基于ZEMAX二组运动变焦系统凸轮曲线优化

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1、第36卷第4期光电工程、，01．36．No．42009年4月Opto-ElectronicEngineeringApril，2009文章编号：1003—501X(2009)04—0060—04基于ZEMAX二组运动变焦系统凸轮曲线优化林明发，余晓芬(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，合肥230009)摘要：凸轮曲线优化是机械补偿变焦距光学系统后期设计的一个重要环节。只有沿着准确的凸轮曲线控制变焦距系统的活动组份，才能保证有稳定良好的像质。本文提出一种基于ZEMAX的凸轮曲线优化设计新方法。该方法利用ZEMAX宏语言编写变焦距

2、系统凸轮曲线设计程序，得到变倍组和补偿组之间准确的相对位移关系。同时，该程序能够计算出随着光学系统焦距变化的像斑尺寸连续变化曲线，实现在设计凸轮曲线的同时，随着焦距的连续变化，实时了解光学系统综合像质走向。此举对凸轮曲线的合理性提供了至关重要的佐证。关键词：ZEMAX；ZPL；变焦距系统；凸轮曲线优化设计；变焦显微镜中图分类号：TB133文献标志码：AOptimumDesignoftheCamCurveofTwo·-variable—-unitZoomSystemBasedonZEMAXLINMing-fa，YUXiao-fe

3、n(SchoolofInstrumentScienceand@to—electronicEngineering,HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Oneofthemostimportantstagesinthelaterperiodofzoomsystemdesignistooptimizethecamcurve．Wecai1notguaranteethefinalimagesurfacestableunlessthevariablepaasofthe

4、zoomsystemmovealongtheaccuratecam．curve．AnewmethodbasedonZEMAXiSpresentedinthisarticle．ByutilizingZEMAXProgrammingLanguage(ZPL)tocreateaprogram，wecallobtaintheaccuraterelationshipofdisplacementsbetweenthezoominggroupandthecompensatinggroup．Meanwhile，theprogramcanfig

5、ureoutthecontinuouschangeofthespotsizeintheimagesurfaceduringthewholezoomingprocess，whichhelpsUSknowthesyntheticalimagequalityandprovidesstrongevidencetothereasonablenessofthecamcurve．Keywords：ZEMAX；ZPL；zoomsystem；optimumdesignofcamcurve；zoommicroscopy0引言变焦距系统是使系统中两

6、个或者两个以上的透镜组移动，从而改变组合焦距，并且保持最后像面位置不变，使系统在变焦过程中获得连续清晰的像【lJ。根据变焦补偿方式的不同，变焦距物镜可分机械补偿法变焦距物镜、光学补偿法变焦距物镜、光学机械混合补偿法变焦距物镜以及全动型变焦距物镜。目前，变焦距光学系统已经在各种仪器上获得了广泛应用。变焦镜头正朝着高倍率、大相对孔径、大视场、小型化和高成像质量的方向发展。但实际上这些要求之间是相互矛盾的。根据不同需求，产生了不同类型的变焦镜头J。随着机械加工工艺的改进，目前加工凸轮曲线大多采用数控机床，加工误差影响的概率大大减小，

7、机械补偿式变焦镜头得到快速发展。凸轮曲线优化设计也因此成为变焦镜头后期设计的重点。四组元正组机械补偿法变焦光学系统由前固定组、变倍组、补偿组、后固定组组成p。变倍组和补偿组之间运动关系的传统计算方法是利用高斯光学理论，在给出一定的初始条件后，如变倍组的起始倍率和补偿组的焦距，基于变焦距系统的像面条件约束，即变倍组和补偿组的共扼距之和始终保持不变，求出变收稿日期：2008-11-06；收到修改稿日期：2009—0卜20基金项目：国家自然科学基金资助项目(5O775O63)；安徽省高等学校“现代测试与制造质量”省级重点实验室资助项

8、目作者简介：林明发(1984-)，男(汉族)，福建福清人。硕士研究生，主要从事变焦距光学系统的设计。E-mail：linmingfa@yahoo．cil。第36卷第4期林明发等：基于ZEMAX二组运动变焦系统凸轮曲线优化61焦距系统各个组份的焦距以及系统在短焦，中焦和长焦状态