一種連續變焦凸輪優化設計及試驗驗證

羅 敏，張生全，王海洋，陳呂吉，汪 興，林萬宏，劉永杰，白忠宏

〈系統與設計〉

一種連續變焦凸輪優化設計及試驗驗證

羅 敏，張生全，王海洋，陳呂吉，汪 興，林萬宏，劉永杰，白忠宏

（昆明物理研究所，云南 昆明 650223）

具備連續變焦功能是目前先進紅外熱像儀的重要特征之一，而變焦凸輪是驅動連續變焦光學系統中各鏡組運動的關鍵部件。為了設計出良好性能的變焦凸輪結構，本文首先應用動態光學理論推導出變焦光學系統的像移補償組公式得到像移補償組的軌跡曲線，然后利用序列二次規劃法（sequential quadratic programming, SQP）優化算法來減小動態光學曲線的壓力角，結合光機設計理論運用Creo進行凸輪曲線生成及凸輪槽切除從而獲得變焦凸輪結構。再基于有限元分析理論對凸輪結構進行分析，最終通過變焦系統運動及成像結果確認本文方法可行。

連續變焦；變焦凸輪；像移補償；光機設計；有限元分析

0 引言

連續變焦紅外光學系統可以實現在一定范圍內焦距連續變化，并且保持像面不動，其工作原理是通過改變透鏡組間隔來改變焦距，從而改變光學視場，滿足大視場導航搜索和小視場分辨瞄準，且大小視場范圍內連續變焦，圖形清晰[1-2]。機械補償方式驅動透鏡運動主要有絲桿導軌機構和凸輪式變焦機構，其中基于凸輪式變焦機構因其特有的優點受到越來越多的重視，其單個電機驅動凸輪即可實現多組透鏡同時按照預先設計的位置運動，實現連續變倍的目的[3-4]。……