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很好写啊，光电工程毕业论文，我写的是《LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布研究》，不过几万字的研究生论文自己完成还要工作，肯定没时间。还是同事给我的莫文网，有专业老师帮忙写就是快，专业的说 
随着社会的不断进步，人民对提高生活质量的需求，尤其是对视力保健的关注度越来越高。统计数据表明， 中国 在校小学生佩戴眼镜的人数比例达到30％，中学生为50％，而大学生则达到了75％，成为名符其实的眼镜王国”。 一、应社会需求 发展 起来的新学科 1988年，中国计量 科学 研究院(以下简称“计量院”)组织了新中国成立以来首次、也是北京市第一次眼镜市场的产品质量调查。根据英国标准化协会(BSI)的标准，京城20多家大眼镜店被抽查的上千副眼镜的质量合格率不足10％。 为此，我国著名光学专家王大珩院士率先向社会发出呼吁：眼镜是保健用品，不是一般的商品，全社会都应陔关注消费者的视力健康!一些政协委员和人大代表电纷纷提出提案，建议国家有关部门对眼镜行业进行治理和整顿。 眼镜质量问题引起了原国家技术监督局的高度重况和关注．眼镜立即在“质量万里行”活动中被列为重点监督的产品。计量院正是从这时开始涉足眼科光学领计量和检测标准的研究的。近20年过去了，具有中国旖色的眼科光学计量取得了长足的发展和进步。 二、眼科光学与相关产业密切结合、与其他学科相巨交叉 眼科光学是集眼科学、计量学、光学和光学仪器、验光学、眼镜学、像质评价技术、光电检测技术、光谱光度学、神经学、生物学、材料学、制造工艺等为一体的新兴的边缘学科。眼科光学计量是眼科诊断、 治疗 、视力矫正和眼保健的基础保证。 根据国际标准化组织(ISO)的专业划分，至少有五大产业领域与眼科光学密切相关，它们是眼镜镜片、眼科仪器、角膜接触镜、人工晶体和个体眼部防护用品。由此可见，眼科光学又是医疗卫生、眼镜行业和光学 工业 的结合体。 三、具有中国特色的眼科光学计量体系 根据日益增长的国际市场和贸易全球化的需要，20世纪80年代中期，ISO在IS0C172“光学和光子学”标准化技术委员会下面设立了SC7“眼科光学和仪器”标准化分技术委员会。由于信息不畅以及行业划分的制约，中国的眼科光学计量研究与国际IS0C172，sC7的建立虽然同步，却又毫不相干。而国际计量界的同行们，无论是德国联邦物理技术研究院(PTB)、美国国家标准与技术研究院(NIST)，还是英国国家物理实验室(NPL)，都还没有开展这一领域的研究。 命运注定，中国眼科光学计量的生存、确立和发展必须自主创新。 1。独创性 由于有了计量院这样一支实力雄厚的技术队伍的实质性介入，仅仅十几年，中国已经开始步人国际先进水平的行列。 在国家质检总局的大力支持下．计量院会同全国质监系统先后研究建立了顶焦度计量基准、验光机顶焦度工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准等一系列有代表性的基、标准装置，并在全国范围内建立了具有中国特色的顶焦度量值传递和溯源体系，如图1所示。 纵观国际眼科光学大家庭，中国的眼科光学计量颇具独创性。正如国际计量局局长瓦拉德于2005年下半年参观计量院眼科光学实验室时所说的：“我在你们这里看到了一片新天地。” 2．建标与量值传递的新模式 传统的计量工作，往往是先投入巨资研究检测装置，待建立计量基准或计量标准后，再对社会开展周期检定和量值溯源。 计量院在开展眼科光学计量研究的初期．面临着技术上走哪条路的抉择。由于服科光学计量服务的对象是一个个不同的生命体，从某种意义上说．如果初期没有选择好突破口，计量检定方法不能通过临床医学的考验，就不可能得到今天医学界的承认，更不会被国内外市场广泛使用并接受，也绝无可能发展到今天的规模和水平。回顾 历史 ，眼科光学计量所实现的突破在于： (1)选择了以动态或在线检测为研究目标 事实证明，这种模式能够较好地适应眼镜行业或医学界在使用现场进行动态测量或在线校准和检测的需求显然，传统的、基于静态或分量程的工业计量模式，以及高成本低使用率的计量建标和检定模式．不适于眼科临床医学的需求。