التصميم الهيكلي لعدسة التكبير المستمر
مبدأ نظام التكبير
تعمل عدسة التكبير المستمر على مبدأ مفاده أنه يمكن تغيير البعد البؤري لنظامها البصري بشكل مستمر ضمن نطاق معين، ويظل موضع مستوى الصورة دون تغيير أثناء ضبط البعد البؤري. عندما لا يكون من الممكن تغيير القوة البؤرية للنظام البصري بشكل مباشر، لا يمكن تحقيق تغييرات في البعد البؤري إلا من خلال ضبط المسافة بين كل مجموعة عدسات، وهو المبدأ الأساسي لنظام التكبير البصري.
لذلك، في نظام بصري تكبير، يحدد البعد البؤري لمجموعات العدسات المتعددة والمسافة بينها معًا البعد البؤري للنظام. كما هو موضح في الشكل أدناه، يتكون نظام بصري تكبير بشكل عام من خمسة مكونات: مجموعة عدسات ثابتة أمامية، ومجموعة عدسات تكبير، ومجموعة عدسات تعويض، ومجموعة عدسات ثابتة خلفية، ومجموعة تركيز. لذلك، تحدد الأطوال البؤرية للعناصر المتعددة في نظام بصري تكبير والمسافة بين كل عنصر معًا البعد البؤري للنظام. عند ضبط البعد البؤري، تتحرك مجموعة عدسات التكبير ومجموعة عدسات التعويض في الاتجاه المقابل وفقًا لمعلمات التصميم البصري، من أجل تغيير المسافة بين العدسات لتحقيق تغيير في البعد البؤري.
خذ GCZ103013D كمثال: رقم F الخاص بها هو 0.85-1.3، والبعد البؤري هو 30-300 مم. هذا هو نظام نقل بصري يتألف من خمس مجموعات عدسات: مجموعة ثابتة أمامية، ومجموعة تكبير، ومجموعة تعويض، ومجموعة ثابتة خلفية، ومجموعة تركيز. تقوم مجموعة التكبير بحركة خطية، بينما تخضع مجموعة التعويض لحركة غير خطية صغيرة نسبيًا للحفاظ على وضوح الصورة طوال عملية التكبير. تقوم مجموعة التركيز بحركة خطية لضبط التركيز استجابةً لعدم التركيز الناجم عن تغيرات درجة الحرارة.
(I)حساب منحنى الكام للنظام
بعد تحديد معلمات البنية البصرية (نصف القطر، التباعد، المادة) لكل مجموعة عدسات، من الضروري أيضًا حساب إزاحة مجموعة التكبير ومجموعة التعويض، وذلك لمعالجة مسار الكاميرا.
وفقًا لنظرية البصريات الغاوسية، فلنجعل مسافة تحرك مجموعة التكبير x. ولضمان ثبات مستوى الصورة، يمكن حساب إزاحة مجموعة التعويض y من خلال:
في الصيغة: d s23 هو الفاصل بين مجموعة التكبير ومجموعة التعويض عند البعد البؤري القصير؛ f 2 ' هو البعد البؤري لمجموعة التكبير؛ f 3 ' هو البعد البؤري لمجموعة التعويض؛ l 2 ' هي مسافة الصورة لمجموعة التكبير؛ l 3 ' هي مسافة الصورة لمجموعة التعويض. استبعد مسافة كائن مجموعة التكبير l 2 * في الصيغتين أعلاه. الصيغة المبسطة هي كما يلي:
في الصيغة:
حل:
يأخذ إزاحة التعويض y الجذر ذي القيمة المطلقة الأصغر. إذا لم يكن هناك جذر حقيقي لـ y أثناء حركة مجموعة التكبير، فهذا يشير إلى انقطاع في المنحنى، مما يجعل التكبير المستمر مستحيلاً. ثم يلزم إعادة حساب النظام البصري وضبطه وتحسينه وما إلى ذلك.
بناءً على صيغة الحل أعلاه، يظهر منحنى الكاميرا لنظام التكبير في الشكل. يمكن ملاحظة أن الحد الأقصى لضربة مجموعة التكبير هو 54 مم، والحد الأقصى لضربة مجموعة التعويض هو 27.5 مم؛ يتغير منحنى مجموعة التعويض بسلاسة، ويمكن استخدام مجموعتي المنحنيات لمعالجة مسار الكاميرا.
