变焦距镜头电子变焦模式

    变焦距镜头结构复杂,更新迅速.对其功能所提出的要求也越来越高.伺服电机和微电子处理器件功能完善且实现微型化,将其应用于变焦系统的自动控制,即为电子变焦模式.在国外已有很多这样的产品,然而对其原理和计算方法的论述却很少见.田中曾对该模式做了简单介绍[1],但其采用的计算方法较复杂.作者针对自动调整物距(调焦)及与其相关联的连续变焦以及与它无关的独立变焦模式,给出新的计算方法.该计算方法基于高斯光学乘加递推算法[2],比高斯括号法简明方便,采用多项式,避免了有理函数的运算.

    1　自动调焦算法

    变焦距镜头电子变焦模式以伺服电机驱动组元,其移动量由事先存储的数值或临时计算出的数值换算成脉冲增量给出,把凸轮轨迹在横向上的增量换算成伺服电机的脉冲增量,即可以将独立调焦的机械补偿法的变焦距镜头改换成电子变焦模式;而对于调焦与变焦组元相关联的系统则可按如下计算方法实现.

    设变焦距镜头由k个组元组成,每个组元的焦距依次为f′1,f′2,…,f′k,物距为l1,此时各组元的间距依次为d1,d2,…,dk-1,定义时刻t为控制参数,该参数可以表示变倍组元从最初位置算起的位移量或倍率数值,参数范围为t0≤t≤T(t0和T为常数).令第j0组元为调焦组元,1≤j0≤k,只要调焦的位移量能够满足要求,任一组元都可用于调焦,通常j0=1,即最前组元为调焦组元;同时在变焦过程中必须满足的条件为f′j>lj(t)或总是f′j<lj(t)[3],式中lj(t)表示t所控制的第j组元的物距,f′j是该组元的焦距,1≤j≤k,t0≤t≤T.

    由高斯光学物像关系式给出像面位置为

    式中　l为物距;f′为焦距;l′为像距;光线入射高为hj=ljuj,lj为第j组元物距,uj为孔径角.则由如下递推公式计算出最后组元到像面的距离l′k,记为dk.

    当dk没被定义时,1≤j≤k-1;当dk被定义后,1≤j≤k,Uj=1/f′j.当l1为无穷大时,取u1=0,h1=1;当l1为有限时,取u1为任意值,如u1=1,而h1=l1u1,从而得到dk=l′k=hk/uk+1.

    调焦是通过移动调焦组元实现对即定的物点成像,使其像点与原像点重合.设新的物距为l～1,而调焦组元即第j0组元沿光轴移动距离为x,其符号规则是向右为正,向左为负.当j0=1时,物距l1替换成新物距l～1-x.

l1∶=l～1-x,d1∶=d1-x, ( 3 )

    式中　∶=表示左边量被赋予新的右边量.当j0不为1时,间隔dj0-1和dj0变化为

dj0-1∶=dj0-1+x,dj0∶=dj0-x. ( 4 )

    以式(1)和式(3)反复计算k次,可以得出像点的误差量lk+1=hk+1/uk+1.则计算出调焦量x,使得l′k+1=0,或者使hk+1=0,即实现调焦.