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光行天下 -> 光学镜头设计 -> 变焦曲线的编程计算及升力角调整 [点此返回论坛查看本帖完整版本]

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phoenixzqy

2014-04-23 22:10

变焦曲线的编程计算及升力角调整

变焦曲线的设计及升力角的调整，均应该由光学设计师来完成，而不是交给机械设计师，为难机械设计师。

有朋友看到日本人的光学设计图纸，有手动计算的变倍曲线，叹为观止。

其实，手动计算很简单，只不过我们用软件太多，把光学的基础知识都给忘掉了。（这就像人类是猴子的时候，爬树都很厉害。现在看到有人徒手上树摘椰子，觉得很厉害，其实人类先前，谁爬树都很厉害。）   做设计都用软件，做变倍曲线用插值、优化，提高mtf用操作数硬拉的方法。插值那个方法还不错，硬拉mtf这个，就很不好了。光学系统没有那样的能力，硬拉是没有用的。

很多做变倍曲线，都采用在软件里差值的办法。我公司一同事早几年参加过北理某老师的培训，也这么讲的。插值，让软件优化。我做事比较偷懒，做什么都想找到快捷的方法。因此，在做变倍曲线的时候，查了一些资料，写了计算的一个小程序，这样调整升力角方便一些，尤其是一些镜片移动距离过长的。

首先，要有一个已经校正好的变倍系统。

（1）实际透镜转换到理想透镜之后，将变倍组、补偿组、固定组等透镜组，转换成理想透镜；转换成理想透镜之后，可以根据变焦系统的高斯解分析方法，把各理想透镜之间的间距计算出来。
实际透镜到理想透镜的转换，需要用到主平面的知识。这些都是《工程光学》、《应用光学》里老生常谈的问题了。可能现在大家用软件多了，都不太注意这些知识了。其实想要把软件使用好，发挥最大的功能，很多时候，数学知识和光学知识就显得非常重要了。

（2）变焦系统高斯解的分析方法变焦系统高斯解的分析方法，可参看《变焦光学系统设计》。我在这里简单说一下：一个透镜焦距为f，如果物象不在透镜的同一侧，那么，如果物和像距离小于4f，那么这个透镜是补偿不了这样的一段光路；如果距离大于4f，那么透镜有两个补偿的位置，计算曲线时，选取和变倍组放大倍率变化趋势相同的那个解。

（3）理想透镜间隔转化到实际间隔这一步是第一步的反过程。
求出各理想透镜之间间距之后，剩下的就是转化到实际透镜了。

（4）升力角的调整以两组元为例，如果一个是以直线运动的话，另一个的运动是按照二次曲线来的。势必造成一端升力角大，一端升力角小。
我们可以调整直线运动的那个组元，让他的移动也是曲线，我们可以设定其运动曲线，让其升力角小的那一端，配合另一组元升力角大的那端，从而降低扭转时需要的力。

大概就这么多吧。其实就是根据近轴光学，求出主平面，转换成变焦系统的方程组，然后解几个方程，再变换回实际系统。
用到的数学知识、光学知识都非常简单。

2014年5月07-09，成像光学设计培训班（上海）；5月16-18照明光学设计培训班（上海）；开始报名了！！！
QQ:156077988  Email：phoenixzqy@163.com

phoenixzqy	2014-04-23 22:10
欢迎交流。。。

phoenixzqy	2014-04-24 10:57
知识点都很简单。 z8X7Y >+SA 用到一块效果就不一样了。

94131235	2014-04-24 11:14
很赞同楼主说的其实光学知识还是要深入研究的软件只是一个工具正像老前辈们说的，再好的光学软件也不会帮你设计出好的镜头来还是要看光学设计师理论的扎实度以及更“智慧”的运用软件。 n#">k%bD 个人愚见....

phoenixzqy

2014-04-24 13:40

94131235:很赞同楼主说的其实光学知识还是要深入研究的软件只是一个工具正像老前辈们说的，再好的光学软件也不会帮你设计出好的镜头来还是要看光学设计师理论的扎实度以及更“智慧”的运用软件。 p:xyy*I
个人愚见.... (2014-04-24 11:14) '/I`dj