(II) تصميم آلية التكبير
تدور كاميرا التكبير/التصغير بدون فجوات تحت تأثير الكرة وحلقة تثبيت الكاميرا، مما يقلل بشكل فعال من عزم الدوران الناتج عن المحرك عن طريق تحويل الاحتكاك الانزلاقي إلى احتكاك متدحرج. عندما يدفع المحرك الكاميرا للدوران، تنقل الكاميرا الحركة إلى شريحة التكبير/التصغير وشريحة التعويض من خلال دبوس التوجيه. تحت توجيه الأخاديد المستقيمة على أنبوب العدسة الرئيسي، تحول شريحة التكبير/التصغير وشريحة التعويض الحركة الدورانية للكاميرا إلى حركة موازية للشريحة على طول اتجاه المحور البصري، وبالتالي تحقيق التكبير/التصغير. تتم معالجة أخدود منحنى التكبير/التصغير وأخدود منحنى التعويض على الكاميرا بدقة لضمان أن حركات التكبير/التصغير والتعويض تتوافق مع بعضها البعض نقطة بنقطة، والحفاظ على الوضوح طوال التكبير/التصغير المستمر.
نظرًا لأن النظام يتطلب أن يكون اتساق المحور البصري أقل من A أثناء عملية التكبير، فإن المطابقة الفعلية لطول شريحة التكبير وشريحة التعويض وأنبوب العدسة الرئيسي هي L مم، ويجب أن تكون الفجوة بين الشريحة والأنبوب أقل من h=L×tan(A). لذلك، يلزم أن تتطابق شريحة التكبير وشريحة التعويض مع أنبوب العدسة الرئيسي، ويتم التحكم في الفجوة ضمن نطاق h لضمان الحركة السلسة لشريحة التكبير وشريحة التعويض مع تلبية متطلبات استقرار المحور البصري.
(III) تحليل العناصر المحدودة للكام
وفقًا لمتطلبات التكيف البيئي، يجب أن تتحمل العدسة قوة تأثير قصوى تبلغ 10 جرام، مما يضمن بقاء تشوه الشريحة والكاميرا ضمن نطاق الخطأ المسموح به بصريًا لتلبية متطلبات الأداء. شريحة التكبير وشريحة التعويض والكاميرا مصنوعة من الألومنيوم فائق الصلابة 7A09، بنسبة بواسون 0.33، ومعامل مرونة 73 جيجا باسكال، وقوة خضوع ≥400 ميجا باسكال، وكثافة 2.78 × 10-6 كجم/مم3. تزن مجموعة التكبير 0.4 كجم، وتزن مجموعة التعويض 0.4 كجم، وتزن الكاميرا 0.5 كجم.
نظرًا للخصائص الهيكلية، فإن الحدبة تتعرض لأقصى قوة محورية من خلال دبابيس التوجيه أثناء الصدمات. بالنسبة للقوة المحورية للحدبة، يتعرض كل أخدود منحنى للحدبة لقوة محورية تبلغ 10 × 0.4 / 2 كجم = 20 نيوتن، ويتعرض نهاية دعم الحدبة المحورية لقوة رد فعل تبلغ 10 × (0.4 + 0.4 + 0.5) كجم = 130 نيوتن. يتم تطبيق إزاحة ثابتة على نهاية دعم الحدبة للتحليل الثابت. تظهر نتائج التحليل في الشكل أدناه. أقصى تشوه هو 0.01467 مم، وهو ضمن نطاق التشوه المسموح به بصريًا. أقصى إجهاد هو 10.85 ميجا باسكال ＜قوة الخضوع 400 ميجا باسكال، وبالتالي فإن قوة الحدبة تلبي المتطلبات.
(IV) تحليل العناصر المحدودة للشريحة
(IV) تحليل العناصر المحدودة للشريحة
بسبب الخصائص البنيوية، تتعرض شريحة التكبير وشريحة التعويض لأقصى تشوه تحت القوى الشعاعية، بقوة قصوى تبلغ 10×0.4 كجم = 40 نيوتن. يتم تطبيق إزاحة ثابتة على القطر الداخلي للشريحة للتحليل الثابت. تظهر نتائج التحليل في الشكل أدناه. أقصى تشوه لشريحة التكبير هو 0.00683 مم، وأقصى إجهاد هو 3.2 ميجا باسكال، بينما أقصى تشوه لشريحة التعويض هو 0.00135 مم، وأقصى إجهاد هو 1.47 ميجا باسكال. يتم إدخال التشوه في البرنامج البصري للمحاكاة، ولا يوجد أي تأثير تقريبًا على التصوير. لذلك، فإن قوة شريحة التكبير وشريحة التعويض تلبي المتطلبات.
(V) التحقق من قوة دبوس دليل التكبير
يبلغ وزن كل مجموعة تكبير وتعويض 0.4 كجم، وأقصى قوة تأثير هي 40 نيوتن تحت صدمة 10 جرام. يتعرض كل دبوس توجيه لقوة قص قصوى تبلغ 20 نيوتن. تبلغ مساحة المقطع العرضي الأدنى لدبوس التوجيه 4.52×10-4 متر مربع ومصنوع من نحاس HPb59-1، وإجهاد القص المسموح به هو 200 ميجا باسكال.
الحد الأقصى لإجهاد القص على دبوس التوجيه هو: T = 20/(4.52 × 10-4)، Pa = 4.42 × 104Pa ＜200MPa، وبالتالي فإن قوة الدبوس تلبي المتطلبات.
