介绍了用于变焦距系统高斯光学计算与分析的通用程序,它能对变焦系统中各运动组元的运动规律及倍率变化等作出计算,提供分析,并为进一步的光学设计提供必须的数据资料。文中对程序设计的主要思想作了阐述。由于程序采用了变焦微分方程的计算方法,所以该程序的适用范围几乎包括了变焦类型。

提出一种全新的高斯光学算法,对电子变焦模式的变焦距系统高斯光学参数的计算方法进行研究.通过求解超越方程(组)及三次样条函数插值法计算凸轮曲线,处理了与自动调整物距(调焦)相关联的连续变焦模式以及与其无关的独立变焦模式,实现了任一变焦方式的高斯光学参数的计算.该算法基于高斯光学乘加递推算法,采用多项式,避免了有理函数的运算,比高斯括号法简明方便,有利于简化电子变焦模式变焦系统镜头参数的计算.

变焦距镜头由于其固有特点而得到越来越广泛的应用,目前,连续变焦的变焦距镜头普遍采用机械补偿型光学结构,其中的特定光学透镜组通过凸轮的驱动沿光轴连续移动,从而实现连续变焦,其可变组元数大多为二组或更多.变焦凸轮的优化是实现变焦距镜头光学设计像质目标和连续变焦过程的关键,军用变焦距镜头尤其应考虑其变焦运动的平滑性和变焦过程的快速性.简述某二可变组元机械补偿型变焦距镜头的凸轮优化方法,给出适合不同凸轮数据点数和二可变组元变焦距镜头光学设计使用的Macro-PLUS凸轮优化宏程序主体.

传统上,在设计变焦距镜头时都要利用高斯光学求解变焦距的各组元焦距、组间隔。与传统方法不同的是,该文利用矩阵光学理论,建立变焦距镜头的光线传输矩阵,并以此矩阵建立非线性方程组,然后用数学软件对其求解,得到各组元的焦距、组间隔等参数。最后以设计一个普通的摄像物镜为例,演示了矩阵光学在设计变焦距镜头中的应用。

为提高变焦距系统的工作性能，使其在大视场时仍具有良好的像质，且系统结构简单，易于机械设计、加工及装调，在设计中引入了传统球面光学设计与非球面相结合的设计思想。选择4个焦距位置进行设计计算，用光学设计软件ZEMAX上机调试，设计了焦距为6．9mm～91．6mm，视场5°～60°的变焦系统，整个系统由4组12片透镜组成，其中包括3个非球面，系统具有变倍比高、视场大等特点。设计结果表明：在设计中采用非球面可使系统结构紧凑，系统成像质量得到提高。

介绍了采用机械补偿方式的变焦距镜头模块化设计方法，采用设计方法使得在确定变焦镜浆的初始结构时，不但步骤简化，而且操作简单方便。同时对相关的几大模块的用法作了简单的介绍。

众所周知，变焦距镜头是相对于定焦距镜头而言的、它通过沿光轴移动一组或几组透镜，在不改变像点位置(及相对孔径)的情况下，能使镜头的焦距(及放大率)产生连续的变化，具有构图方便、一镜多用等特点，使广大摄影者免去了频繁更换镜头之辛苦可以快捷方便地捕捉转眼即逝的场景，已广泛应用于现代摄影中。

为设计一套焦距17～1700 mm的长焦距、超高倍率变焦距光学系统,首先在合理选择初始结构基础上,通过比较高斯光学计算结果找出高斯解对系统性能的影响规律,从而确定系统的关键参量；然后通过分析各组元相对孔径和像差特点选定结构形式,并进行系统像差的校正和优化.设计结果系统光学总长760 mm,各焦距位置全视场50 lp/mm处mtf＞0.3,各项指标满足系统要求.

变焦距镜头普遍采用机械补偿法来改变焦距,变焦凸轮是其实现连续变焦的关键。为了减小变焦距镜头的质量和体积,本文研究了用机械补偿方式改变变焦距镜头焦距的原理,采用NX/Nastran软件对变焦凸轮结构进行了仿真分析,并针对分析结果对变焦凸轮结构进行了优化设计。优化结果使变焦凸轮质量减小了88g,壁厚减小了1.5mm,外径尺寸减小了3mm。对优化后的变焦凸轮进行了模态分析和热分析。模态分析显示,凸轮主体一阶频率为50.3Hz;热分析显示,凸轮在90℃温差作用下变形大小为0.006mm。最后通过对光学传递函数的检测以及振动和高低温试验验证了仿真分析的正确性,表明对变焦凸轮的优化设计是成功的。

用于精密跟踪测量的变焦距镜头为了满足精确测量的需求,需要实时输出准确的焦距值.本文在简单介绍连续变焦距光学系统的分类,以及基本结构形式和原理的基础上,着重分析了其在变倍过程中焦距值实时输出的理论基础,实现方法和存在的问题.