[发明专利]一种无极变焦镜头的焦距仪设计方法

说明书

本发明提供一种无极变焦镜头的焦距仪设计方法，首先采用光学系统设计方法设计自由曲面反射镜结构；以Zernike多项式表征该自由曲面面形，利用ZEMAX软件拟合某一被测镜头焦距对应的多项式系数，得到满足像差要求的面形结构。然后抽样拟合焦距范围在‑1000mm‑‑‑2mm、2mm‑‑1000mm间对应的系列Zernike多项式系数。最后，利用获得的Zernike多项式建立微型矩阵式自由曲面反射镜，用电脑控制电动传动装置实现自由曲面反射镜面形扫描，当CCD上显现出清晰、且像高最大的像时，由电脑输出被测镜头焦距值。本发明将连续变焦测量范围提高到‑1000mm‑‑‑2mm，2mm‑‑1000mm；采用一片自由曲面反射镜取代多片变焦镜头，既可以降低装配难度，又可以实现无极变焦。

技术领域

本发明属于焦距仪设计技术领域，具体涉及一种无极变焦镜头的焦距仪设计方法。

背景技术

放大率法焦距仪作为一种光学测量仪器，由光源、玻罗板、平行光管、被测透镜、测量镜头、CCD靶面组成，如图2所示。除了测量镜头能小范围改变位置外，其他光学元件都固定不动。

焦距仪工作原理为，玻罗板置于平行光管的物方焦平面上，经平行光管后获得一束平行光，经被测透镜第一次成像，再经测量镜头二次成像在CCD上。

2018年，繆玮杰等提出不用更换测量镜头的五档变倍镜头设计，他们利用变焦镜头实现了从-1000mm---5mm，5mm--1000mm的连续变焦测量。

现有技术存在的缺陷有：1、-5mm--5mm间的焦距不能测量；2、由于变焦镜头涉及的镜片较多，装配难度相对比较大；3、五档变倍镜头，不能实现无极变焦。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种无极变焦镜头的焦距仪设计方法

本发明采用如下技术方案：

一种无极变焦镜头的焦距仪设计方法，所述焦距仪包括依次设置的光源、玻罗板、平行光管、被测透镜、CCD靶面、测量镜头，所述测量镜头为自由曲面反射镜；

所述焦距仪设计方法包括如下步骤：

步骤1：采用光学系统设计方法设计自由曲面反射镜结构；

步骤2：抽样拟合焦距范围在-1000mm---2mm、2mm--1000mm间对应的系列自由曲面面形表征函数的系数；

步骤3：利用获得的自由曲面面形表征函数建立微型矩阵式自由曲面反射镜，用电脑控制电动传动装置实现自由曲面反射镜面形扫描，当CCD上显现出清晰、且像高最大的像时，由电脑输出被测镜头焦距值。

进一步的，步骤1，以Zernike多项式表征自由曲面面形，利用ZEMAX软件拟合某一被测镜头焦距对应的多项式系数，得到满足像差要求的面形结构。

进一步的，玻罗板与平行光管间、被测镜头与测量镜头间设有平面反射镜。

有益效果：1、将连续变焦测量范围提高到-1000mm---2mm，2mm--1000mm。

2、采用一片自由曲面反射镜取代多片变焦镜头，既可以降低装配难度，又可以实现无极变焦。

附图说明

图1为f′＝-1000mm时的(a)参量值截图，(b)弥散斑图，(c)MTF曲线图，(d)光学系统图，(e)自由曲面反射镜元件图，(f)f′＝-999mm时的参量值截图；

图2为现有技术中焦距仪结构及光路图；

图3为f′＝-2mm时的(a)弥散斑图，(b)MTF曲线图，(c)光学系统图、(d)自由曲面反射镜元件图；