你说的很好。

亚利桑那大学的光学设计书籍，第一页就说：软件没有办法设计出一个合理的透镜。软件只是一些固定、机械的算法的集成，一个符合要求的设计的灵感，来自设计师。

每次23456	2014-04-24 22:46
这些其实看似简单，实际操作起来还是有些麻烦的

phoenixzqy	2014-04-25 12:31
每次23456:这些其实看似简单，实际操作起来还是有些麻烦的 (2014-04-24 22:46) YIk@{V ;}Jv4Z 还好了，只是比较繁琐，要注意一下细节。

光机学子	2014-04-27 22:03
有同感，变焦曲线的变倍组只是给了你长焦和短焦点，你要以何种方式连接这两个点，就是一件很有意思的事了，以直线、曲线的方式连接，保证平滑即可！大变倍比的曲线尤其需要曲线的拟合！

star17111	2014-04-28 09:48
确实是，一个教授说过，现在很多人不应该叫做光学设计师，应该叫光学计算师，都是单纯的使用软件计算，没能更多的加入设计师的思想

phoenixzqy

2014-04-29 20:44

光机学子:有同感，变焦曲线的变倍组只是给了你长焦和短焦点，你要以何种方式连接这两个点，就是一件很有意思的事了，以直线、曲线的方式连接，保证平滑即可！大变倍比的曲线尤其需要曲线的拟合！ (2014-04-27 22:03) X#T|.mCdC

是的。你说的很对。

另外，用数学表达式计算出来的点，做出来的，比插值方法的平滑。
因为曲线方程式处处可导的。有时候插值获得的曲线，拧的时候，有不顺畅的地方。

phoenixzqy

2014-04-29 20:46

star17111:确实是，一个教授说过，现在很多人不应该叫做光学设计师，应该叫光学计算师，都是单纯的使用软件计算，没能更多的加入设计师的思想 (2014-04-28 09:48) "o%okN

光学设计的基本原理、技巧，是非常重要的。
掌握了这些之后，才会慢慢发现光学设计的乐趣，运用技巧，让光学系统达到所需要求。
只去用软件，太枯燥了，也搞不出好的设计。

phoenixzqy

2014-04-29 20:50

star17111:确实是，一个教授说过，现在很多人不应该叫做光学设计师，应该叫光学计算师，都是单纯的使用软件计算，没能更多的加入设计师的思想 (2014-04-28 09:48) 4D.h~X4

特别是有时候，光学系统细微的调整一下像差，手动的指向性更明确、更快速。

有些时候，玻璃的选择非常重要，这个我觉得目前软件这方面做得还不太好，需要设计师来分析，或者按经验修改。

比如经典的三片镜，压缩或扩展三片镜长度的话，V值的选取就非常重要了。
长度又关系到视场角和F数。很多时候，都需要设计师发挥自己设计能力，而不是靠软件优化。

蕴藉之身	2014-04-30 09:33
最简单的曲线设计，也是目前用的最多的，莫过于计算出多个点，然后插值成一条平滑曲线。 Ux);~P`/o 其实严格来说这不能算是连续变倍，属于多档变倍了。

phoenixzqy	2014-04-30 18:35
欢迎交流。。。

guapiqlh	2014-05-16 10:20
每次23456:这些其实看似简单，实际操作起来还是有些麻烦的 (2014-04-24 22:46) b9l%5a cS\|W&IH1 发帖的楼主手里有编好的宏程序，哈哈

linlin911911	2014-05-17 08:13
也不清楚楼主那个宏质量如何

yazhuge	2014-05-17 08:55
赶紧写个程序，别被我抢先了哈，前段时间恰好弄了一个升角优化的产品，试验已经成功了，最近没多少空写这个程序，有时间了我会写出来的，哈哈。

phoenixzqy	2014-05-17 20:59
linlin911911:也不清楚楼主那个宏质量如何 (2014-05-17 08:13) iy,jq5uw Pu0O6@Rg 我这个不是宏。 `^CIOCK% 是matlab写的程序，已经用了好几年了。

phoenixzqy	2014-05-17 21:00
yazhuge:赶紧写个程序，别被我抢先了哈，前段时间恰好弄了一个升角优化的产品，试验已经成功了，最近没多少空写这个程序，有时间了我会写出来的，哈哈。 (2014-05-17 08:55) ,7w[r<7 !6:X] 我这个程序很多朋友都有了。 4ai\|*8. B\|6_4ry0U 程序我就不在论坛里发了。 5AO'IhpL 9w( Wtw' 哈哈看你的了！

