三组元变焦系统凸轮曲线的计算机辅助设计方法
专利汇可以提供三组元变焦系统凸轮曲线的计算机辅助设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种三组元变焦系统 凸轮 曲线的 计算机辅助设计 方法，它是在ZEMAX光学设计 软件 的 基础 上，根据三组元光学系统对凸轮曲线轨迹的要求，运用高斯光学原理，借助ZEMAX的宏语言功能，编制3－CAM－ZPL程序，通过该程序的运行，只需输入凸轮曲线的 采样 点数和第二变焦组移动轨迹的弯曲系数K，即由3－CAM－ZPL程序自动对K值的取值范围及其取值量进行判定和比较分析，通过调整采样点数和K值，即可得到最理想的凸轮曲线设计图形。该方法可以根据凸轮曲线的设计数据，自动生成图形并予以显示，使得设计效果直观， 修改 方便，并大大提高凸轮曲线的设计速度和凸轮产品的性能，缩短产品的开发周期，降低设计成本。，下面是三组元变焦系统凸轮曲线的计算机辅助设计方法专利的具体信息内容。
1、一种三组元变焦系统凸轮曲线的计算机辅助设计方法，其特征在于： 该方法是按以下步骤进行：
第一步：在辅助设计中使用的计算机上安装ZEMAX光学设计软件；
第二步：在ZEMAX光学设计软件平台上，根据三组元光学系统对凸轮 曲线轨迹的要求，运用高斯光学原理，借助ZEMAX的宏语言功能，编制3- CAM-ZPL程序。
第三步：调入三组元光学系统设计文件，运行3-CAM.ZPL程序，分析三 组元光学系统各个变焦组的分布情况；
第四步：输入采样点数，由3-CAM.ZPL程序，进行光学系统过渡参数的 计算；
第五步：按照K＝0、K>0、K<0分别取值输入第二变焦组的弯曲系数K， 由3-CAM.ZPL程序计算变焦凸轮曲线数据，并对三组设计数据进行比较，选 定其中一个K值；
第六步：由3-CAM.ZPL程序自动判断各个变焦组在移动过程中是否发生 交错，并输出提示信息，如果出现交错，说明对第二变焦组给定的K值太大， 曲线弯曲过于严重，减小K的绝对值予以调整，重复判断——调整，至无交 错现象为止，即得出一组凸轮曲线数据。
第七步：根据凸轮曲线的设计数据，自动生成图形并予以显示，打印凸 轮曲线数据和图形，即完成凸轮曲线的设计。
技术领域
本发明属于计算机辅助设计技术领域，特别是用于光学变焦系统的 一种三组元变焦系统凸轮曲线的计算机辅助设计方法。
背景技术
发明内容
实现本发明的目的所采取的技术方案是；该方法是按以下步骤进行：
第一步：在辅助设计中使用的计算机上安装ZEMAX光学设计软件；
第二步：在ZEMAX光学设计软件平台上，根据三组元光学系统对凸轮 曲线轨迹的要求，运用高斯光学原理，借助ZEMAX的宏语言功能，编制3- CAM-ZPL程序。
第三步：调入三组元光学系统设计文件，运行3-CAM.ZPL程序，由程序 自动分析三组元光学系统各个变焦组的分布情况；
第四步：输入采样点数，由3-CAM.ZPL程序，进行光学系统过渡参数的 计算；
第五步：按照K＝0、K>0、K<0分别取值输入第二变焦组的弯曲系数K， 由3-CAM.ZPL程序计算变焦凸轮曲线数据，并对三组设计数据进行比较，选 定其中一个K值；
第六步：由3-CAM.ZPL程序自动判断各个变焦组在移动过程中是否发生 交错，并输出提示信息，如果出现交错，说明对第二变焦组给定的K值太大， 曲线弯曲过于严重，减小K的绝对值予以调整，重复判断——调整，至无交 错现象为止，即得出一组凸轮曲线数据。
第七步：根据凸轮曲线的设计数据，自动生成图形并予以显示，打印凸 轮曲线数据和图形，即完成凸轮曲线的设计。
