五组元变焦镜头凸轮曲线设计

变焦镜头设计过程中,为了实现变焦镜头更好的变焦效果,需要设计出优良的变焦凸轮,而变焦凸轮曲线的设计是设计出好的变焦凸轮的关键,变焦凸轮曲线设计的好坏直接影响最终成像质量.首先通过对投影灯镜头系统划分为五组元变焦结构,在CODE V中将所得镜头材料转成SCHOOT材料,并在CODE V中把变焦过程设置成9重结构的方式,然后运行五组元变焦宏程序后,得到五组元变焦镜头的变焦数据,最后利用AUTOCAD软件的多线PL命令最终作出变焦镜头凸轮曲线图.所得凸轮曲线既要保证凸轮有较小的压力角,还要有一定的锁紧力.     

变焦凸轮曲线的优化设计方法

变焦凸轮是变焦镜头中驱动各个镜组运动的关键部件,凸轮曲线的设计结果决定了变焦系统的运动性能、系统精度以及系统成像等方面的特性,因此,变焦凸轮的设计是变焦距镜头设计中重要环节之一,优良的凸轮性能是实现镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的基本要求。为了设计出优良的曲线形态以确保凸轮具有较小的压力角,使变焦过程平滑稳定、运动流畅,既能有效减小变焦系统的驱动力矩,又可以确保变焦成像的稳定性。在凸轮设计过程中,分别构造凸轮变倍组和补偿组驱动力矩与各自压力角的函数表达式,再以它们的函数组合构造整体目标优化函数,优化计算变倍曲线压力角与补偿曲线压力角的最优值,优化计算结果表明,优化后凸轮等效驱动力矩显著减小,能够有效改善变焦凸轮的整体性能。     

连续变焦光机系统凸轮轮廓设计

介绍了光学连续变焦物镜的工作原理以及光路计算过程。对绘图法设计凸轮轮廓产生误差的原因进行了简单分析。利用Pro/E设计软件,对凸轮零件轮廓进行了三维详细设计,准确还原了连续变焦光学系统中变倍组和补偿组透镜的运动规律,提高了凸轮轮廓的设计精度。     

多组元全动型变焦物镜设计

为了寻找求解多组元全动型变焦系统更加简单而有效的方法,采用程序法的形式,通过给定初始参数(各组元倍率、间隔),对目标系统进行初始数据计算;然后通过给定其限制条件(正切差、变焦曲线曲率、视场角和系统总长)作为控制指令对数据进行优化;最终给出满足条件的光焦度分配,并计算出系统各组元数据参数。为了验证该方法的可行性,以四组元全动型变焦物镜为例,计算出了满足条件的系统参数,通过程序给出的初始数据在光学设计软件Zemax上完成光学系统仿真设计。将程序给出的光焦度分配与Zemax给出的焦距结果进行了对比,结果表明两者数据非常接近,从而证实了该方法的可行性。     

基于ZEMAX的二维变焦扩束光学系统设计

针对板条激光器出射光束的尺寸控制问题,设计了一个在X方向扩束倍率为14~20×,Y方向扩束倍率为1.25~1.55×的二维连续变焦扩束光学系统。通过对三组元变焦系统的分析,在理论上推导出固定组、变倍组以及补偿组之间的运动轨迹。利用ZEMAX对理论值进行优化,使系统像差满足使用要求。该系统工作波长为1064 nm,可将尺寸在一定范围内的出射光束扩束整形至35~40 mm。该系统具有结构简单、变焦行程短以及变焦曲线平滑等优点。     

一种连续变焦凸轮优化设计及试验验证

具备连续变焦功能是目前先进红外热像仪的重要特征之一,而变焦凸轮是驱动连续变焦光学系统中各镜组运动的关键部件。为了设计出良好性能的变焦凸轮结构,本文首先应用动态光学理论推导出变焦光学系统的像移补偿组公式得到像移补偿组的轨迹曲线,然后利用序列二次规划法（sequential quadratic programming, SQP）优化算法来减小动态光学曲线的压力角,结合光机设计理论运用Creo进行凸轮曲线生成及凸轮槽切除从而获得变焦凸轮结构。再基于有限元分析理论对凸轮结构进行分析,最终通过变焦系统运动及成像结果确认本文方法可行。     

连续变焦镜头凸轮曲线压力升角优化研究

连续变焦镜头凸轮曲线压力升角优化设计是镜头性能的重要影响因素.结合镜头中凸轮驱动结构形式及力学理论,分析了凸轮曲线的压力升角对系统传动力矩的影响;结合机械加工误差以及压力升角模型,提出凸轮曲线优化约束条件及优化原则;同时借助Gauss函数的平滑特性,实现凸轮曲线沿垂直于光轴方向非均匀展宽的优化方法,抑制凸轮曲线的最大升...     

