光學(xué)鏡頭結構計算機輔助設計

　　計算機輔助設計技術(shù)早已應用到鏡頭的光學(xué)設計當中,鏡頭的結構設計也有一些計算機輔助設計軟件,但是由于結構設計的多樣性或專(zhuān)業(yè)性強或要昂貴平臺支持而使用不便。下面是YJBYS小編為大家整理的光學(xué)鏡頭結構計算機輔助設計，希望大家喜歡

　　一、引言

　　光學(xué)鏡頭的結構設計要求各個(gè)光學(xué)零件準確定位和合理固定,保證鏡頭的光學(xué)性能。對于照相物鏡、顯微物鏡、望遠物鏡、目鏡等大多數非變焦、光軸成直線(xiàn)的鏡頭來(lái)說(shuō),其基本結構由透鏡、壓圈、鏡筒、隔圈組成。只要對這些結構作自動(dòng)設計,就能省去許多費事的構思和繁瑣的計算。以自動(dòng)設計得到基本結構為基礎,就不難修改成為所要求的特殊結構,例如鏡筒與機殼的專(zhuān)用連接結構。本文介紹的光學(xué)鏡頭基本結構計算機輔助設計是基于廣泛應用的AutoCAD平臺和采用人機交互式操作,用AutoLISP語(yǔ)言進(jìn)行參數化和模塊化設計,通用性好且簡(jiǎn)單易行。

　　二、鏡頭結構分類(lèi)

　　常用光學(xué)鏡頭諸如望遠物鏡、顯微物鏡、照相物鏡和目鏡,基本結構包括四個(gè)部分:透鏡、隔圈、鏡筒、壓圈。

　　隔圈結構類(lèi)型比較多,它受前后透鏡直徑和通光孔徑的大小差別影響較大,也受其它結構要素影響。

　　鏡筒結構大體可以分為兩類(lèi):直筒式和臺階式。壓圈的結構形式包括外螺紋壓圈和內螺紋壓圈,在實(shí)際應用中大多采用外螺紋壓圈,因此本文僅考慮外螺紋壓圈,又根據光學(xué)系統對邊緣光線(xiàn)是否擴散和外觀(guān)要求的不同,壓圈可以分成三種形式。

　　僅以鏡筒和壓圈的結構形式組合(暫考慮隔圈一種形式)就可以把鏡頭結構分為。

　　本文所述CAD的方法是用戶(hù)根據鏡筒和壓圈分類(lèi)的圖標菜單來(lái)選擇結構形式,再通過(guò)文字提示用戶(hù)去決定選擇何種隔圈形式。

　　三、總體設計

　　把鏡頭基本結構分成了六種類(lèi)型,就可以把整個(gè)軟件系統設計成六個(gè)主程序來(lái)分別完成六種類(lèi)型結構的設計。首先讓用戶(hù)輸入光學(xué)系統外形尺寸,然后選擇:只畫(huà)光學(xué)系統圖或畫(huà)六種類(lèi)型中一種類(lèi)型結構圖。每個(gè)主程序要調用光學(xué)系統、壓圈、鏡筒、隔圈的子程序完成整個(gè)光學(xué)鏡頭裝配圖繪制和自動(dòng)設計。

　　在設計程序時(shí)采用了模塊化設計,一個(gè)模塊實(shí)現某一特定的功能,各個(gè)模塊功能不重復,相互之間共享數據資源,存在調用關(guān)系。

　　在本設計中我們主要采用編制下拉菜單的方法提供用戶(hù)界面。建立的新菜單文件名是BIT.MNU,編輯的下拉菜單區是POP6,名稱(chēng)是BYSJ。

　　Part Control項主要用于完成設計之后分離各零件,單獨把每個(gè)零件從裝配圖中拆出,或者把某個(gè)零件上的所有線(xiàn)條一起進(jìn)行編輯。