guapiqlh	2014-05-30 09:18
phoenixzqy:我这个不是宏。 T+U,?2nF: 是matlab写的程序，已经用了好几年了。 (2014-05-17 20:59) < k?jt A~MIFr/8 从yazhuge原来上传的那个简单程序来看，他写出来的宏应该是比matlab程序做出来的好用的，也会更准确

phoenixzqy	2014-05-30 09:27
guapiqlh:从yazhuge原来上传的那个简单程序来看，他写出来的宏应该是比matlab程序做出来的好用的，也会更准确 (2014-05-30 09:18) E[kf%\ Os>^z@x 那个我没看过。 1}Mdo&:t lZf=# 用哪个都一样，只要能解决问题。 gyf9D]W B(B77SOb 过一段去北京，让他给我讲讲。我还没看呢。

phoenixzqy	2014-05-30 09:34
guapiqlh:从yazhuge原来上传的那个简单程序来看，他写出来的宏应该是比matlab程序做出来的好用的，也会更准确 (2014-05-30 09:18) `y0u(m5 Iq["(!7E5 哪个更方便我不敢说。 @r=v*hu HBp$ 我这个肯定是准确的。已经用了几年了。

guapiqlh	2014-05-30 09:34
phoenixzqy:我这个程序很多朋友都有了。 >_'0 s 程序我就不在论坛里发了。 E -+t[W ....... (2014-05-17 21:00) %yPjPUHy oo-O>M#5 我也想要一份！！！

phoenixzqy	2014-05-30 09:37
guapiqlh:我也想要一份！！！ (2014-05-30 09:34) ^I:f4RWo >UnLq:G 我这个是二组元的。可能不太适合你那边用吧。 Xf{ht%b k7kPeq 其实就是解个一元二次方程。然后从两个根里，选取适当的根。 9Yhlq$;g LZ}m; 原理都很简单。

phoenixzqy	2014-05-30 09:38
guapiqlh:我也想要一份！！！ (2014-05-30 09:34) 1EWskmp xbzO'C 那些拿到的，也是一个简单的演示的程序。主要是让他们学一下怎么计算变倍曲线。

guapiqlh	2014-05-30 09:40
phoenixzqy:我这个是二组元的。可能不太适合你那边用吧。 ?8FJMFv;4% 其实就是解个一元二次方程。然后从两个根里，选取适当的根。 ,I H~ ....... (2014-05-30 09:37) qWS"I+o,S cNMDI 我主要想学一下matlab编程的思路以及数据处理，程序我是不用的，我们自己有编

phoenixzqy

2014-05-30 09:53

guapiqlh:我主要想学一下matlab编程的思路以及数据处理，程序我是不用的，我们自己有编 (2014-05-30 09:40) s^m`qi(H

变倍组移动之后，补偿组要跟着移动。变倍组位置确定之后，一般补偿组有两个位置可以补偿。不过只能选其中一个。

也就是说，补偿组的位置，其实是被变倍组决定了的。

因此，可以通过调整变倍组的移动线路，来调整补偿组的移动线路。通过配合，就可以达到调整升力角的目的。

很多在计算变倍曲线时，都是将变倍组移动做成斜线。在调整升力角的时候。做成弯的就行了。斜率是逐渐变化的。

guapiqlh	2014-06-04 11:16
phoenixzqy:变倍组移动之后，补偿组要跟着移动。变倍组位置确定之后，一般补偿组有两个位置可以补偿。不过只能选其中一个。 1K(mdL{m5 也就是说，补偿组的位置，其实是被变倍组决定了的。 C6Cr+TScH ....... (2014-05-30 09:53) Frz :4\%a4{Ie 做过变焦曲线计算的人，有几个不知道你说的这些道理？

phoenixzqy	2014-06-04 12:10
guapiqlh:做过变焦曲线计算的人，有几个不知道你说的这些道理？ (2014-06-04 11:16) [zXC\)&! bfm+!9=9S 那你还想知道什么呢？ Ryh 0r :U=3*f.{ matlab只是一个计算数据的工具，可以把它当成计算器。 b)M-q{ >`/s+V 最重要的部分，就是上面说的简单的光学原理。 &:u3-:$:9 ,>za\|y<n 帖子里把步骤已经说的很清楚了。