三组元变焦光学系统就是系统中包含三个相互移动的透镜组单元，按顺 序通常称之为第一变焦组、第二变焦组和第三变焦组。一般情况下，可以将 其中一组设定为线性移动(直线)，另两组作相对应的非线性移动(曲线)。 在已知一组移动量的情况下，另两组相对应的移动量必然存在无穷多个解， 因此，要得到一组确定的凸轮曲线数据，必须还要再设定另一组的移动量。
在此，可以先人为地按照一定的数学模型给出第二变焦组的移动量，再求出 第三变焦组的移动量，从而得到一组实用的凸轮数据，故而如何合理地给出 第二变焦组的移动函数是整个凸轮数据设计的关键。在大批量生产过程中， 从凸轮加工工艺角度考虑，凸轮曲线尽量采用直线设计，因此，在假定第一 变焦组作直线移动的同时，也可假定第二变焦组作直线移动，这样，三组元 变焦系统中就有两组作直线移动，剩下一组作曲线移动，如果这样的一组凸 轮曲线满足设计要求，会使得工艺简单，性能稳定。但为了进一步提高成像 质量，可以在第二变焦组作直线移动的基础上，赋予一定函数关系的弯曲系 数，使得第二变焦组由直线移动变成曲线移动，这有两种情况，一种是曲线 向物方弯曲，另一种是向像方弯曲，这样就可以在一定程度上进一步提升系 统的成像质量。比较这三种凸轮曲线方案对应的结果，选择一种工艺性好、 成像质量优良的一组数据作为最后结果。所述3-CAM.ZPL程序就是在第一变 焦组作直线移动的基础上，人为给出第二变焦组的移动量，求出第三变焦组 的移动量，从而实现三组元变焦系统的凸轮曲线设计。
本发明的优点在于：辅助设计中在ZEMAX光学设计软件的基础上，运 用高斯光学原理，借助ZMAX的宏语言功能，结合三组元光学系统编制应用 了3-CAM.ZPL程序，实现了三组元光学系统凸轮曲线的计算机辅助设计。由 此，设计人员只需输入采样点的多少和第二变焦组移动的弯曲系数K，通过Z EMAX光学设计软件的运算功能，快速计算出凸轮曲线的数据，并对设计的 凸轮曲线进行实时评估和优化修正。同时，可以根据凸轮曲线的设计数据， 自动生成图形并予以显示，使得设计效果直观，修改方便。该方法的应用， 可大大提高凸轮曲线的设计速度和凸轮产品的性能，缩短产品的开发周期， 降低设计成本。
附图说明
图1是本发明的程序流程图；
图2是本发明实施例的光学系统示意图；
图3是本发明实施例1的变焦曲线图；
图4是本发明实施例2的变焦曲线图；
图5是本发明实施例3的变焦曲线图。
具体实施方式
参看图2，从图中的光学系统中可见，第一变焦组U1是从透镜面7到 透镜面8，第二变焦组U2是从透镜面9、10到透镜面11，第三变焦组U 3从透镜面12、13、14、15、16、17到透镜面18。图中的D6，D8，D11， D18在变焦时将产生的间隔变化值，当该变焦系统经过像差设计完成后， D6，D8，D11，D18在长焦和短焦处的值就随之确定，其中，D6是透镜面 6与透镜面7的间隔距离，D8是透镜面8与光阑的间隔距离，D11是透镜 面10与透镜面11的间隔距离，D18是透镜面18与透镜面19的间隔距离， 第一变焦组U1总的移动量为-6.54mm，第二变焦组U2总的移动量为-6.3 9mm，第三变焦组U3总的移动量为-3.2mm，以取采样点为10个为例(在 实际计算中，采样点越多越精确)，下面结合三种实施例对本发明作进一 步的描述。
实施例1：
是对一个用于投影的三组元变焦镜头的凸轮曲线进行设计的实施 例，其设计方法是：在辅助设计中使用的计算机上安装ZEMAX光学设计 软件，根据三组元光学系统对凸轮曲线轨迹的要求，运用高斯光学原理， 借助ZEMAX的宏语言功能，在ZEMAX光学设计软件平台上编制3-CAM-ZP L程序，运行该程序，由程序自动分析三组元系统各个变焦组的分布情况， 输入采样点数，进行光学系统过渡参数的计算，输入第二变焦组U2的弯 曲系数K，由3-CAM.ZPL程序计算变焦凸轮曲线数据，运行3-CAM.ZPL程 序，由程序自动判断各个变焦组在移动过程中是否发生交错，并输出提 示信息，如果出现这样的情况，说明对第二变焦组U2给定的K值太大， 曲线弯曲过于严重，可以通过减小调整K的绝对值来消除交错现象，直 至没有交错现象发生，即可生成和显示理想的凸轮曲线，并可打印数据 和图形。
