二組元連續(xù)變焦系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是對三組元變焦補(bǔ)償形式的簡化。他利用后面的變焦組的軸向移動產(chǎn)生系統(tǒng)變焦比，由于變焦系統(tǒng)運(yùn)動產(chǎn)生的相面位移量有前組位移補(bǔ)償。該形式變焦系統(tǒng)的前組不是固定組，為此對此類系統(tǒng)還要在前方設(shè)置一塊保護(hù)玻璃使系統(tǒng)密封。二組元連續(xù)變焦系統(tǒng)多用于變焦比較小的系統(tǒng)。

二組元連續(xù)變焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式如圖1，其計(jì)算結(jié)果及凸輪曲線分別如圖2及圖3。 

圖1.二組元變焦系統(tǒng)高斯計(jì)算窗體

圖2.二組元系統(tǒng)自動優(yōu)化結(jié)果

圖3. 二組元系統(tǒng)凸輪曲線

變焦光學(xué)系統(tǒng)各組元初始結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

有了系統(tǒng)外形尺寸分配及各組元PW值要求后，可利用本程序膠合透鏡自動設(shè)計(jì)功能對系統(tǒng)各組元進(jìn)行初始結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)求解。求解時(shí)有兩個(gè)方法選擇。 

① 簡單系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

對于一般的光學(xué)系統(tǒng)，各組元結(jié)構(gòu)比較簡單，或只使用單透鏡、雙膠合透鏡以及單透鏡與膠合透鏡的組合就可滿足要求。這是就在“機(jī)械補(bǔ)償變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的界面內(nèi)，OCAD就可以自動利用程序中“單透鏡及膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的功能依次自動設(shè)計(jì)完成。這是需要在當(dāng)前窗體內(nèi)繼續(xù)點(diǎn)擊“下一步”，就會出現(xiàn)如下界面。 

圖4.初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界面

界面內(nèi)顯示剛計(jì)算出來的系統(tǒng)外形尺寸以及對各組元PW值要求等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就是對各組元進(jìn)行初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。界面內(nèi)表格內(nèi)后兩項(xiàng)顯示“選擇”和“保存”，可以通過“選擇”欄選擇相應(yīng)組元進(jìn)行該組元的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)選擇后。界面立即出現(xiàn)“膠合透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”窗口，并自動填入該組元焦距、孔徑等參數(shù)。然后根據(jù)具體情況選擇單透鏡和膠合透鏡組合結(jié)構(gòu)，并根據(jù)對組元PW要求選擇玻璃材料求出表面半徑等一系列初始結(jié)構(gòu)參數(shù)值。 

圖5.初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界面

求出組元結(jié)構(gòu)參數(shù)后同時(shí)在主界面的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表內(nèi)顯示對應(yīng)數(shù)據(jù)。由于以上求解是根據(jù)薄透鏡原理計(jì)算出來的，加上實(shí)際厚度之后，透鏡實(shí)際焦距可能有所變化，此時(shí)還可以利用光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表內(nèi)縮放焦距的功能對組元焦距值進(jìn)行修正，也還可以對具體結(jié)構(gòu)的透鏡厚度進(jìn)行修改甚至進(jìn)行規(guī)格化處理。以上完成之后，點(diǎn)擊窗體內(nèi)表格欄內(nèi)對應(yīng)“保持”欄位置，程序會自動保存設(shè)計(jì)結(jié)果。 

圖6.縮放組元焦距

圖7.保存設(shè)計(jì)結(jié)果 

依次重復(fù)以上操作，可以完成系統(tǒng)所有各組元的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然后點(diǎn)擊窗體右上角“下一步”按鈕，程序又進(jìn)一步完成各組元設(shè)計(jì)結(jié)果的組合，組成完整的機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)視場、孔徑以及變焦系統(tǒng)特殊數(shù)據(jù)的組合。 

圖8.最后設(shè)計(jì)結(jié)果 

圖9.光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由于以上設(shè)計(jì)均為高斯光學(xué)求解，為此各組分間間隔均為其主面間隔。當(dāng)完成初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際間隔會因?qū)嶋H鏡頭厚度而改變，再由于在前面外形尺寸計(jì)算時(shí)所給主面間隔只是個(gè)粗略數(shù)，有時(shí)會使透鏡間隔過大或過小，甚至使得實(shí)際間隔小于零，發(fā)生鏡頭碰撞。此時(shí)必須調(diào)整鏡頭結(jié)構(gòu)，或者重回最初外形尺寸計(jì)算，調(diào)整初始主面間隔，重新設(shè)計(jì)。

② 復(fù)雜系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

圖10.復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

對于較復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，某些組元需要復(fù)雜化處理，比如組元的通光孔徑過大，簡單系統(tǒng)滿足不了要求，或者在矯正像差需要，必須時(shí)該組元結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。如下圖所示結(jié)構(gòu)，其中后固定組結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜。此時(shí)可利用“單透鏡及膠合透鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”方法利用其中工具條對當(dāng)前結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)制或增添，加入新透鏡元素。比如前固定組改為在膠合透鏡好單透鏡組合的基礎(chǔ)上，做雙分離處理。

圖11.修改后的前固定組 

再比如，要將變焦組改成兩個(gè)膠合透鏡的組合，可以把原來的一個(gè)膠合透鏡進(jìn)行復(fù)制變?yōu)閮蓚€(gè)膠合透鏡的組合，修改界面如下。

圖12.修改后的變焦組

如此類推可以進(jìn)一步對任何一個(gè)組元進(jìn)行復(fù)制處理，直至滿足要求。最終完成全部設(shè)計(jì)。