計算機輔助設計在光學鏡頭基本結構中的應用

摘要：本文在AutoCAD平臺的基礎上對常用光學鏡頭基本結構進行參數化和模塊化自動設計。根據光學系統外形尺寸可以一次性設計出結構裝配圖，而且可以從裝配圖方便地分離零件圖。同時還提供了多種結構形式供設計者選擇。

? 一、引言

計算機輔助設計技術早已應用到鏡頭的光學設計當中，鏡頭的結構設計也有一些計算機輔助設計軟件，是由于結構設計的多樣性或專業性強或要昂貴平臺支持而使用不便。光學鏡頭的結構設計要求各個光學零件準確定位和合理固定,保證鏡頭的光學性能。對于照相物鏡、顯微物鏡、望遠物鏡、目鏡等大多數非變焦、光軸成直線的鏡頭來說，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設計，就能省去許多費事的構思和繁瑣的計算。以自動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用連接結構。本文介紹的光學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語言進行參數化和模塊化設計，通用性好且簡單易行。

二、鏡頭結構分類

常用光學鏡頭諸如望遠物鏡、顯微物鏡、照相物鏡和目鏡,基本結構包括四個部分:透鏡、隔圈、鏡筒、壓圈。 隔圈結構類型比較多,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。隔圈結構類型如圖1所示。

圖1 鏡筒結構大體可以分為兩類：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，又根據光學系統對邊緣光線是否擴散和外觀要求的不同，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如圖2所示的六種形式。

本文所述CAD的方法是用戶根據鏡筒和壓圈分類的圖標菜單來選擇結構形式，再通過文字提示用戶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型，就可以把整個軟件系統設計成六個主程序來分別完成六種類型結構的設計。首先讓用戶輸入光學系統外形尺寸，然后選擇：只畫光學系統圖或畫六種類型中一種類型結構圖。每個主程序要調用光學系統、壓圈、鏡筒、隔圈的子程序完成整個光學鏡頭裝配圖繪制和自動設計。軟件系統框圖如圖3所示。

圖2

六、鏡頭設計實例

表2是設計好的光學系統外形尺寸，也是本實例結構設計的已知原始數據。圖6是應用本文所述的程序，選擇某種結構形式，設計出來的鏡頭裝配圖，圖中沒有作任何修改（圖中是在拆零件圖之前零件線條存在重疊現象，拆完零件后可以用一程序消除）。

表2 七、結論

(1)對于任意一組常用光學鏡頭，在已知其光學系統外形尺寸的情況下，可以迅速地繪制出其固緊結構圖，并能保證各光學零件定位的準確性。 (2)可以根據用戶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，提高了光學鏡頭的設計質量和設計效率。 (3)本軟件比較容易進一步擴充與完善。例如可以更細致地考慮透鏡工藝倒角對裝配圖的影響；可以運用程序進一步完善零件圖的尺寸標注等等。

審核編輯：黃飛

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