OCAD应用：会聚光路中打入型变焦系统设计

打入式断续变焦光学系统的固定组就是一般定焦系统的物镜，需要独立矫正像差。活动组一般由正负两组透镜组成。在变焦过程中一般遵循系统相对孔径不变原则。在分配活动组两组透镜的焦距时有两种求解方法，一种是根据前活动组位置及后组位置先求出光线M1M2，很容易得到两组份焦距值；

图1.会聚光路中打入式工作原理图（一） 

另一方法保持两组之间光线平行光轴，有了前组距离求得光线投射高度M1，M2=M1，这两组的焦距也不难求解，计算方法简单。

图2.会聚光路中打入式工作原理图（二）
 

打入式断续变焦光学系统的设计界面如右图所示。图中上半部分是物镜的基本部分，也是相对小视场，下半部分是可以在系统内打入打出的一个活动部分。打入后系统像面位置及像面大小应该保持不变用以扩大物方视场范围。

图3.会聚光路中打入式自动设计程序界面
 

设计时在界面上填写相关设计要求以及各组元之间主面间隔，程序会自动求解打入部分各组元焦距值以及其他外形尺寸数据，绘制结构示意图。图中上半部分是打入前的原物镜结构，下半部分为打入后的系统结构。接着执行“下一步”程序显示系统各组元焦距值、通光孔径以及各组元间主面间隔数据。

图4.会聚光路中打入式自动设计过程界面
 

继续点击“下一步”，就可以进入系统初始结构自动设计阶段。此时可以利用设计窗口内下部表格内的“选择”栏内选择设计哪一组镜头。选择后界面自动出现“透镜单元结构设计”窗口进行设计。设计完毕在表格内点击“保存”，将会自动完成该组设计。
 

图5.会聚光路中打入式自动设计过程界面
 

按以上方法依次操作即可完成所有组元结构设计。完成之后，再按“下一步”，可以完成整个系统的初始结构设计。

图6.会聚光路中打入式自动设计过程界面
 

系统的初始结构设计数据如下。

图7.会聚光路中打入式自动设计结构系统数据表
 

有些系统出于系统光轴折转或其他需要，在系统内往往带有反射棱镜的结构元素占用了系统物镜（前固定组）的空间。为了实现系统打入式断续变焦，只好把可打入的变焦活动组的两组镜头分布于反射棱镜的前后排列。为此在设计这类系统时在设计窗口上安排了“单变焦组打入”和“两变焦组打入”的选择。选择了“两变焦组打入”后的窗体界面如图所示。
 

图8.会聚光路中两变焦组打入式自动设计界面
 

此时在系统内两个活动组之间有一无光焦度结构元素，一般多为反射棱镜，使用OCAD程序在进行系统初始结构设计时图面上显示零件焦距为0，如需选择反射棱镜，可在书签控件内选择“反射棱镜”，此时界面如图所示。
 

图9.会聚光路中两变焦组打入式反射棱镜自动设计界面
 

在此界面内需要先选择棱镜玻璃材料，接着界面变化可以进一步选择反射棱镜名称代号。然后再在系统数据表内选择反射棱镜棱镜名称代号。选择完成有程序自动计算零件光轴展开长度（中心厚度），至此反射棱镜选择完成。

图10.会聚光路中两变焦组打入式反射棱镜自动设计界面
 

按照以上所述继续单元设计，最后完成系统初始结构设计。

图11.会聚光路中两变焦组打入式自动设计结果