基于Matlab的变焦光学系统设计

为了降低变焦距系统设计时对经验的过度依赖,提出用Matlab仿真分析来分配变焦系统各组元光焦度。以组元之间的间隔为初始量,把变倍组的物距作为自由量,通过计算公式求出满足间隔要求的光焦度分配和组元运动形式。并通过Matlab仿真,画出变焦过程中各组元移动轨迹,分析各组元偏角、视场角等因素对系统复杂程度的影响,合理分配各组的光焦度,最后制定出初始结构。对没有经验的设计者,是一种很好的方法。为了验证该方案的可行性,设计一个14×正组补偿型变焦系统,所设计系统优化后的光焦度分配值和计算的结果很接近。     

微形貌观测镜变焦系统的设计

提出的微型变倍微形貌观测镜光学系统是以微型内窥观测系统作为整个系统的前固定组、以变倍组和补偿组构成双组元全动型变倍系统,以CCD作为固定像平面的观测系统。利用高斯光学计算公式建立了系统的数学模型,计算了变焦透镜组的运动曲线。选定了该系统初始结构,进行了像差优化计算,给出了像差曲线和最终的设计数据,符合像差要求。该系统具有3种应用形式,整个系统是连续变倍内窥式微形貌观测镜,其前固定组是内窥式微形貌观测镜,其变倍系统是连续变倍微形貌观测镜。变焦范围6×～16×,分辨最小细节可达2.5μm左右。     

红外连续变焦镜头凸轮曲线优化及运动学仿真

随着制造技术的发展, 机械补偿式变焦镜头的使用也越来越广泛.光学系统变焦的精确性、平滑性和驱动力均衡性主要取决于变焦凸轮, 而变焦凸轮的压力角与凸轮外径、凸轮转角范围以及变倍组的运动规律有关.本文以某款红外连续变焦镜头为例, 不改变凸轮外径和凸轮转角范围, 对变倍组的运动规律进行优化设计, 并通过ADAMS对优化后的模型进行运动学仿真.仿真结果表明:该优化方法可以降低变焦凸轮在短焦段和长焦段的压力角, 消除变倍组等速运动时的刚性冲击.     

基于嵌入式系统自动连续变倍视频显微镜

介绍了文中嵌入式系统总体设计思路,及在连续变倍系统中应用的嵌入式技术,在降低了成本的同时能快速地实现自动变倍、调焦和检测功能。阐述了电控变倍和自动调焦两方面技术,即机械传动部分采用小模数齿轮实现机械运动和动力的传递,单片机电路控制部分实现计数脉冲的获取和电机的控制。该系统可按预先设定的方式控制电机,实现了视频显微镜的电控变倍和自动调焦,可满足部分工业生产过程在线自动检测的要求,同时为机器视觉检验提供了一种可行的方案。     

基于双线性内插算法的多路视频的缩放设计

基于双线性内插算法,设计改进了一种以FPGA为硬件平台的多路视频信号的图像缩放装置.把与期望位置相邻的两行像素缓存在RAM中,先对垂直方向进行插值运算,再对水平方向进行插值运算.利用FPGA并行处理的优势实现多路视频信号的实时缩放.     