参看图3，本实施例选择第二变焦组U2作直线移动，即K＝0，采样点数 设定为10，运行3-CAM.ZPL程序，计算结果如下：
K＝0.00：Ave-MTF＝0.6842 Max-AveMTF＝0.7062 Min-AveMTF＝0.6504
实施例2
参看图4，设计方法步骤与实施例1相同，本实施例选择第二变焦组U2 作曲线移动(向物方弯曲)，即K>0，采样点数设定为10，运行3-CAM.ZPL 程序，计算结果如下：
K＝0.03 Ave-MTF＝0.6995 Max-AveMTF＝0.7113 Min-AveMTF＝0.6752
从实施例2的计算数据可以看出，当第二变焦组U2的K＝0.03时，即曲 线略向物方弯曲时，Ave-MTF的值由直线移动时的0.6842变成0.6995，变焦 系统性能有所提高。
实施例3
参看图5，设计方法步骤与实施例1相同，本实施例选择第二变焦组U2 作曲线移动(向像面弯曲)，即K<0，采样点数设定为10，运行3-CAM.ZPL 程序，计算结果如下：
K＝-0.05：Ave-MTF＝0.6483 Max-AveMTF＝0.7047 Min-AveMTF＝0.6017
从实施例3的计算数据可以看出，当第二变焦组U2的K＝-0.05时，即曲 线略向像方弯曲时，Ave-MTF的值由直线移动时的0.6842变成0.6483，变焦 系统性能有所降低。
从图3、图4、图5可以看出，当第二变焦组U2的弯曲系数K不一样时， 使得第三变焦组U3的曲线弯曲方向和弯曲程度也不一样。K＝0时，表示作线 性移动，K>0表示曲线向物面弯曲，K<0表示曲线向像面弯曲。K的绝对值 大小表示曲线的弯曲程度。在实际设计三组元凸轮曲线过程中，通过对这三 种形式的性能比较，确定曲线的弯曲方向，适当调整K值，即可使系统达到 满意的成像质量。设计人员在3-CAM.ZPL程序的基础上还可将第一变焦组U1 和第二变焦组U2的移动方案对调，即第二变焦组U2作线性移动，第一变焦 组U1作曲线移动，进一步扩充程序功能。
在上述三个实施例的图形显示中，纵坐标表示焦距，横坐标表示移动距 离，U1、U2和U3分别表示各个变焦组，其在横坐标上的方框长度表示各个变 焦组的长度，曲线一种是向物方弯曲，另一种是向像方弯曲。
应用3-CAM-ZPL程序进行三组元光学系统凸轮曲线设计，只需要设计人 员输入采样点的多少和第二变焦组U2移动的弯曲系数K(默认为直线移动， 即K＝0)即可，程序将自动判定各个变焦组的在系统中的位置分布，按第一变 焦组U1(总是线性移动)和第二变焦组U2的给定移动量计算第三变焦组U3 的移动量，并对第二变焦组U2作直线移动和曲线移动两种情况的MTF性能进 行比较，可以根据比较结果，对K值进行进一步修正，达到更优的变焦系统 性能，从而完成凸轮曲线的设计。为了得到更直观的结果，在打印数据的同 时，也给出了相应的曲线图形，可以实时分析凸轮曲线设计的工艺性及机构 实现的可能性。程序对采样点数没有限制，采样点越多，曲线图形的精度越 高。若需要查看整个变焦过程中光学性能的变化情况，只需打开相应的数据 或图形窗口再运行该程序即可，程序将对每一个采样点位置的各种性能图形 实时更新。
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