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光行天下 -> 光学镜头设计 -> 谈变焦系统光学、光机设计难点 [点此返回论坛查看本帖完整版本]

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扬帆远航

2013-09-03 19:30

谈变焦系统光学、光机设计难点

很忙，时间有限，简单发帖谈下变焦系统设计难点，以照相镜头为例说明，先发几张PRO-E的实体图，有时间在码字，大家可以先探讨：

变焦系统设计常规过程：
1、光学设计师设计光学系统
2、光机设计者设计机械系统
3、系统杂散光分析
4、加工光学、机械
5、装配

上述设计存在明显的缺陷，我跟做机械的人沟通过，做光学的如不懂机械，做机械的不懂光学，各做各的，最后装起来必然效果不佳，我接触的国外要求严格系统的装配，每颗螺钉拧几圈，承受多少牛的力都要严格计算出来，光学、机械互相不懂就都提不出来，装配的人就更糊涂了，就是常规装。

我认为光学设计师自己设计机械就解决了以上问题，光学设计的公差和想法都会完全传递给机械，你自己在做光机时哪里觉得不妥就又可以去优化修改设计，装配的时候让他按你的诸多要求装，这样的系统精度非常高。

论坛有很多声音说变焦系统光学设计如何如何难，我认为：变焦系统真正的难点不是光学系统，也不是机械系统，而是难在光机配合，凸轮的配合里面的学问非常多。

如今，杂散光分析也是光学设计师必备的素质了，也是设计的必须环节，有时间再展开讨论：

1、照相镜头总体光学、机械图：

[attachment=50945]

2、变焦凸轮：
此凸轮变焦平滑，转角、升角设计的非常合适，保证光学系统轴向晃动精度较高。

[attachment=50946]

3、从镜头向里面看，可以拿你的单反镜头看看，就是这样：

[attachment=50947]

hhxxgg00	2013-09-03 20:44
貌似正组补偿?

xufg	2013-09-03 22:00
新手路过

xiaobing

2013-09-03 23:37

想请教个问题，如果是经典的前后组固定，然后中间一个变焦组一个补偿组这种形式，是否变焦组的运动曲线应该是线性的，而补偿组的曲线是非线性的，还是两个都是非线性的？
按照陶纯堪的书的话，变焦组应该是线性移动的，但在实际设计中，如果限定变焦组线性，理想薄透镜可以实现，但变为实际透镜时如果完全线性，像面总会前后晃动，或者说线性的话，很难在多个变焦点同时优化像质，还是说我没选对初始参数和光焦度分配有问题

还有，就是变焦组的线性位移是和什么呈线性关系的，我觉得应该是放大倍率，不知对否？（线性是指在换根之前）

在问个科普问题，转角和升角顺畅分别用什么物理量衡量，有和变焦曲线相联系的物理公式么？

caidao737	2013-09-04 06:51
变脸的比定焦的好设计！

yu-xuegang

2013-09-04 11:21

xiaobing:想请教个问题，如果是经典的前后组固定，然后中间一个变焦组一个补偿组这种形式，是否变焦组的运动曲线应该是线性的，而补偿组的曲线是非线性的，还是两个都是非线性的？ qdZ ^D
按照陶纯堪的书的话，变焦组应该是线性移动的，但在实际设计中，如果限定变焦组线性，理想薄透镜可以实现， .. (2013-09-03 23:37) [err$

1.变倍组是否是线性的这个不一定，陶的书中是按线性计算，用补偿组的非线性来补偿。这对于小倍率系统是可以的，有些大倍率系统这么做弊端就会显现。所以，是否是线性这个取决于对系统长度的要求，和设计的要求。
2.你谈的变倍组线性位移是如何呈线性的，我个人认为这个应该是使用方程轨迹来限制镜片间隔达到的。这个方式是非常稳妥的一种做法。
3.升角的问题是一个相对的问题。你可以参考机械方面的书籍，一般认为升角在40度左右力矩不会太大，但这个不绝对，如果你的机械结构做的好，升角再大都是可以的，只要阻尼小就可以。

trent5

2013-09-04 16:54

恩确实光学设计离不开机械结构我记得论坛上有个帖子说过国外高校大一大二的学生做的课程设计不但包括了光学设计而且更加重视结构设计这样学生在毕业了就能完全进入工作角色了反而在国内这块儿很欠缺啊~~~~~
打算趁自己还是学生学学光机结构这方面的知识~~