空间链路模拟器的连续变焦光学设计

为实现对激光通信系统终端的实验室性能检测,需在实验室中采用光学方法模拟空间不同距离的激光传输。根据前置傅里叶变换镜的参数,提取了链路衰减系统的初级设计指标,并根据指标要求巧妙利用了光学放大、变焦系统级联的思想,实现可变距离的空间链路过程模拟;利用ZEMAX光学软件设计了单级3~10倍连续变焦的模拟系统,给出了单级放大率和变焦系统之间的曲线。单级系统总长309 mm,结构紧凑,全视场波像差优于0.05λ,光线能量集中。通过理论分析,四级级联可实现等效为103~105km的传输距离,从而满足大多数激光通信终端的检测要求。     

基于FPGA+单片机的调焦变倍系统设计

在光电探测领域中以往对相机调焦变倍多采用单片机( MCU)控制完成,其优点在于易于编程实现.因为要求实时控制相机的变倍、调焦,其程序的编写多采用查询方式实现,这就使单片机始终处于十分繁忙的状态,利用率降低,此外当调焦、变倍电机到达限位位置时,由于单片机是采用查询方式工作,这就导致电机到达限位与实际停止电机转动之间存在时间差,这种时间差导致电机发生堵转,容易把电机或调焦变倍驱动机构烧毁.文章采用单片机+FPGA方式进行调焦变倍控制,单片机负责通信,FPGA根据命令实现调焦变倍控制.FPGA实现调焦变倍的优势在于响应速度更快、此外能够真正实现控制电机运转和监测电机运行状态同时进行,当电机运行到限位位置能够及时停止电机运转,有效避免堵转现象发生.     

一种红外变焦距像面变化量的测量方法

大变倍比连续变焦红外成像系统能够同时应用于大视场下的目标搜索和小视场下的高精度跟踪测量。由于变倍比很大,在整个变焦范围内均保持良好的成像质量就成了其设计验证的难点。为了解决这一问题,本文利用调制传递函数对变焦距像面的变化量进行测量和验证。红外成像系统整机调制传递函数的主要测试方法有斜狭缝法和斜刃边法。在对两者的测试特点和影响要素进行分析比较后,选取斜刃边法作为红外成像系统整机调制传递函数的测试手段。通过用调制传递函数对现有的大变倍比测试样品在各特征焦距下的离焦曲线进行标定,得到了最优像面位置。与理论设计值相比较,最大偏差为36μm。依据该数据对调焦补偿进行了修正。复测后,该偏差的最大值降至5μm。     

坦克目标探测跟踪红外变焦光学系统设计

针对联合变换相关器对坦克目标进行实时探测跟踪的需求,设计了一种红外变焦光学系统。该系统采用320×240元非致冷焦平面阵列探测器,在8～12μm波段,系统变焦范围为60～240mm,F数为2。通过对系统的优化设计,当最大截止频率为17lp/mm的时候,各视场的MTF调制传递函数均接近衍射极限,成像质量良好,并且系统具有大相对孔径以及结构紧凑等优点,满足了坦克目标跟踪识别的实际应用需求。     

基于ZEMAX的红外光学系统设计与优化

阐述了该光学系统研究的意义,确定了基本设计原则。然后进行了平行光管和望远镜的高斯光学结构模型及设计,建立了具体的数学模型并进行求解。最后根据目标耦合光路结构,利用ZEMAX软件对该光学系统进行了优化设计,对优化结果进行了像质评价,得出了结论。该系统解决了红外光学精确制导系统动态跟踪特性的内场测试的一系列问题,促进了红外黑体跟踪目标地面等效测试的发展,对提升仿真试验技术能力提供了重要的硬件支撑。     

弹道目标识别中基于目标翻滚特征分析的仿真研究

弹道目标的翻滚运动特征是进行弹道目标识别比较有效的特征之一,对弹道目标的翻滚运动特征进行分析及其应用研究,以期为弹道目标识别算法的设计提供线索和参考.简要介绍了弹道目标识别的相关原理,采用数据建模和计算机仿真的研究方法,基于目标翻滚特征分析结论着重对圆柱体这类理想空间目标模型在翻滚运动姿态下进行了应用研究,对观测角度和抽样点数的选取进行了详细的仿真分析,并给出了结论.     

四反射镜红外变焦距系统设计

介绍了一种相对简单的、基于赛德尔像差理论的四反射镜机械补偿红外变焦距系统的光学设计方法.该方法的实现包括对单个反射镜成像规律的研究、变焦系统机械补偿的概念以及反射变焦系统赛德尔像差系数解析表达式的推导.该方法的优点在于,通过求解赛德尔像差方程组可以得到系统的初始结构参数,如各个镜子的曲率半径和间隔等.两个设计实例的结果表明,这种设计方法在设计大变倍比红外反射变焦系统时是可行的.