而中国自主研发的各种眼科光学计量标准器具，如标准镜片和标准模拟眼等，则以其高科技含量、低成本高使用率、便于携带等显著特点．一下子就被国内外客户广泛接受，并占领了市场。 (2)以Map手段实现量值传递的新模式 面对具有3．6亿用户的眼镜市场，我们只有通过大面积的建标和计量检定，才能有效控制眼镜行业的产品质量，才能保证全国范围内顶焦度量值的统一。而Map了用客传递手段，就像勾画一张全国地图一样，把顶焦度一级或二级标准、验光机顶焦度标准、瞳距仪检定装置、透射比计量标准装置、角膜曲率计检定标准等通过自上而下的逐级推广、很快就覆盖了全国除 台湾 和西藏以外的大部分省、市地区计量所，甚至远销海外。这种新模式，满足了我国眼镜行业分布区域大、计量检定贯穿始终、无所不在的市场的需求。 四、计量基标准与科研成果转化 眼科光学领域内的基本物理量是顶焦度——VertexPowero 围绕着顶焦度这个重要物理量，我国先后研究建立了各项基(标)准，并将其迅速转化为市场上可流通的商用计量标准器具。例如：“顶焦度标准镜片”、“主观式和客观式标准模拟眼”、“接触镜顶焦度专用标准镜片”、“眼镜片透射比测量装置”、“瞳距仪计量检定装置”和“商用瞳距仪样机”、“角膜曲率计标准器”等。 上述计量标准器具均可直接用于对眼科光学计量仪器进行强制检定和计量校准，且具有包容性强、较长期的适应性、研究费用低廉、易于操作和大范围推广等优点，有利于调动地方质监部门的积极性。 上下齐抓共管大好局面的形成，使我国政府对眼科光学领域的产品质量实施市场监督的目标能够落到实处。 五、发挥龙头作用、形成计量院与地方技术机构双赢的局面 眼科光学计量之所以能够在短短十几年里取得如此快速的发展．并为提高我国眼镜行业产品质量的提高作出举足轻重的贡献，除了计量院自身的努力之外，另一个重要的原因就是这项工作得到了全国各地质监部门的积极响应和大力协助。 目前．除台湾、西藏以外的大多数省市级的计量和质检机构都开展了眼科光学计量检定和产品质量监督工作．各地技术机构直接使用计量院提供的计量标准器具。这种“统一研制、统一推广、统一培训、统一周期检定”的“四个统一”模式有效解决了巨大市场需求下的量值溯源和量值统一问题，使将原来看起来十分复杂和困难的技术管理和市场监督工作变得简化和顺畅起来。 眼科光学计量走出了一条计量为国民 经济 服务、为社会发展服务、为提高人民生活质量和身体健康服务的新思路，不但使社会和国民从中受益，也形成了计量院与地方技术机构双赢共进的新局面。 六、中国眼科光学计量研究实现“从零的突破到质变的跨越” 眼科光学计量所走过的路。为计量科学技术的发展开拓了广阔的研究领域，使计量科学更贴近生活，更贴近国民经济。也锻炼和造就了一批了解市场、了解 企业 需求。通过为社会服务而发现和寻找科研方向的新型的科技人员。 顶焦度计量标准(基准)、验光机工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准的相继研发成功。确立了计量院在国内眼科光学领域的“科研龙头”地位．同时。为提高中国在国际眼科光学界的地位赢得了关键的一票。
第34卷第12期 2005年12月 光子学报 ACTA PHOTONICA SINICA Vo1．34 No．12 December 2005 短焦距变焦物镜设计 程珂 周泗忠 张恒金 (中国科学院西安光学精密机械研究所，西安710068) 摘要 介绍了机械补偿式三组元连续变焦系统设计方法；基于微分解析法，提出快速变焦法用于 优化系统高斯初始结构，减小了外形尺寸．并设计了一焦距3．87 mm～19．35 mm，视场76．6。～ 17．71。可见光变系统．设计结果表明：该变焦系统较之同类专利设计结果，具有结构紧凑、视场大、 像面稳定度高的优点． 关键词光学设计；变焦距；光学系统 中图分类号TP73 文献标识码 A 0 引言 短焦距变焦物镜在广角监控、数码摄像、医疗诊 断、公安侦察等领域有广泛的应用，但短焦距变焦系 统设计的公开报道较少，其特点是焦距短、视场大、 结构要求紧凑，大多采用机械补偿式，高斯初始结构 的选取尤为重要．文献FI]提出曲线拟合法选取高 斯结构，但不能对结构做定性分析，不能实现快速变 焦；文献[2]提出了微分解析法选取初始高斯参数， 可定性分析结构，但没有给出快速变焦实现的条件 及实现途径．