【摘要】：近年來(lái),隨著光學(xué)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,變焦光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而焦距儀作為一種傳統(tǒng)的測(cè)量焦距的光學(xué)儀器,一直配備著一組焦距不同的定焦測(cè)量鏡頭,其中每個(gè)測(cè)量鏡頭的放大倍率與工作距離都是固定不變的,測(cè)量的焦距范圍不同。焦距儀在測(cè)量不同范圍的焦距時(shí)需要更換不同的測(cè)量鏡頭,測(cè)量過(guò)程繁雜,效率較低,己經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前企業(yè)的工作需求。本文設(shè)計(jì)了一款五檔變倍鏡頭代替原有的定焦測(cè)量鏡頭組,該五檔變倍鏡頭可以實(shí)現(xiàn)原有測(cè)量鏡頭組的功能。在測(cè)量不同范圍焦距的被測(cè)鏡頭時(shí),五檔變倍鏡頭通過(guò)自動(dòng)換檔、自動(dòng)對(duì)焦,配合CCD像面的處理算法可直接得到被測(cè)透鏡的焦距,測(cè)量焦距過(guò)程更有效率、更加自動(dòng)化、符合未來(lái)測(cè)量焦距的趨勢(shì)。論文依據(jù)放大率法焦距儀的工作原理確認(rèn)五檔變倍鏡頭的檔位數(shù)量、具體的檔位參數(shù)以及其他相關(guān)指標(biāo)。采用變焦光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)五檔變倍鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu);并對(duì)五檔變倍鏡頭的自動(dòng)換檔功能模塊、自動(dòng)對(duì)焦功能模塊以及CCD像面上的圖像處理算法等模塊進(jìn)行輔助設(shè)計(jì);論文還對(duì)五檔變倍鏡頭進(jìn)行了公差分析、機(jī)械設(shè)計(jì)、以及選擇具體各項(xiàng)輔助工具如CCD的選擇與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇等等。論文完成了整個(gè)五檔變倍鏡頭的裝配,并針對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行性能測(cè)試,在測(cè)試結(jié)果中,各檔位放大倍率分別為7.93倍、2.54倍、0.93倍、0.49倍以及0.16倍,各檔位工作距離分別為22.5mm、58.6mm、155mm、301.5mm以及1000mm符合設(shè)計(jì)要求,測(cè)量范圍達(dá)到(-1000mm,-5mm)U(5mm,1000mm),各檔位的像質(zhì)也均達(dá)到要求,通過(guò)對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析得出結(jié)論,該五檔變倍鏡頭達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文邐焦距儀五檔變倍鏡頭３．３五檔變倍鏡頭的設(shè)計(jì)過(guò)程逡逑３．３．１初始結(jié)構(gòu)的確定逡逑在第二章中己經(jīng)對(duì)變焦光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法作了一定的闡述，一種是從理論出發(fā)，使用Ｐ，Ｗ法去進(jìn)行大量計(jì)算最終得到初始結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)；另一種則是系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，查找現(xiàn)有的類似的光學(xué)系統(tǒng)作并性地修改結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)的使用要求。逡逑對(duì)于變焦光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它的結(jié)構(gòu)相比于定焦光學(xué)系統(tǒng)要更加復(fù)雜，選擇去計(jì)算需要很大的工作量，所以最終選擇通過(guò)查找己有的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相關(guān)文料，包括經(jīng)典的變焦光學(xué)系統(tǒng)和可以查到的專利庫(kù)變焦鏡頭數(shù)據(jù)，選擇一個(gè)類似學(xué)結(jié)構(gòu)，再對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)的修改與優(yōu)化。逡逑通過(guò)查找光學(xué)技術(shù)手冊(cè)［４（）］與專利，最中選擇了一個(gè)相對(duì)比較合適的光學(xué)結(jié)構(gòu)使用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Ｚｅｍａｘ對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。初始結(jié)構(gòu)由前固定組、變倍組，補(bǔ)與后固定組組成。變倍組的光焦度為負(fù)，補(bǔ)償組的光焦度為正。后固定組主要作將物方的景物像到ＣＣＤ上。邐逡逑

個(gè)值無(wú)法手動(dòng)輸入，必須建立評(píng)價(jià)函數(shù)，，設(shè)置變量，并在優(yōu)化函數(shù)里將放大倍率作逡逑約束條件進(jìn)行不斷的優(yōu)化。在優(yōu)化過(guò)程中，注意結(jié)構(gòu)中每一塊玻璃的形狀，如果出逡逑彎月形或者半圓形的玻璃形狀，這種結(jié)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)與加工過(guò)程的難度非常高，需逡逑再重新進(jìn)行優(yōu)化。逡逑（３）除了對(duì)各個(gè)檔位的參數(shù)確認(rèn)，還需要考慮系統(tǒng)在各個(gè)檔位的成像質(zhì)量，根據(jù)逡逑列圖分析各個(gè)檔位存在的像差并針對(duì)性的進(jìn)行優(yōu)化，比如用高折射率透鏡代替低折逡逑率透鏡來(lái)減少球差，調(diào)整光闌位置來(lái)減少慧差，使用膠合透鏡來(lái)降低色差等等。逡逑（４）由于五檔變倍鏡頭在不同檔位時(shí)的存在一定的焦深，在優(yōu)化的過(guò)程中，對(duì)鏡逡逑設(shè)置了像方遠(yuǎn)心，防止像面存在離焦現(xiàn)象而影響最終的測(cè)量精度。逡逑盡管該結(jié)構(gòu)形式符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，但該結(jié)構(gòu)由１６片玻璃鏡片構(gòu)成，大大增加了該鏡逡逑的裝配難度，而且該鏡頭長(zhǎng)度接近３００ｍｍ，已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求值。逡逑為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)企業(yè)需求，對(duì)五檔變倍鏡頭進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化處理，在Ｚｅｍａｘ逡逑重新創(chuàng)建評(píng)價(jià)函數(shù)，再次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化直到滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求。逡逑最終設(shè)計(jì)出１０片透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)，完全符合設(shè)計(jì)指標(biāo)且更易于裝配，其系統(tǒng)逡逑構(gòu)如圖３．２與圖３．３。逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2615398