变焦镜头结构形式的最佳选择方法

摘要：从几个方面介绍了对结构型式的选择考虑方法，具体地分析了每种方法对结构设计产生的不同效果。为此在设计之前要求考虑各种因素，解决光学系统像质好与结构简单化、外形尺寸要小之间的矛盾，最终选择最佳设计方案，使之达到所要求的目的。

1 引言

设计变焦镜头在满足各种各样要求的条件下，需要解决光学系统像质好与结构简单化、外形尺寸要小之间的矛盾。好的结构形式应当是既能满足使用要求，又能够尽量做到体积小、结构简单。因此设计的方向就是要考虑这些因素，在满足这些条件下尝试整个设计过程。

2 从像面位置稳定要求考虑补偿形式的选择

变焦镜头按补偿方法之不同可分为光学补偿法和机械补偿法两种。机械补偿法的变焦距镜头， 一般由前固定组1，变倍，2，补偿组3和后固定组4构成。变倍组作线性移动，补偿组作相对少量非线性移动，以达到光学系统既变倍而像面位置又稳定的要求。变倍组一般是负透镜组，补偿组有取正透镜组，也有取负透镜组的，如图1和图2所示。

图1.正组变倍补偿系统

图2.负组变倍补偿系统

机械补偿法的变焦镜头像面位移，从高斯光学计算，总是可以完全补偿的。但凸轮加工误差以及其它加工误差会引起像面偏移。假设变倍组和补偿组之间间隔误差为$d23，则引起像面位移量$lk‘，可由下式计算：

（1）

3 从外形尺寸和像质要求考虑结构形式

对于机械补偿法变焦镜头，通过高斯光学计算确定变倍补偿曲线之后，就要考虑选取变倍补偿曲线的段落问题，因补偿曲线形状以及导程（即变倍组的总移动量），对变焦镜头的外形尺寸（即头部尺寸和总长度）和凸轮的曲线形状有很大的关系。所以开始设计时就必须从补偿曲线情况和导程来考虑变倍补偿曲线的选段问题。

图3. 六倍变焦距镜头结构形式设计图

6 结论

总之，变焦距的结构形式考虑方法很多，现只对一些典型的情况做了介绍，具体情况可根据具体的用途来考虑和设计。对于每种设计程序，因它考虑的因素较多，所以它们各自都存在一些不足与缺陷。如：由于各种像差的影响而使结构形式复杂化的问题；由于各透镜组之间的倍率和焦距的相互关联而出现相互不搭配的问题；由于结构限制而影响像质的问题等。因此，要设计好一个光学系统，必须根据它的具体使用情况和范围，综合考虑，解决好光学系统即要像质好、结构简单化、外形尺寸要小之间的矛盾。当然对于外形尺寸没有严格限制的，可适当提高光学系统的一些设计参数，以利于提高成像质量。

审核编辑 ：李倩