　　Input Data項主要用于光學(xué)系統參數的輸入并轉化為數據文件以便于其它程序的取用。

　　Draw Lens Only項用于不需要設計整個(gè)鏡頭結構時(shí)單獨繪制光學(xué)系統圖。

　　Select Type項用于六種結構類(lèi)型的選擇。它調用了圖標菜單ICON,將六種類(lèi)型的結構簡(jiǎn)圖用圖像形式形象地顯示出來(lái),使用戶(hù)很方便地選擇所需要的結構類(lèi)型,如圖2所示。

　　四、程序編制示例

　　各個(gè)零件都編制了相應的子程序完成其結構繪制,下面僅以光學(xué)系統為例說(shuō)明程序的編制過(guò)程。

　　完成光學(xué)系統繪制的程序Len.1sp自定義函數的流程圖如圖5所示。首先從數據文件中取出第一組參數,利用繪圖命令按照參數繪制透鏡,然后循環(huán)操作取出第二組、第三組參數…,在距離前一透鏡d+t處繪制透鏡,直至整個(gè)透鏡系統繪制完畢。

　　五、關(guān)鍵技術(shù)處理

　　1.鏡筒壁厚和壓圈寬度

　　鏡筒壁厚與它的直徑有關(guān)。螺紋退刀槽處的鏡筒壁厚一般是整個(gè)結構中的最薄之處。因此程序中以退刀槽處為壁厚基準,各種直徑范圍的壁厚選擇由條件語(yǔ)句完成。在臺階式結構中中間部分各處的壁厚都與退刀槽處的壁厚相等,而在直筒式結構中中間部分的壁厚要比退刀槽處的壁厚大一些。同理壓圈寬度、螺距和起子槽的大小也按直徑范圍的選擇由條件語(yǔ)句完成。

　　2.鏡筒兩端軸向尺寸

　　為保護前鏡片,鏡筒的前端表面應超出凸透鏡前表面某一預置尺寸。而鏡筒后端表面則要與壓圈后表面相平齊或稍為超出壓圈后表面。

　　3.鏡筒臺階軸向尺寸

　　位于鏡筒內孔臺階處的隔圈和壓圈與臺階端面之間必須空出一些距離,以保證各零件尺寸有誤差時(shí)隔圈和壓圈都不得碰到臺階,這樣才能起到應有的定位和壓緊作用。本設計的鏡筒臺階尺寸是根據透鏡的邊緣厚度來(lái)處理確定的。

　　4.從裝配圖拆出零件圖

　　利用AntoCAD獨特的圖層處理技術(shù),用戶(hù)根據需要設定若干圖層。將不同零件畫(huà)在不同層上,運用圖層的開(kāi)啟關(guān)閉、凍結解凍的作用,就可以方便地從裝配圖上分離出某個(gè)零件圖。本程序特別制作了拾取實(shí)體來(lái)實(shí)現層控制的菜單命令。這些菜單是執行四個(gè)LISP程序(lid.1sp、ofo.1sp、lsel.1sp、isolate.1sp)。

　　六、鏡頭設計實(shí)例

　　表2是設計好的光學(xué)系統外形尺寸,也是本實(shí)例結構設計的已知原始數據。

　　七、結論

　　(1)對于任意一組常用光學(xué)鏡頭,在已知其光學(xué)系統外形尺寸的情況下,可以迅速地繪制出其固緊結構圖,并能保證各光學(xué)零件定位的準確性。

　　(2)可以根據用戶(hù)的需要提供多種結構式樣以供選擇,并且由裝配圖可以迅速分離出準確尺寸的零件圖,提高了光學(xué)鏡頭的設計質(zhì)量和設計效率。

　　(3)本軟件比較容易進(jìn)一步擴充與完善。例如可以更細致地考慮透鏡工藝倒角對裝配圖的影響;可以運用程序進(jìn)一步完善零件圖的尺寸標注等等。

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