本文解决了以上问题，并用于指导初 始结构设计，与同类专利相比，系统的长度减小，同 时保证了相同相对孔径并扩大了视场，满足了使用 要求． 1 设计方法 快速变焦是指通过选取合适的变倍组、补偿组 垂轴放大率 ，找到最短途径实现变焦．机械补偿式 连续变焦系统中，变焦组元都满足方程 Σ ia [~i一～0 选取适当 、、 ，再取一适当d。 使变倍、补偿 组元长焦时不会相碰，得 z一 式中／2、 分别为变倍组、补偿组焦距； z、 分别 为长焦时变倍组、补偿组垂轴放大率；d。。 为长焦时 变倍组、补偿组之间距离． 令变倍组作线性移动，移动量为e，得一 f2+&l ’ 由式(1)、(2)可得如下方程 Tel：029—88484238 Email：lion_ 2001@etang．tom 收稿日期：2004—10-02 1+ 一 1 一 z)+ (击+ 一 壶一z)一0 整理可得 J8；一 +1=0 式中b可以表示为 6一 (壶一 1+ )+(壶 ) 求解式(5)，可得 一 (3) (4) (5) (6) xC~t(1)求微分蓑，有 一dJ92 (1 (7) 一』8；) 当=一1时(根1舍) 有最小值，由式(7)知 有2根，且满足 一壶，可知其轨迹为两对称曲 线，对称点的距离随着b的值而变化，式(5)中，当 6一一2时 两根相等为一1．图1(a)直线代表 变 化轨迹，曲线为 变化轨迹，此时两曲线相切(图 1(b))，曲线相切为实现快速变焦的必要条件．当 IbI>2时 两根不相等，此时两曲线无切点，不能 (a)Curveof#2Vel~tlS m (b)CurveofB 2V~I~US ． 32 图1 系统外形图 Fig．1 Zoom system configuration 光子学报 实现换根，若在此情况下设计， 一般取屉 >一1 段(图1(a))，不能取 <一1段，此段为最慢变焦． 快速变焦另外一个条件是：变倍组、补偿组同时 实现物像交换，即一， z一 ； 为补偿 p31 p2z 组长短焦垂轴放大率；在图1(b)中快速变焦途径为 >一1段及切点对称 z<一1段(图中实线部 分)，若 曲线与 。曲线对称于切点，此途径为快 速变焦途径． 求出补偿组移动量为 一 ( 一 z)，此时系统 的总变焦比 一 ，当r达到要求时可停止搜索． p2p3 恰当利用以上规律可以设计出外形尺寸紧凑的 系统，以下举例说明其应用． 2 实例分析 现设计一焦距3．8 7ITlm～1 9．3 5mm，视场 76．6。～17．71。大视场可见光变焦系统．，要求结构 尽可能紧凑． r 2．1 求解最速变焦高斯结构 将 取规划值～1，取一1．4； 一一1．1．届一 一1时6一一2，带入式(5)，得 ／壶1 一壶1 + 一 f)+ 壶1 ～ f)一2 解得： 一一1．084， 。一～0．923，带入式(3)求出 d23z为：d23n=0．592，d23f2—0．817． 选择d。 较长的那组解，长焦时变倍组补偿组 不会相碰，此时 z=一0．923，dz。z=0．817，利用式 (2)～(7)可得r一5时， 一1．4， 一0．6． 取一组5倍变焦专利数据进行分析．将／2取规 划值一1后得： 一一1； =1．49；d23 z一0．98； z= 一0．63，此处． 的选取对实现最速变焦很重要． 由上讨论知：最速变焦需变倍组、补偿组同时实 现物象交换 _( )2_l 。 l2 l z l—l z l(1 z l>1)时r有最大值，此时l l= l z l—r 根据f I、f f和物象交换原则，当 一一1时 很容易求出 一r“ 一1．49．实际设计中l l与l l 不相等，否则变倍组、补偿组之间距离太短，可根据 具体情况对待．利用式(2)～(7)可得r一5时， = 1．28； 一1．011 图1(a)为专利曲线图，图1(b)为实例曲线图， 图1(b)中当 一 一一1时，两曲线相切，此时平滑 换跟，由曲线右上半部换到曲线左下半部，由于不对 称只能实现快速变焦；图1(a)中， 都取不到 一1，故无法换跟，所以实例结构比专利结构短． 2．2 校正像差 寻找到最速变焦结构后要重点校正大视场带来 的像差．