤
入门：光学设计的基本步骤任何一种光学仪器的用途和使用条件必然会对它的光学系统提出一定的要求，因此，在我们进行光学设计之前一定要了解对光学系统的要求。
这些要求概括起来有以下几个方面。
一、光学系统的基本特性光学系统的基本特性有：数值孔径或相对孔径；线视场或视场角；系统的放大率或焦距。
此外还有与这些基本特性有关的一些特性参数，如光瞳的大小和位置、后工作距离、共轭距等。
承接光学设计项目二、系统的外形尺寸系统的外形尺寸，即系统的横向尺寸和纵向尺寸。
在设计多光组的复杂光学系统时，外形尺寸计算以及各光组之间光瞳的衔接都是很重要。
三、成象质量成象质量的要求和光学系统的用途有关。
不同的光学系统按其用途可提出不同的成象质量要求。
对于望远系统和一般的显微镜只要求中心视场有较好的成象质量；对于照相物镜要求整个视场都要有较好的成象质量。
四、仪器的使用条件在对光学系统提出使用要求时，一定要考虑在技术上和物理上实现的可能性。
如生物显微镜的放大率Г要满足500NA≤Г≤1000NA 条件，望远镜的视觉放大率一定要把望远系统的极限分辨率和眼睛的极限分辨率一起来考虑。
光学系统设计过程所谓光学系统设计就是根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4 个阶段：外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及象质评价。
一、外形尺寸计算在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使满足给定的技术要求，即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离光阑位置和外形尺寸等。
因此，常把这个阶段称为外形尺寸计算。
一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。
计算时一定要考虑机械结构和电气系统，以防止在机构结构上无法实现。
每项性能的确定一定要合理，过高要求会使设计结果复杂造成浪费，过低要求会使设计不符合要求，因此这一步骤慎重行事。
变焦光学系统课程设计
变焦光学系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解变焦光学系统的基础理论，掌握变焦透镜的构造和原理。
2. 学生能够描述变焦光学系统在不同焦距下的成像特点及其应用。
3. 学生能够运用数学公式计算变焦光学系统中的焦距、放大率等基本参数。
技能目标：1. 学生通过实验操作，掌握变焦透镜的调节方法和技巧。
2. 学生能够运用所学知识分析和解决实际光学问题，如简单的相机调焦问题。
3. 学生能够设计简单的变焦光学系统，并进行模拟或实际搭建。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对光学科技的兴趣，激发探索光学未知领域的热情。
2. 学生通过小组合作学习，培养团队协作精神和沟通能力。
3. 学生通过光学知识的学习，增强对科学方法的认识，形成严谨的科学态度。
课程性质：本课程为理科学科，以理论讲授和实验操作相结合的方式进行，注重培养学生的理论知识和实践技能。
学生特点：考虑到学生处于高年级，已具备一定的物理和数学基础，能够理解较为抽象的光学概念，并具有一定的实验操作能力。
教学要求：要求教师能够清晰讲解光学理论，通过实例分析和实验操作，使学生能够将理论与实践相结合，达到学以致用的教学目的。
同时，注重学生的参与和思考，引导他们主动探索光学知识。
通过具体的学习成果分解，为教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容本节教学内容紧密围绕课程目标，结合课本第四章“变焦光学系统”展开。
1. 理论部分：- 变焦光学系统概述：介绍变焦光学系统的基本概念、发展历程及应用领域。
- 变焦透镜原理：讲解变焦透镜的构造、工作原理及其数学描述。
- 成像特性：分析在不同焦距下，变焦光学系统的成像特点及其影响。
2. 实践部分：- 变焦透镜调节方法：指导学生掌握变焦透镜的调节技巧，学会在不同焦距下观察成像特点。
- 实验操作：设计实验，让学生亲自动手搭建简单的变焦光学系统，观察成像过程。
3. 教学大纲：- 第一课时：介绍变焦光学系统概述，讲解变焦透镜原理。
- 第二课时：分析成像特性，演示变焦透镜调节方法。
DLP光显电视投影镜头光路设计
只有采用远心光路设计才能达到相对亮度>90%的要求。 5 色差要求
垂轴色差＝0.0065mm，这个设计指标较高，可放宽到0.008mm。
1 投影距离
(1) 由技术指标可知象高＝10.5mm，屏幕尺寸＝40～60”＝ 1016～1524mm
(注：1”=1 英寸= 25.4mm）
屏对角线尺寸范围
(2) 焦距＝12.9mm(可看作屏幕对角线尺寸＝1270mm时的焦距)，，可近似认为800mm。
(3) 可通过电路调整实现变焦。
说明
1 确定非球面方程：本例重点是为了说明仿型设计中的关键技术，是非球面方 程的建立。前面介绍了由网上给出了系统图，其中含有非球面时方程的建立。 但多数情况是有了好的镜头，应如何测量出非球面的形值点，我用的方法是做 了球径仪非球面附助测量圈，在球径仪上测量，具有较高的精度。
2 玻璃材料的确定：先用正镜，负镜材料的平均参数值，然后用RGLA 粗定玻璃， 再用MNIN，MXIN，MNAB，MXAB精确定玻璃。
我们这里是假定手中有个成象质量很好的DLP镜头，并可通过球径仪测得各 面半径，通过测厚仪测得各透镜的厚度（这些不难实现）。或有这类成象质量好 的镜头光路图，送往AUTOCAD中描绘得到各面结构参数（包括非球面）。这里 各镜玻璃材料未知，以此为出发点应如何设计出好的投影镜头呢？
可先假定正镜材料取其平均值：Nd=1.55，Vd=60；负镜材料取其平均值： Nd=1.65，Vd=40。将材料参数设为变量，然后通过控制操作数在优化过程中使 0W0H，0W1H，1W0H的色差为零，S1、S2、S3、S4、S5为零，从而由初级象 差比较小的解导出了材料参数的合理值。