coollwl	2014-10-04 11:17
看来楼主是一个肯钻研的人！值得学习。

phoenixzqy	2014-10-07 21:29
coollwl:看来楼主是一个肯钻研的人！值得学习。 (2014-10-04 11:17) D&I/Tbc kB=B?V~# 这些其实都是如何运用基本原理的问题。 %3"3V1 很多时候我们学了很多知识，却不知道如何去解决实际问题。 K2s-,b 常交流！

blizzardpl

2014-10-08 11:50

所謂設計就是需要一些靈感的吧，不是每個人都能成為設計師的，俺也是初學者，希望與大家一起共勉，共同提高。

俺的看法，理論不需要太深入，最討厭看公式什麽的了，上學的時候就對這些東西不屑，也只能說是弱項吧。套公式的東西交給軟件或者計算機。

理論和實際結合的問題，再從別人的作品上找到優秀的地方。剩下的靠運氣，悟性，以及那1%的靈感吧。

phoenixzqy

2014-10-12 11:34

blizzardpl:所謂設計就是需要一些靈感的吧，不是每個人都能成為設計師的，俺也是初學者，希望與大家一起共勉，共同提高。 N6u>V~i
俺的看法，理論不需要太深入，最討厭看公式什麽的了，上學的時候就對這些東西不屑，也只能說是弱項吧。套公式的東西交給軟件或者計算機。 ru9@|FgAE
理論和實際結合的問題，再從 .. (2014-10-08 11:50) #|(>UM\

公式要图表化。
可视化。

有软件之后，没必要再按照公式自己手动计算了。

这样，设计师也从繁琐的计算中解放出来了，更容易发挥自己思路和灵感。

luxppp889	2016-06-22 19:55
支持下

ds1234567	2016-06-27 06:57
这是一篇总结，应当尊重别人的劳动，。只有老师可以答疑解惑。 3fQ`}OcNr e<1Ewml(] JZxA:dg l

phoenixzqy	2016-08-19 11:01
常交流。。。

爱钓鱼的仙道	2016-08-19 13:38
在理想透镜组都计算好数据之后，转换成实际的就得用pw的方法把，那个好复杂啊，，，看起来能懂，但是不好用啊~~

phoenixzqy	2016-09-03 11:45
爱钓鱼的仙道:在理想透镜组都计算好数据之后，转换成实际的就得用pw的方法把，那个好复杂啊，，，看起来能懂，但是不好用啊~~ (2016-08-19 13:38) ub>:dNBN #V/{DPz 计算变焦曲线不用PWC。

江氏哥	2016-10-23 20:02
老师，横坐标为移动组位置点，每个移动位置点做对应的纵坐标是什么?焦距？感觉横坐标的位置点对应的纵坐标值很盲目，大小不知怎么给，如果要拟合曲线的话，刚开始纵坐标的赋值很重要

sunon	2017-01-09 19:36
看得有些头绪了 IZ>l

光强	2017-02-11 21:59
知识点都很简单。 qP;1LAX 用到一块效果就不一样了。

bmw0501	2017-08-18 17:35
谢谢张老师

lazygoat	2017-08-26 20:49
还是要多学习基础知识才行

yinge丶	2018-05-20 16:25
觉得光学设计，就是考验数学能力

yinge丶	2018-06-06 09:50
看见有些文献是把变倍组运动整成二次曲线，来优化升力角，有些是选取什么复合曲线，但是我很怀疑这是不是一个最优值，而且升力角感觉也和凸轮半径和凸轮转的角度有关，那到底怎么优化这个曲线呢

lzhdear	2018-06-20 11:44
谢谢分享了，学习 #>G:6'r

wmh1985	2019-04-03 09:46
楼主，有MACROS可以分享一下！

phoenixzqy

2020-05-02 11:47

yinge丶:看见有些文献是把变倍组运动整成二次曲线，来优化升力角，有些是选取什么复合曲线，但是我很怀疑这是不是一个最优值，而且升力角感觉也和凸轮半径和凸轮转的角度有关，那到底怎么优化这个曲线呢[表情] (2018-06-06 09:50) 2g_mQT

计算出压力角之后，持续调整曲线，直到各焦段力度相差不大为止。

phoenixzqy	2020-05-02 11:48
wmh1985:楼主，有MACROS可以分享一下！ (2019-04-03 09:46) Ml?KnSb '?_~{\9< 我使用matlab写的，没有用宏语言。

codev1502	2020-11-11 13:19
受教了

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