短焦段数字电影变焦放映镜头的设计

    ０　引言

    为加快中国数字电影发展，国家广电总局制定了我国数字电影发展的三个主要层次，即面向广大农村农民观众的电影流动数字放映（０．８Ｋ）、面向中小城市观众的中档商业影院（１．３Ｋ）、面向大城市观众与国际相兼容的商业数字影院（２Ｋ）．其中，面向中小城市观众的中档商业影院是发展我国数字影院的一个重要层面．

    数字电影变焦放映镜头是数字电影放映系统的重要组成部分．头的研究已经有了快速、成熟的发展．德国的ＣａｒｌＺｅｉｓｓ　ＡＧ、日本的Ｋｏｎｉｃａ　Ｍｉｎｏｌｔａ等已经成功地研制出各种型号的数字电影变焦放映镜头，而且短焦段的数字变焦放映镜头的最大角度已经超过６０°．然而，目前国内对于短焦段数字电影变焦放映镜头的研究还没有出现相关文献和报道．国内大部分的    数字电影机采用的放映镜头几乎都是国外产品，其价格昂贵、类型受限，在一定程度上阻碍了我国数字电影的健康快速发展．

    针对我国数字电影的发展现状，本文基于对变焦原 理［１－２］、凸轮曲线设计［３－６］以及变焦光学结构［７－１２］的深入研究，利用ＺＥＭＡＸ光学设计软件开发设计出了一款适用于０．６５英寸、单数字光处理器（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｌｉｇｈｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＤＬＰ）、１．３Ｋ数字电影放映机的短焦段连续变焦放映镜头．

    １　变焦系统工作原理

    １．１　变焦原理

    变焦系统按补偿法之不同可分为光学补偿法和机械补偿法［１］．光学补偿法的变焦系统像面位移总是不能完全补偿的（除设计规定的几点外），必然有一定的偏移．机械补偿法的变焦系统像面位移，从高斯光学计算，总是可以完全补偿的．随着机械加工水平的不断提高，机械补偿形式的变焦系统越来越显示出它的优越性，目前大多数变焦系统都属于这种补偿形式．

   机械补偿法的变焦系统，一般由前固定组１、变倍组２、补偿组３和后固定组４构成，如图１所示．前固定组１和后固定组４在整个变焦过程中保持不动，当变倍组２在组元１、４之间做线性移动时，为保证最后像面的稳定，补偿组元３则做相应的非线性个系统变焦且像面稳定的目的.

    变焦距系统是通过变倍组和补偿组的同时移动来实现焦距的连续变化和像面的稳定的，而凸轮是保证变倍组和补偿组沿着一定曲线运动的关键元件，所以凸轮曲线的设计，对整个变焦过程中焦距的连续变化和像面的稳定性起着至关重要的作用．

    １．２　凸轮曲线的计算