视场大使得垂轴像差(慧差、畸变、倍率色 差)校正有一定困难，但是只要找到像差变化规律还 是可以做到的． 变焦距像差的校正遵循“先分再合”的原则 q]， 即先不考虑后固定组，将其他组元各自独立校正像 差，保证变倍过程中各透镜组不会产生很大的像差变 化；再将上述几个组元组合起来在变倍范围内等间隔 取5个焦距位置，保持各组元光焦度不变的情况下改 变各组元结构参数，使5个焦距的像差尽可能接近． 最后再考虑后固定组，使其产生与前数量相同但符 号相反的像差，对前几组进行像差补偿，但是前面的 像差也不能留很多，因后固定组要校正很多的残留 像差是很困难的，特别是像散和畸变． S一Σh P—JΣW i= l 一1 S。一鍪P～2．，Σ" hpw+．，z {△一u (8) i—l凡p i一1 n i一1 n P一7z。(hc一乱)。A 7z 一一( f一“)△ 7z C2一Σ 里‘ (9) f— l 长焦时前固定组轴上光线h最大，向短焦方向 递减；长焦、短焦时前固定组h 都是最大且变化不 大，变倍组h 在长焦往短焦方向移动时迅速增大， 由式(8)知对垂轴像差贡献很大．移动时像差情况 虽复杂，但只需校正好上述5点位置像差．由式(9) 知，前固定组矫正短焦大视场引起的倍率色差贡献 最大，因此可改变前固定组玻璃、光焦度分配来消倍 率色差；前固定组相对孔径大决定其结构复杂，其光 焦度分配应按光线走向依次递减分配；变倍组情况 较复杂，相对孔径变化迅速，轴外像差也迅速增大， 背向光阑面对其贡献很大．补偿组与后固定组相对 孔径变化不大，结构相对简单些． 视场大亦带来设计过程中“飞边”现象，为避免 这种现象带来的不便，可采用先以0．7 (76．6。～ 17．71。)视场为全视场进行设计，后逐渐加厚玻璃厚 度扩大视场．实践证明此方法有效． 3 设计结果 图2为该系统结构图，表1为变倍组，补偿组移 动时与前后组元的距离，其中d 为变倍组与前组元 距离，d z为变倍组与补偿组距离，d 为补偿组前后 l2期 程珂等．短焦距变焦物镜设计 1827 组元距离，厂、f 分别为此时焦距与后工作距离；图3 为凸轮曲线轨迹．从解析法得到的凸轮轨迹来看，曲 线连续，平缓，完全符合机械加工要求．从光学总长 来看，简长比上述专利减少5。1 mlTI，结构更加紧 凑．从得到的后截距看，满足像面稳定，一倍焦深以 内最大偏差4 m，因篇幅所限，只给出了长焦、短焦 等传函曲线图(图4)．从设计结果看出，成像质量良 好，像质稳定，满足使用要求． 图2 系统结构 Fig．2 Schematic diagram of the zoom system 4 结论 TSD FFLIM丌 TS00o00DEG TS4．0000DEG TS60o00DEG Spatjalfrequencyincy clespermfllimeter (a)E FI．=19．35 mm Spatialfrequency incycles permillimeter (c)EFL=89mm 表1 间隔参数 Focal~ gafmm 图3 凸轮轨迹 Fig．3 Lens group locations versus EFL TSDIFFLn皿T TSa00DEG 1．0 0．8 0．6 04 n2 0 Spatialfrequency incyclespermillimeter (b)EFL：12．89 mm TS DIFF-Ul^皿T TS l8．OO DEG O∞ DEG Ts2700DEG Spatialfrequency incyclespermillimeter (b)EFL=3．8／mm 图4 系统传函 Fig．4 Visible projector design performance analysis and compensation．Optical Engineering，2000， 本文介绍了一种新的连续变焦设计方法，由于 视场大且要求结构紧凑，故采用解析法寻找最优结 构以满足要求．设计过程中一方面寻找到快速变焦 途径，另一方面先将0．7，视场作为全视场设计，简化 了设计过程．像差校正中的残留畸变可用软件实现 矫正]．若将变倍组设计为曲线运动，可更快实现 变焦． 参考文献 1 Wei Minshi．