楼主有没有推荐的这方面书籍？本人自修过机械原理和工程力学，但是深知不足~感觉在光机结构上不知如何入手~望楼主指点~~~~~~~~~

dragon1989	2013-09-04 22:24
同感啊

xiaobing

2013-09-05 02:13

yu-xuegang:1.变倍组是否是线性的这个不一定，陶的书中是按线性计算，用补偿组的非线性来补偿。这对于小倍率系统是可以的，有些大倍率系统这么做弊端就会显现。所以，是否是线性这个取决于对系统长度的要求，和设计的要求。 _YR#J%xa
2.你谈的变倍组线性位移是如何呈线性的，我个人认为这个应该是使用 .. (2013-09-04 11:21) cHr]{@7Cs

我做了个3倍的，也这样，2的Fno，变焦时F数不变

北国之春	2013-09-05 07:41
thanks a lot

chenleimage	2013-09-10 14:13
楼主牛啊

李锦艳	2013-09-14 12:02
10X的F数能做到不变吗？F1.6 z5({A2q

420200590	2013-09-24 16:30
好东东啊，学习了哦

jm2006031089	2013-09-25 13:35
在设计过程中，公差问题怎么考虑？要求高了，现在国内加工做不到。低了，影响系统的性能

opticlord	2013-10-04 13:37
总算有牛人肯出来透露东西给新人，谢谢，难点在光机结合是吧！

天佑雅萱	2013-10-06 18:24
新手路过。。。看到这么高深的东西，真心害怕

xiaofeixia	2013-10-08 12:58
慢慢学习吧，惭愧啊

卧虹	2013-10-08 20:33
高手！菜鸟拜服！

波振陈	2013-10-08 21:24
谢谢楼主

跑着飞	2013-10-11 15:37
thanks a lot

稻香阳光味道	2013-10-12 00:45
大师啊

姜守望	2013-10-20 11:28
thanks！

forbbs	2013-10-20 13:43
学习下咯。谢谢楼主

optdes	2013-10-24 18:36
突然感觉光学设计的路还很长很长啊，一路好走！

xiao沙子	2013-10-25 12:05
好厉害

ariterliu	2013-10-26 09:54
能否说一下你的设计公差控制如何，在变焦中各透镜组的同轴度和倾斜角控制能做到多少？

ariterliu	2013-10-26 09:56
另外你的每块镜片的光学冷加工误差，包括面倾角、光圈度等公差控制到多少？

joker_vivid	2013-10-27 21:37
光机结合目前对我来说只是一个前景的目标啊，偶尔能看到这一种概论性的论述，很不容易啊，多谢楼主的分享，其实偶尔这么一个透露，会给我们这些学生带来甚多的指点，多谢

望帝春心	2013-11-11 12:52
顶，谢谢分享

帮助	2013-11-19 09:35
可是最近我在做一个光学补偿的，资料特别少，优化的也不理想，楼主给推荐几本参考书呗

pigpig	2014-02-19 11:43
恩，说的不错

zhengbin	2014-02-19 12:25
谢谢分享

greatgrant	2014-03-12 16:12
谢谢分享文章

yeqs85	2014-03-14 04:55
感觉难点在结构吧，很多国内都做不好的

gangjiyiqu	2014-03-17 13:37
学习了

simon.qian	2014-03-19 17:30
謝謝共享

350426422	2014-03-25 14:06
很强大的样子

nmber5	2014-03-26 15:13
kankan xuexixia

qhyocean	2014-03-26 17:22
呵呵，偶光学和机械都各设计过N种产品。

行天圣	2014-04-17 13:28
可以学习一下

lihang1990	2014-04-17 23:42
谢谢楼主好好学习。

htc8888	2014-04-20 16:34
学习了，以后要补补机械方面的知识了。

yuhuaen	2014-04-25 16:25
求解决

lyloptics	2014-05-06 22:51
不错的体会

wk19901113	2014-05-07 16:30
高大上的样子

gangjiyiqu	2014-05-23 11:46
学习了

王东	2014-05-25 09:40
凸轮加工难度很大，槽宽控制+-0.02mm，就很难保证全程清晰，设计上有何良策？

tealex	2014-05-27 19:20
貌似正组补偿? =)8Ct

xull127

2014-06-13 16:58

王东:凸轮加工难度很大，槽宽控制+-0.02mm，就很难保证全程清晰，设计上有何良策？ (2014-05-25 09:40) Pa +BE[z

一次对好焦后，指望其他焦距全程清晰是不可能的，和槽宽，槽精度无关，即使你做到0误差，材料本身还有折射率差异，最终的像面一定会多多少少有离焦的，全程基本清楚程度还勉强这个还有可能，但基本清楚也是离开最大分辨率位置不少了。。但是通过微小再对焦就可以恢复的

zhaoqi2156	2014-09-24 21:05
学习了~~~

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