Long Wave Infrared Zoom Projector thermal 39(10)：2705～ 2715 2 TaO Chunkan．Varifocal differential equation theory of zoom lens．SP厄，1995，2539：168～ 179 3 陶纯堪．变焦距光学系统设计．北京：国防工业出版社， 1988．8～ 22 Tao C K．Zoom Lens Design．Beijing：National Defence Industry Press．1988．8～ 22 4 胡炳梁，曹剑中，熊仁生，等．变焦距镜头组的自适应的调 焦的实现．光子学报，2003，32(8)：1004~1006 Hu B L，Cao J Z，Xiong R S，et a1． Acta Photonica Sinica，2003，32(8)：1004～ 1006 u几u l 8量dlf1 上0墨 J0snlrIp0苫邑b 0暑J0霉lrIP0苫 巴b ∞暑J0sn暑p0 巴b 2 J0snlrIp0 1828 光子学报 34卷 6 李林．计算机辅助光学设计的理论与应用．北京：国防 工业出版社，2002．174～175 Li L．Theory and Application of Computer Aided Optical Design．Beijing：National Defence Industry Press，2002． 174～ 175 王虎，苗兴华，惠彬，等．短焦距大视场光学系统的畸变矫 正．光子学报，2001，30(11)：1409~1413 Wang H ，Miao X H，Hui B，etal，Acta Photonica Sinica， 7 8 2001，30(11)：1409～ 1413 刘金根．一种基于现场定标法的光电图像畸变矫正算法． 光子学报，2004，33(6)：732～736 Liu J G．Acta Photonica Sinica，2004，33(6)：732～736 袁旭沧．光学系统设计．北京：科学出版社，1985．201～ 203 Yuan X C．Optical Design．Beijing：Science Press，1985． 2O】～ 203 Design of a Short Focal—length Zoom System Cheng Ke，Zhou Sizhong，Zhang Hengjin Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics Chinese Academy of sciences，Xi'a 7 10068 Received date：2004—10—09 Abstract A method for initial zoom system design was proposed．The new optimized arithmetic was used for designing based On differential analytic expression method．The results showed that the length of the system could be reduced in this way．An example of three moving group elements and mechanic compensator type was given with configuration f =3．87～19．35 mm，(￡，一76．o～17．71。． Keywords Optical system design；Zoom system Cheng Ke was born in 1 980．He received B．S degree in Shuzhou University in 2002． Now he is working towards the master degree in Xi an Institute of Optics and Precision M echanics． His main research focuses on optical system design．
